Что такое блокчейн первого уровня?

Введение

Первый уровень блокчейн сетей включает основные сети, такие как Биткоин, BNB и Ethereum, и их базовую инфраструктуру. Эти блокчейны способны проводить и подтверждать транзакции без необходимости обращения к другим сетям. Однако, с развитием Биткоина стало ясно, что улучшение масштабируемости сетей первого уровня представляет собой сложную задачу.

В ответ на эту проблему разработчики создали протоколы второго уровня, которые строятся поверх основных блокчейнов и опираются на их безопасность и консенсус. Примером такого протокола второго уровня является Lightning Network. Он позволяет пользователям выполнять транзакции в сети без необходимости записи каждой транзакции в публичный блокчейн.

Lightning Network предоставляет возможность для свободных и моментальных транзакций между участниками сети, что помогает снизить нагрузку на основной блокчейн и повышает его масштабируемость. Таким образом, протоколы второго уровня становятся дополнением к блокчейнам первого уровня, решая проблемы масштабирования и улучшая пользовательский опыт.

Термины "первый уровень" и "второй уровень" являются ключевыми для понимания архитектуры различных блокчейнов, проектов и инструментов разработчиков. Они помогают объяснить связи между различными блокчейнами и их дополнительными слоями.

Изучение различных уровней блокчейна позволяет понять, как проекты, такие как Polygon и Ethereum, взаимодействуют между собой, или как блокчейн Polkadot работает вместе со своими парачейнами. Эти термины служат ключевым путеводителем при изучении сложных связей и интеграций между различными блокчейнами и их сопутствующими решениями.

Что такое первый уровень

Сети первого уровня представляют основные блокчейны, такие как BNB Smart Chain (BNB), Ethereum (ETH), Bitcoin (BTC) и Solana, которые играют главную роль в своих соответствующих экосистемах. Они считаются первичными блокчейнами, так как обрабатывают и завершают транзакции в собственных сетях. Кроме того, каждый из этих блокчейнов имеет свой нативный токен, используемый для оплаты комиссий за транзакции и других операций внутри сети.

Помимо сетей первого уровня, также существуют офчейн-решения, которые представляют блокчейны второго уровня, построенные поверх основных блокчейнов. Эти протоколы второго уровня предоставляют дополнительные возможности и улучшают масштабируемость и функциональность блокчейнов первого уровня, расширяя их возможности.

Масштабирование первого уровня

Проблема масштабируемости является распространенной для сетей первого уровня, таких как Биткоин, которые сталкиваются с ограничениями при обработке большого объема транзакций. Это связано с использованием механизма консенсуса Proof of Work (PoW), который требует значительных вычислительных ресурсов. Несмотря на обеспечение децентрализации и безопасности, PoW часто замедляет работу сети при повышенной нагрузке, что приводит к увеличению времени подтверждения транзакций и комиссий.

Разработчики активно ищут решения для увеличения масштабируемости сетей первого уровня. Варианты включают увеличение размера блоков для обработки большего количества транзакций, изменение механизма консенсуса (как в случае с грядущим обновлением Ethereum 2.0) и внедрение шардинга, который представляет собой разделение базы данных.

Однако реализация улучшений для первого уровня сталкивается с вызовами, так как не все участники сети согласны на эти изменения. Это может привести к разногласиям и разветвлениям сети (хардфоркам), как это случилось с Биткоином и Bitcoin Cash в 2017 году. Найдение единого решения, которое удовлетворило бы все стороны, остается сложной задачей для разработчиков блокчейна.

SegWit

Одним из примеров успешного решения для масштабирования сетей первого уровня является обновление протокола SegWit (Segregated Witness) для Биткоина. Сегвит позволил увеличить пропускную способность сети, оптимизируя организацию данных в блоках. Он достиг этого, избавившись от цифровых подписей для входов транзакций, освободив тем самым дополнительное место в блоках для большего числа транзакций.

Обновление SegWit было реализовано через софтфорк с обратной совместимостью. Это означает, что даже участники сети Биткоина, которые еще не обновили свои ноды, все равно могли продолжать обрабатывать транзакции, их устройства не отключались от сети. Таким образом, SegWit позволил улучшить масштабируемость Биткоина, не нарушая безопасность и обеспечивая совместимость с уже существующими участниками сети.

Что такое шардинг первого уровня

Шардинг представляет собой эффективное решение для масштабирования сетей первого уровня и увеличения пропускной способности транзакций в распределенных реестрах блокчейна. Этот метод разделяет базу данных на множество небольших фрагментов, называемых шардами, которые могут обрабатывать отдельные части активности сети.

Путем распределения рабочей нагрузки и разделения транзакций и данных между различными шардами, шардинг позволяет сети обрабатывать бóльшее количество транзакций параллельно. Каждый шард функционирует как самостоятельное подмножество активности сети, управляя собственными транзакциями, нодами и блоками.

За счет шардинга участники сети уже не обязаны хранить полные копии всего блокчейна. Вместо этого они могут сосредоточиться на хранении и обработке данных, относящихся только к их конкретному шарду. Каждая нода передает информацию о выполненной работе в основную цепь, а состояние локальных данных, включая балансы адресов и другие ключевые показатели, делится между шардами.

Таким образом, шардинг улучшает масштабируемость сети первого уровня, позволяя ей обрабатывать больше транзакций быстрее и более эффективно.

Первый уровень и второй уровень

Первый уровень блокчейна имеет свои технологические ограничения, которые не всегда можно легко преодолеть в основной сети. Например, в случае Ethereum, переход к механизму консенсуса Proof of Stake (PoS) был затруднен и занял много лет разработки.

Некоторые способы использования блокчейна также ограничены из-за проблем с масштабируемостью первого уровня. Например, для быстрой игры на блокчейне требуется высокая пропускная способность транзакций, и Биткоин, с его длительным временем подтверждения транзакций, не является оптимальным вариантом. Тем не менее, воспользоваться безопасностью и децентрализацией первого уровня для игровых приложений все же возможно. Для этого можно построить решение второго уровня поверх основной сети.

Построение решения второго уровня позволяет преодолеть ограничения первого уровня и создать более эффективное и быстрое решение для конкретного использования, такого как игровые приложения. При этом безопасность и децентрализация первого уровня сохраняются, а пользователи получают более удобный и быстрый опыт использования блокчейна.

Lightning Network

Lightning Network представляет собой решение второго уровня, которое строится поверх основного уровня блокчейна, в данном случае, сети Биткоин. Оно предназначено для обработки быстрых платежей за пределами основной сети, что позволяет снизить нагрузку на главную сеть и ускорить процесс выполнения транзакций.

В основной сети Биткоин, в периоды высокого спроса, обработка транзакций может занимать несколько часов из-за ограниченной пропускной способности блокчейна. Однако с помощью Lightning Network пользователи могут совершать быстрые платежи, передавая только окончательный баланс в основную сеть. Это достигается путем объединения нескольких транзакций в одну окончательную запись, что позволяет экономить время и ресурсы.

Примеры блокчейнов первого уровня

Давайте рассмотрим несколько примеров блокчейнов первого уровня, которые представляют разнообразные и уникальные решения для децентрализации, безопасности и масштабируемости. Эти примеры демонстрируют разнообразие блокчейн технологий, и они не ограничиваются только Биткоином и Ethereum. Каждая из этих сетей обладает своими особенностями и применениями, что делает их интересными и значимыми для различных сфер применения.

Elrond

Elrond — это блокчейн сеть первого уровня, которая была основана в 2018 году и использует шардинг для увеличения производительности и масштабируемости. Благодаря использованию шардинга, блокчейн Elrond способен обрабатывать впечатляющее количество транзакций в секунду (более 100,000 TPS). Особенности Elrond включают протокол консенсуса Secure Proof of Stake (SPoS) и технологию Adaptive State Sharding.

Функция Adaptive State Sharding позволяет динамически разделять и объединять шарды в зависимости от количества пользователей в сети. Шардинг применяется ко всей архитектуре сети, включая хранение состояния и обработку транзакций. Этот механизм позволяет перемещать валидаторов между шардами, что помогает предотвращать возможные злоупотребления.

Токен EGLD является нативным токеном сети Elrond и используется для оплаты комиссий за транзакции, развертывания децентрализованных приложений (DApps) и вознаграждения валидаторов. Отметим также, что сеть Elrond получила сертификацию Carbon Negative, так как она компенсирует выбросы CO2, связанные с использованием своего механизма Proof of Stake (PoS).

Harmony

Harmony - это блокчейн первого уровня, который использует механизм консенсуса Effective Proof of Stake (EPoS) и включает технологию шардинга. Майннет этой сети состоит из четырех шардов, каждый из которых работает параллельно, создавая и проверяя новые блоки. Каждый шард имеет свою скорость, что позволяет иметь разные высоты блоков.

Для привлечения разработчиков и пользователей Harmony использует модель кроссчейн-финансов. Надежные мосты с Ethereum (ETH) и Bitcoin играют важную роль, обеспечивая обмен токенами без рисков, связанных с такими мостами. Harmony также планирует масштабировать Web3 с помощью децентрализованных автономных организаций (DAO) и доказательств с нулевым разглашением.

Harmony становится все более популярной среди пользователей, так как становится очевидным, что будущее децентрализованных финансов (DeFi) связано с возможностями мульти- и кроссчейн. Основной упор в этой сети делается на развитие инфраструктуры NFT, инструментов DAO и межпротокольных мостов.

Нативный токен Harmony, известный как ONE, используется для оплаты комиссий за транзакции. Его также можно стейкать для участия в механизме консенсуса и управлении сетью Harmony. За свои действия валидаторы сети получают вознаграждения за создание блоков и за сбор комиссий за транзакции.

Celo

Celo - это блокчейн первого уровня, возникший как форк Go Ethereum (Geth) в 2017 году, но с существенными изменениями, включая внедрение механизма Proof of Stake (PoS) и уникальной системы адресов. Экосистема Celo Web3 предлагает разнообразные решения включая DeFi, NFT и платежные сервисы с более чем ста миллионами подтвержденных транзакций. Уникальностью Celo является то, что пользователи могут использовать свои номера телефонов или адреса электронной почты в качестве публичных ключей. Блокчейн Celo легко запускается на стандартных компьютерах и не требует специального оборудования.

Токен CELO является utility-токеном, который используется для оплаты транзакций, обеспечения безопасности сети и вознаграждений. В сети Celo также существуют стейблкоины cUSD, cEUR и cREAL, которые генерируются самими пользователями блокчейна. Эти стейблкоины имеют механизм поддержки, аналогичный механизму у стейблкоина DAI от MakerDAO. Интересно, что транзакции с использованием стейблкоинов Celo можно оплачивать другими активами Celo.

Celo разработала удобную адресную систему и использование стейблкоинов с целью повышения доступности сети для новых пользователей, которые могут опасаться волатильности криптовалютного рынка.

THORChain

THORChain — это публичная децентрализованная кроссчейн-биржа (DEX), построенная на базе сети первого уровня с использованием Cosmos SDK. Она использует механизм консенсуса Tendermint для проверки транзакций. Основной целью THORChain является обеспечение децентрализованной кроссчейн-ликвидности без необходимости привязки или обертывания активов. Это делает сеть привлекательной для кроссчейн-инвесторов, так как устраняется дополнительный риск, связанный с привязкой и обертыванием монет.

THORChain действует как управляющий хранилища, который контролирует ввод и вывод средств. Это способствует созданию децентрализованной ликвидности и устраняет необходимость централизованных посредников. Нативный токен THORChain, RUNE, используется для оплаты комиссий за транзакции, управления, обеспечения безопасности и верификации.

Модель автоматического маркет-мейкера (AMM) THORChain использует RUNE в качестве базовой пары, позволяя обменивать токены на любой другой поддерживаемый актив. Это подобно кроссчейн-версии Uniswap, где RUNE служит расчетным и безопасным активом для пулов ликвидности.

Kava

Kava — это блокчейн первого уровня, который объединяет скорость и совместимость Cosmos с поддержкой разработчиков Ethereum. В состав сети Kava входят отдельные блокчейны для среды разработки EVM и Cosmos SDK. Благодаря поддержке IBC в блокчейне Cosmos, разработчики могут развертывать децентрализованные приложения и обеспечивать их беспрепятственное взаимодействие между экосистемами Cosmos и Ethereum.

Kava использует механизм консенсуса Tendermint PoS, который обеспечивает мощную масштабируемость приложений в блокчейне EVM. Сеть Kava Network, поддерживаемая KavaDAO, предлагает открытые ончейн-поощрения разработчиков, которые предназначены для вознаграждения лучших проектов в каждой экосистеме в зависимости от их использования.

В рамках сети Kava присутствует нативный токен KAVA, который выполняет роль utility-токена и токена управления, а также стейблкоин USDX, привязанный к доллару США. KAVA используется для оплаты комиссий за транзакции и размещения активов в стейкинге с целью достижения консенсуса в сети. Пользователи могут делегировать свои KAVA валидаторам, добавленным в стейкинг, чтобы получать долю эмиссии KAVA. Стейкеры и валидаторы также имеют право голоса по предложениям по управлению, которые определяют параметры сети.

IoTeX

IoTeX — это блокчейн первого уровня, который был основан в 2017 году с целью объединения технологии блокчейн с Интернетом вещей. Основная идея заключается в предоставлении пользователям полного контроля над данными, сгенерированными их устройствами, и возможности использовать защищенные машинами децентрализованные приложения (DApps), активы и сервисы. Система IoTeX обеспечивает безопасное хранение информации своих пользователей.

IoTeX использует комбинацию аппаратного и программного обеспечения, что позволяет разработать инновационное решение для эффективного управления приватностью и данными. Это привело к созданию системы под названием MachineFi, которая позволяет получать цифровые активы из реальных данных.

Компания IoTeX также разработала два полезных аппаратных продукта: Ucam и Pebble Tracker. Ucam представляет собой передовую камеру для домашней безопасности, которая обеспечивает возможность отслеживать происходящее дома в условиях полной конфиденциальности. Pebble Tracker — это интеллектуальный GPS с поддержкой 4G, который предоставляет возможность отслеживать и контролировать данные о местоположении и погодных условиях в режиме реального времени, таких как температура, влажность и качество воздуха.

Помимо этого, IoTeX имеет несколько протоколов второго уровня, которые работают поверх его блокчейна. Эти протоколы предоставляют инструменты для создания настраиваемых сетей, использующих технологию Интернета вещей (IoT). Эти сети могут взаимодействовать друг с другом и обмениваться информацией через блокчейн IoTeX. Разработчики имеют возможность легко создавать новые подцепи, которые соответствуют конкретным потребностям устройств IoT. Монеты IoTeX, называемые IOTX, используются для оплаты комиссий за транзакции, участия в стейкинге, управления сетью и проверки транзакций.

В заключение, современная экосистема блокчейна представлена различными сетями первого уровня и протоколами второго уровня. На первый взгляд, эти сети и протоколы могут показаться запутанными, но при углубленном изучении и понимании их основных принципов, структура блокчейна становится более ясной. Эти знания оказываются особенно полезными при изучении новых блокчейн-проектов, особенно когда они связаны с сетевой совместимостью и кроссчейн-решениями.