Sieci blockchain zostały zaprojektowane tak, aby umożliwiać ludziom przesyłanie wartości, uruchamianie aplikacji i korzystanie z cyfrowych aktywów bez polegania na centralnym podmiocie. Jednak gdy coraz więcej osób korzysta z blockchaina, sieć staje przed ważnym wyzwaniem: jak może przetwarzać więcej aktywności, nie stając się przy tym wolna, droga lub nadmiernie scentralizowana?

W dyskusjach na temat skalowalności blockchainów często pojawiają się dwa terminy: Layer 1 i Layer 2. Layer 1 odnosi się do samego bazowego blockchaina, natomiast Layer 2 oznacza dodatkowe systemy zbudowane na blockchainie w celu zwiększenia jego przepustowości lub poprawy wydajności.

Zrozumienie tej różnicy pomaga wyjaśnić, jak skalują się ekosystemy blockchain, dlaczego opłaty transakcyjne mogą się znacznie różnić oraz dlaczego użytkownicy coraz częściej korzystają z sieci wykraczających poza bazowy blockchain.

Czym jest blockchain Layer 1?

Blockchain Layer 1, często nazywany L1, to bazowa sieć blockchain. Zapewnia podstawową infrastrukturę odpowiedzialną za rejestrowanie transakcji, osiąganie konsensusu, utrzymywanie bezpieczeństwa i definiowanie zasad działania sieci.

Przykłady blockchainów Layer 1 to:

• Bitcoin
• Ethereum
• Nano
• Solana
• Cardano
• Avalanche
• BNB Smart Chain
• Algorand
• NEAR Protocol

Każdy Layer 1 działa zgodnie z własnym protokołem i ma własne podejście do konsensusu, przetwarzania transakcji, bezpieczeństwa i decentralizacji.

Gdy ktoś na przykład wysyła Bitcoin bezpośrednio w sieci Bitcoin, transakcja jest przetwarzana i rejestrowana przez blockchain Layer 1 Bitcoina.

Ta sama zasada obowiązuje, gdy ktoś wykonuje transakcję bezpośrednio na Ethereum. Walidatorzy przetwarzają transakcję zgodnie z protokołem Ethereum, a powstałe dane stają się częścią historii blockchaina Ethereum.

Za co odpowiada Layer 1?

Layer 1 odpowiada za podstawowe funkcje umożliwiające działanie blockchaina.

Zazwyczaj obejmują one konsensus, który określa, w jaki sposób uczestnicy uzgadniają stan sieci, bezpieczeństwo, które chroni blockchain przed atakami i nieprawidłowymi transakcjami, dostępność danych, która zapewnia możliwość dostępu do niezbędnych danych blockchaina i ich weryfikacji, oraz rozliczanie transakcji, które ustala ostateczny stan transakcji.

W zależności od blockchaina Layer 1 może również obsługiwać smart kontrakty, tokeny, zdecentralizowane aplikacje, NFT, systemy zarządzania i inne funkcje.

Ponieważ te zadania mają fundamentalne znaczenie dla sieci, zmiana protokołu Layer 1 może być skomplikowana. Duże zmiany często wymagają koordynacji między programistami, walidatorami, operatorami węzłów, użytkownikami i innymi uczestnikami ekosystemu.

Problem skalowalności

Jednym z największych wyzwań stojących przed sieciami Layer 1 jest skalowalność.

Blockchain ma ograniczone zasoby. Bloki mają ograniczoną pojemność, transakcje wymagają obliczeń, a tysiące niezależnych uczestników może być potrzebnych do weryfikowania stanu sieci.

Gdy popyt przekracza dostępną przepustowość, użytkownicy mogą konkurować o przetworzenie swoich transakcji. W sieciach z rynkiem opłat może to prowadzić do znacznego wzrostu opłat transakcyjnych.

Samo zwiększenie przepustowości nie zawsze jest proste.

Na przykład zwiększenie rozmiaru bloków lub wymagań sprzętowych może pozwolić blockchainowi przetwarzać więcej transakcji. Jeśli jednak obsługa węzła stanie się znacznie droższa, mniej osób będzie mogło uczestniczyć w sieci niezależnie.

To napięcie jest ściśle związane z tym, co powszechnie określa się jako trylemat skalowalności blockchaina: wyzwaniem polegającym na zachowaniu równowagi między skalowalnością, bezpieczeństwem i decentralizacją.

Różne sieci Layer 1 stosują różne kompromisy między tymi celami.

Jak mogą skalować się sieci Layer 1

Blockchainy Layer 1 mogą poprawić skalowalność poprzez modyfikację bazowego protokołu.

Jednym z podejść jest zwiększenie ilości danych lub obliczeń, które można przetworzyć w określonym czasie. Innym jest poprawa wydajności mechanizmów konsensusu lub wykonywania transakcji.

Niektóre sieci badają również techniki takie jak sharding, w których określone zadania są rozdzielane między wiele części sieci, zamiast wymagać od każdego uczestnika przetwarzania wszystkiego dokładnie w ten sam sposób.

Ulepszenia Layer 1 mogą przynieść znaczące korzyści, ponieważ dotyczą samej sieci bazowej. Aktualizacja zdecentralizowanego blockchaina może jednak być technicznie trudna i wymagać szerokiej koordynacji w całym ekosystemie.

To jeden z powodów, dla których rozwiązania Layer 2 stają się coraz ważniejsze.

Czym jest Layer 2?

Layer 2, czyli L2, to system zbudowany na blockchainie Layer 1, który przetwarza aktywność poza warstwą bazową, zachowując jednocześnie pewną formę połączenia z nią.

Zamiast wymagać, aby każda pojedyncza transakcja była w całości obsługiwana przez Layer 1, Layer 2 może przetwarzać wiele transakcji oddzielnie, a następnie przesyłać odpowiednie informacje lub wyniki z powrotem do bazowego blockchaina.

Podstawowa idea jest prosta:

Layer 1 zapewnia fundament i warstwę rozliczeniową, natomiast Layer 2 zapewnia dodatkową przepustowość transakcji.

Ethereum stało się jednym z najbardziej znanych przykładów tego podejścia, z licznymi sieciami Layer 2 zaprojektowanymi do bardziej wydajnego przetwarzania transakcji, które jednocześnie polegają na Ethereum w ważnych aspektach rozliczeń i bezpieczeństwa.

Dlaczego istnieją sieci Layer 2

Wyobraź sobie popularny blockchain, który może przetworzyć tylko ograniczoną liczbę transakcji w określonym czasie.

Jeśli miliony użytkowników próbują korzystać z sieci jednocześnie, zapotrzebowanie może przekroczyć dostępną przestrzeń w blokach. Transakcje mogą stać się droższe lub wymagać więcej czasu na potwierdzenie.

Zamiast przetwarzać każdą transakcję indywidualnie przez bazowy blockchain, Layer 2 może oddzielnie przetwarzać dużą ilość aktywności.

Layer 2 komunikuje się następnie z Layer 1, często poprzez publikowanie danych transakcyjnych, dowodów, zobowiązań lub informacji rozliczeniowych.

Zmniejszając ilość pracy, którą trzeba wykonać bezpośrednio na Layer 1 dla każdej pojedynczej transakcji użytkownika, systemy Layer 2 mogą znacznie zwiększyć efektywną przepustowość sieci.

Rollupy

Jedną z najważniejszych technologii Layer 2 jest rollup.

Rollupy wykonują wiele transakcji poza środowiskiem wykonawczym Layer 1 i łączą informacje o tych transakcjach przed interakcją z bazowym blockchainem.

Istnieją dwie główne kategorie.

Optimistic Rollups

Optimistic Rollups zasadniczo zakładają, że przesłane wyniki transakcji są prawidłowe, dopóki nie zostaną zakwestionowane.

Przewidziany jest okres, w którym potencjalnie nieprawidłowe wyniki mogą zostać zakwestionowane przy użyciu mechanizmu fraud proof lub fault proof.

Przykłady wykorzystujące technologię Optimistic Rollup to Arbitrum i Optimism.

Zero-Knowledge Rollups

Zero-Knowledge Rollups, często nazywane ZK Rollups, wykorzystują dowody kryptograficzne do wykazania, że transakcje zostały przetworzone prawidłowo.

Zamiast wymagać od sieci Layer 1 niezależnego wykonywania każdej transakcji, Layer 2 może dostarczyć kompaktowy dowód matematyczny potwierdzający prawidłowość większego zbioru aktywności.

Technologia ZK jest ważnym obszarem badań i rozwoju blockchaina, a wiele projektów bada różne implementacje i architektury.

Czy wszystkie sieci zbudowane na innym blockchainie są Layer 2?

Nie.

To rozróżnienie jest ważne, ponieważ termin "Layer 2" jest czasami używany dość swobodnie.

Blockchain, który łączy się z innym blockchainem, nie jest automatycznie Layer 2. Sidechainy, niezależne sieci, kanały stanu, rollupy, validia i inne systemy skalowania mogą mieć bardzo różne modele bezpieczeństwa.

Prawdziwy Layer 2 zazwyczaj czerpie ważne właściwości związane z bezpieczeństwem lub rozliczeniami z sieci Layer 1, na której się opiera.

Dla porównania sidechain może korzystać z własnego zestawu walidatorów i mechanizmu konsensusu. Chociaż może komunikować się z innym blockchainem za pośrednictwem mostów, jego bezpieczeństwo może zależeć przede wszystkim od własnej sieci, a nie od blockchaina Layer 1.

Zrozumienie bazowego modelu bezpieczeństwa jest więc bardziej przydatne niż poleganie wyłącznie na określeniu Layer 2.

Opłaty transakcyjne Layer 1 vs Layer 2

Koszty transakcji są jedną z najbardziej zauważalnych różnic dla użytkowników.

Na blockchainie Layer 1 o ograniczonej przepustowości i dużym popycie opłaty transakcyjne mogą znacznie wzrosnąć. Użytkownicy konkurują o ograniczoną przestrzeń w blokach.

Sieci Layer 2 mogą obniżać koszty poprzez bardziej wydajne przetwarzanie wielu transakcji i rozłożenie określonych kosztów Layer 1 na większą ilość aktywności.

Na przykład zamiast setek użytkowników płacących indywidualnie za oddzielne transakcje Layer 1, rollup może agregować informacje z wielu transakcji i rozliczać je bardziej wydajnie.

Nie oznacza to, że transakcje Layer 2 zawsze będą tanie. Koszty zależą od zapotrzebowania na sieć, architektury, wymagań dotyczących danych i bazowego Layer 1.

Bezpieczeństwo Layer 1 vs Layer 2

Bezpieczeństwo jest kolejną ważną różnicą.

Blockchain Layer 1 utrzymuje bezpieczeństwo dzięki własnemu mechanizmowi konsensusu i uczestnikom sieci.

Bezpieczeństwo Layer 2 jest bardziej złożone.

Niektóre systemy Layer 2 w dużym stopniu polegają na bazowym Layer 1 w zakresie rozliczeń i dostępności danych, podczas gdy inne wprowadzają dodatkowe założenia dotyczące sekwencerów, operatorów, komitetów, mostów lub oddzielnych systemów dostępności danych.

W rezultacie dwie sieci określane jako rozwiązania Layer 2 mogą mieć znacząco różne właściwości bezpieczeństwa.

Użytkownicy powinni wziąć pod uwagę między innymi takie pytania:

• Gdzie przechowywane są dane transakcji?
• W jaki sposób zapobiega się nieprawidłowym transakcjom lub jak można je zakwestionować?
• Czy użytkownicy mogą wypłacić środki bez zgody scentralizowanego operatora?
• Co się stanie, jeśli Layer 2 przestanie działać?
• Czy system polega na dodatkowych zaufanych podmiotach?
• Jak dojrzałe są jego smart kontrakty i systemy dowodów?

Te szczegóły mogą mieć większe znaczenie niż samo określenie Layer 2.

Czym są sekwencery?

Wiele sieci Layer 2 wykorzystuje komponent znany jako sekwencer.

Sekwencer odbiera transakcje od użytkowników, ustala ich kolejność i pomaga tworzyć partie, które ostatecznie są przesyłane do Layer 1.

Może to zapewnić szybkie potwierdzanie transakcji i płynniejsze korzystanie z sieci.

Niektóre sieci Layer 2 korzystają jednak obecnie ze scentralizowanej lub stosunkowo scentralizowanej infrastruktury sekwencjonowania. Scentralizowany sekwencer może być w stanie tymczasowo cenzurować transakcje lub stać się niedostępny, nawet jeśli zgodnie z normalnymi założeniami protokołu nie może bezpośrednio ukraść aktywów użytkowników.

Decentralizacja sekwencjonowania jest więc ważnym obszarem dalszego rozwoju Layer 2.

Przenoszenie aktywów między Layer 1 i Layer 2

Użytkownicy często muszą przenosić kryptowaluty lub tokeny między sieciami Layer 1 i Layer 2.

Zwykle odbywa się to za pomocą mostu.

Na przykład aktywa mogą zostać zdeponowane w smart kontrakcie na Layer 1, po czym ich odpowiednia reprezentacja staje się dostępna na Layer 2.

Przeniesienie aktywów z powrotem do Layer 1 odwraca ten proces.

Dokładny mechanizm zależy od architektury sieci. Czas wypłaty również może się różnić. Niektóre konstrukcje Optimistic Rollup mogą wymagać okresu oczekiwania w przypadku określonych natywnych wypłat, ponieważ transakcje muszą mieć wystarczająco dużo czasu na ewentualne zakwestionowanie.

Mosty innych firm mogą czasami zapewniać szybsze transfery, ale mogą też wprowadzać dodatkowe założenia dotyczące bezpieczeństwa.

Layer 2 to nie tylko niższe opłaty

Niższe koszty transakcji są jednym z głównych powodów, dla których sieci Layer 2 przyciągają użytkowników, ale skalowalność może umożliwić znacznie więcej niż tylko tańsze transfery.

Aplikacje wymagające częstych transakcji mogą być trudne lub kosztowne w obsłudze bezpośrednio na przeciążonym Layer 1.

Dodatkowa przepustowość może sprawić, że technologia blockchain stanie się bardziej praktyczna w takich obszarach jak:

• Zdecentralizowane giełdy
• Gry blockchain
• Platformy NFT
• Aplikacje społecznościowe
• Mikropłatności
• Społeczności on-chain
• Rynki predykcyjne
• Aplikacje DeFi o wysokiej częstotliwości transakcji

Wraz ze spadkiem kosztów transakcji i wzrostem przepustowości programiści mogą eksperymentować z aplikacjami, które byłyby niepraktyczne, gdyby każda interakcja zajmowała kosztowną przestrzeń w blokach Layer 1.

Wyzwanie związane z doświadczeniem użytkownika

Technologia Layer 2 może poprawić skalowalność, jednocześnie wprowadzając dodatkową złożoność.

Użytkownicy mogą potrzebować wiedzieć, w której sieci znajdują się ich aktywa, którą sieć wybrać w portfelu, którego mostu użyć i czy dana aplikacja obsługuje konkretny Layer 2.

Ktoś może posiadać ten sam token w kilku sieciach, podczas gdy salda te pozostają technicznie oddzielne.

Wysłanie aktywa przez niewłaściwą sieć może również powodować zamieszanie i, w zależności od okoliczności, utrudnić jego odzyskanie.

Portfele, giełdy i zdecentralizowane aplikacje coraz częściej starają się ukrywać tę złożoność. W idealnym przypadku użytkownicy mogą w przyszłości korzystać z aplikacji blockchain bez konieczności rozumienia, która dokładnie warstwa skalowania obsługuje każdą transakcję.

Czy Layer 2 może zastąpić Layer 1?

Layer 2 zasadniczo nie jest projektowany po to, aby wyeliminować potrzebę istnienia Layer 1.

Zamiast tego obie warstwy mogą pełnić uzupełniające się role.

Layer 1 może zapewniać solidne rozliczenia, konsensus i bezpieczeństwo, podczas gdy sieci Layer 2 zapewniają dodatkową moc wykonawczą i wyspecjalizowane środowiska.

Tworzy to warstwową architekturę podobną do innych złożonych systemów technologicznych, w których różne komponenty odpowiadają za różne zadania.

Tę relację można podsumować następująco:

Layer 1 zapewnia fundament. Layer 2 pomaga skalować ekosystem.

Różne blockchainy stosują różne podejścia

Nie każdy ekosystem blockchain stosuje tę samą strategię skalowania.

Ethereum w coraz większym stopniu opiera się na modelu skalowania skoncentrowanym na rollupach, w którym sieci Layer 2 obsługują znaczną część aktywności użytkowników, podczas gdy Ethereum pełni rolę bazowej warstwy rozliczeniowej i danych.

Inne blockchainy Layer 1 koncentrują się przede wszystkim na zwiększaniu wydajności samego bazowego blockchaina.

Niektóre ekosystemy łączą oba podejścia, poprawiając wydajność Layer 1 i jednocześnie rozwijając dodatkowe warstwy skalowania.

Nie istnieje więc jedna uniwersalna architektura skalowalności blockchaina.

Layer 1 i Layer 2 są częścią większego stosu technologicznego

Infrastruktura blockchain staje się coraz bardziej modułowa.

Poza Layer 1 i Layer 2 programiści mogą korzystać ze specjalistycznych systemów zapewniających dostępność danych, interoperacyjność, sekwencjonowanie transakcji, wykonywanie operacji i funkcje przeznaczone dla konkretnych aplikacji.

Terminy takie jak Layer 3, appchain, validium i modularny blockchain stają się coraz bardziej powszechne, ponieważ programiści eksperymentują z różnymi sposobami podziału zadań blockchaina.

Kategorie te nie zawsze są precyzyjnie zdefiniowane, a terminologia może różnić się w zależności od projektu.

Najważniejsze jest to, że sieci blockchain nie muszą już wykonywać każdego zadania w ramach jednego monolitycznego systemu.

Przyszłość warstwowych sieci blockchain

Technologia Layer 2 jest próbą rozwiązania jednego z fundamentalnych problemów blockchaina: obsługi dużej liczby użytkowników bez rezygnowania z cech, które sprawiają, że zdecentralizowane sieci są wartościowe.

Blockchainy Layer 1 są stale ulepszane poprzez aktualizacje protokołów, lepszą kryptografię, wydajniejsze mechanizmy konsensusu i nowe podejścia do dostępności danych.

Jednocześnie sieci Layer 2 stają się szybsze, tańsze i coraz bardziej zaawansowane.

W dłuższej perspektywie może to doprowadzić do powstania ekosystemów blockchain, w których większość codziennej aktywności odbywa się na skalowalnych warstwach wykonawczych, podczas gdy wysoce bezpieczne sieci Layer 1 działają w tle.

Dla użytkowników różnica między tymi warstwami może z czasem stać się znacznie mniej widoczna.

Podsumowanie

Różnica między Layer 1 a Layer 2 sprowadza się do tego, gdzie przetwarzana jest aktywność blockchaina i skąd system czerpie swoje bezpieczeństwo.

Layer 1 jest bazowym blockchainem. Zapewnia podstawową infrastrukturę sieci odpowiedzialną za konsensus, bezpieczeństwo, dane i rozliczenia.

Layer 2 to dodatkowa infrastruktura zbudowana na Layer 1. Przenosi część przetwarzania transakcji poza warstwę bazową, aby zwiększyć przepustowość, obniżyć koszty lub zapewnić wyspecjalizowane funkcje, zachowując jednocześnie połączenie z bazowym blockchainem.

Żadne z tych podejść nie rozwiązuje samodzielnie wszystkich problemów blockchaina. Ulepszenia Layer 1 i technologie skalowania Layer 2 coraz częściej współpracują ze sobą.

Zrozumienie tej zależności ułatwia dostrzeżenie, dlaczego współczesne ekosystemy blockchain składają się z wielu połączonych ze sobą sieci oraz dlaczego skalowalność przekształca się z problemu pojedynczego blockchaina w wyzwanie związane z wielowarstwową infrastrukturą.