Блокчейннің 1-деңгейін және 2-деңгейін салыстыру: Негіздер

Криптовалюта мен блокчейннің танымалдығы экспоненциалды түрде өсіп, пайдаланушылар мен транзакциялардың санын айтарлықтай арттырды. Бұл блокчейн желісінің операциялары үшін инфрақұрылымдық кедергілерді тудырды. Жалпы қабылдауға қол жеткізу үшін сала пайдаланушылардың, транзакциялар мен деректердің өсіп келе жатқан санын қамтамасыз ету үшін оның масштабтау мәселелерін шешудің шешімдерін іздеуі керек.

Өнеркәсіпте қолданылатын негізгі шешімдердің екеуіне 1-деңгей және 2-деңгей кіреді:

• 1-қабат: Негізгі блокчейн архитектурасы

• 1-деңгейді масштабтау шешімдері: 1-деңгейге негізгі өзгерістер енгізілді

• 2-қабат: 1-деңгей желілерінің жоғарғы жағындағы үшінші тарап интеграциясы

• 2-деңгейді масштабтау шешімдері: 1-деңгей платформаларының жылдамдығын олардың кодына немесе архитектурасына түбегейлі өзгертулер енгізбестен жақсарту

Бұл мақалада бізблокчейн трилеммасы, 1-деңгей және 2-деңгейжәне блокчейндерге масштабтауға қалай көмектесетінінзерттейтін боламыз .

Блокчейн трилеммасы

Блокчейн трилеммасытермині келесі үш сипаттамаға бір уақытта қол жеткізетін блокчейннің жұмбағын білдіреді:

1. Орталықсыздандыру: Есептеу қуатын/консенсусты желі бойынша бөлу

2. Қауіпсіздік: Зиянды актерлер мен желілік шабуылдардан қорғаныс

3. Масштабтау мүмкіндігі: Блокчейннің жоғары транзакциялық өткізу қабілетін қолдау мүмкіндігі

Кез келген жүйе үш сипаттаманың екеуіне ғана қол жеткізе алады, бұл оны біреуінен бас тартуға мәжбүр етеді.

Блокчейн трилеммасының мысалдары

Әдетте блокчейндер блокчейн трилеммасымен күресті. Бірнеше көрнекті мысалдарды қарастырайық.

Ethereum

Ethereum орталықтандырылмаған және өте қауіпсіз, шамамен 561 000 валидаторы бар. Ethereum блокчейніне шабуыл жасау мүмкін емес, өйткені желіге зиян келтіру үшін шабуылдаушы валидаторлардың51% -ын алуыкерек. Дегенмен, бұл масштабтауға байланысты келіссөздермен бірге келеді, сондықтан Ethereum желісінің ақысы жоғары белсенділік кезінде зымыранды.

Binance Smart Chain (BNB Chain)

Ethereum-тен айырмашылығы, BNB Chain ең көбі 21 валидаторғарұқсат береді. Сондықтан BNB Chain орталықтандырылмағаны анық. Дегенмен, бұл оған қауіпсіздік пен ауқымдылықтың жоғары дәрежесіне қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Блокчейннің масштабталуы неліктен маңызды?

«Ауқымдылық» сөзінің анықтамасы сарапшыдан сарапшыға қарай өзгереді. Дегенмен, негізіндеблокчейннің масштабталуы жүйенің кез келген уақытта пайдаланушылардың жалпы санына қарамастан әрбір пайдаланушыға бай тәжірибе ұсына алу мүмкіндігін білдіреді.

Өткізу қабілетітермині жүйе секундына орындайтын транзакциялар санын білдіреді. Visa сияқты компаниялар/төлем арналары VisaNet электронды төлем желісіменшамамен 20 000TPSөңдесе , Bitcoin-тіңнегізгі тізбегі 3-тен 7 TPS-ке дейін ғана орындай алады.

Сыйымдылықтың айырмашылығы таң қалдыруы мүмкін, бірақ оның артында қарапайым түсінік бар. Bitcoin орталықтандырылмаған жүйені қабылдайды, ал VisaNet орталықтандырылған жүйеде жұмыс істейді. Біріншісі пайдаланушылардың құпиялылығын қорғау үшін көбірек өңдеу қуаты мен уақытын пайдаланады. Әрбір деректер транзакциясы бірнеше қадамдардан өтуі керек, соның ішінде қабылдау, өндіру, тарату және түйін желісі арқылы тексеру.

Криптовалюта іскерлік әлемде императивті күшке айналады деп күтілуде, блокчейн әзірлеушілері блокчейнмен жұмыс істеу ауқымын ұлғайтуға тырысуда. Блокчейн қабаттарын жасау және 2-қабатты масштабтауды оңтайландыру арқылы олар өңдеу уақытын жылдамдатып, TPS санын арттырғысы келеді.

Блокчейннің масштабтау мәселесі

Мысал ретінде Ethereum-ды қолданайық. Блокчейн технологиясында консенсус механизмі бөлінген түйіндердегі бір желі күйі туралы келісімдерге мүмкіндік беретін ақауларға төзімді жүйе болып табылады. Бұлхаттамалар барлық түйіндердің транзакциялар бойынша келісетінін және синхрондалуын қамтамасыз етеді. Бұл Ethereum тізбегін қайта жазуды немесе шабуылдауды қиындатады.

Ethereum тұрақтылығы мен қауіпсіздігіне байланыстыICO құмарлығыбасталды, бұл жеке тұлғалардыблокчейндекриптовалюталар мен орталықтандырылмаған қосымшалар (DApps) жасауға әкелді. Демек, пайдаланушылар ағыны және Ethereum-да жасалған транзакциялар санының өсуі болды. Жүйе бітеліп қалғандықтан, транзакциялық комиссия немесе Ethereum желісінде транзакцияларды өңдейтін тараптарға төленгенгазөсті.

Блокчейн желісі бітеліп қалса, күтудегі транзакциялар жад пулында аяқталады және өңдеуге көбірек уақыт кетеді. Мұны шешу үшін кеншілер газ бағасы жоғары транзакцияларға оларды растау үшін басымдық бере бастайды. Бұл транзакция жасау үшін қажетті ең төменгі шығындарды одан әрі арттырады.

Бағаның өсу циклі газ ақысының шарықтап көтерілуіне дейін жетеді, бұл жағдайды бәрі үшін нашарлатады. 2-деңгейді масштабтау осы мәселенің шешімін қамтамасыз етуге және транзакциялардың құнын төмендетуге бағытталған.

1-деңгейлер дегеніміз не?

1-деңгейлер басқа блокчейндер мен DApp бағдарламалары салынған негізгі блокчейн желісі болып табылады. Олар блокчейнде жүргізілетін транзакциялар мен операцияларды қолдай алады. Масштабтауды жақсарту үшін 1-деңгей блокчейн кодына немесе архитектурасына тікелей өзгертулер енгізуі керек. Мысалдар блокты растау жылдамдығын арттыру немесе блоктың деректерді қамтитын сыйымдылығын арттыруды қамтиды.

Ethereum, Binance Smart Chain және Solana - ең көрнекті 1-қабат.

1-деңгейді масштабтау шешімдерін қарастырайық.

1-деңгей масштабтау шешімдері

Консенсус механизмі

Әртүрлі блокчейндер әртүрлі консенсус механизмдерінпайдаланады.

Bitcoin сияқты блокчейндер жұмыс дәлелін (PoW) пайдаланады. PoW жүйесі өте қауіпсіз болса да, ол баяу болуы мүмкін. Себебі ол криптографиялық алгоритмдерді шешу үшін айтарлықтай есептеу қуатын қажет етеді. Ethereum PoW консенсус механизмімен басталды, бұл көптеген пайдаланушылар Ethereum желісіне кірген кезде желілік кептелістерге әкелді.

Содан бері EthereumThe Mergeарқылыproof-of-stake (PoS) консенсус механизмін қолдануға көшті және енді желіден консенсус арқылы жаңа блоктарды өңдейді және тексереді. Бұл қосқыш Ethereum жылдамдығынсекундына 10–20 транзакциядан (TPS) 20 000 TPS-ке дейінөзгертуге мүмкіндік берді . Бұл орталықсыздандыру мен қауіпсіздікті сақтай отырып қол жеткізіледі.

Тізбекті шанышқы

1-деңгейді масштабтау шешімдерін әдетте блокчейннің әзірлеушілер тобы енгізеді. Тізбекті ашу блокчейнді жаңарту немесе реттеу дегенді білдіреді. Шанышқылардың 2 түрі бар: жұмсақ шанышқы және қатты шанышқы.

Жұмсақ шанышқылар - бұл қолданыстағы блокчейнмен үйлесімді архитектуралық өзгерістер. Екінші жағынан, қатты шанышқылар - бұл блокчейн архитектурасындағы өзгерістер, ол бұрыннан бардан айтарлықтай ерекшеленеді. 

Жұмсақ шанышқылардың мысалы ретінде Bitcoin желісінің SegWit жұмсақ шанышқысыболуы мүмкін, ол желі өнімділігін блокқа шамамен 1600 транзакциядан 3000-ға дейін арттыруға көмектесті.

Ал блокчейнге енгізілетін үлкен өзгерістер, мысалы, биткоиннің блок өлшемін 8 МБ дейін ұлғайту үшін қатты шанышқы қажет. Бұл Bitcoin екі нұсқасын жасайды, біреуі жаңартылған және бір ескі желі.

Бөлшектеу

Бөлшектеу - үлкен транзакциялар жиынын «үзінділер» деп аталатын кішірек деректер жиындарына бөлетін масштабтау әдістерінің бірі. Желі бұл желі бөліктерін бір уақытта параллельді түрде өңдейді, бұл желіде әрбір транзакцияны дәйекті түрде өңдеудің орнына бірнеше транзакциялар бойынша дәйекті жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Бұл тезірек және тиімдірек механизм.

Сонымен қатар, блокчейннің көшірмесін толығымен сақтаудың орнына, әрбір желі түйіні белгілі бір бөлікке тағайындалады. Жеке сынықтар мекенжайларды, баланстарды және жалпы күйлерді өзара алмасу протоколдарын пайдалана отырып алмасады, сонымен қатар негізгі тізбекке дәлелдер береді.

Біріктірілген кесіндіге ие блокчейндердің мысалдары Ziliqa және Tezos болып табылады.

Дегенмен, Sharding эксперименттік екенін және 1-деңгейдің оны әлі сәтті жүзеге асырмағанын атап өткен жөн.

2-қабат дегеніміз не?

2-деңгей блокчейн протоколының үстінен іске қосу арқылы оның ауқымдылығы мен тиімділігін арттырады. Ол сыртқы, параллель желіні пайдаланып 1-деңгейден алыс транзакцияларға мүмкіндік береді.

Транзакция нәтижелерін аяқтау үшін 2-деңгей негізгі тізбектен транзакциялар бумаларын алады, оларды өз атынан өңдейді, содан кейін транзакцияларды 1-деңгейге қайта біріктіреді. 1-деңгей блокчейні қосымша архитектураға деректерді өңдеудің көп бөлігін абстракциялау арқылы азырақ жинақталады және сайып келгенде масштабталады.

2-деңгейдің көрнекті мысалдары: Полигон, Оптимизм, Арбитр, zkSync және Bitcoin Lightning Network.

2-деңгей масштабтау шешімдері

Мұнда 2-деңгейді масштабтау шешімдерінің кейбірі берілген.

Кірістірілген блокчейн

Nesting - бұл блокчейн протоколы ішінде немесе үстінде басқа блокчейндерді орналастыратын 2-деңгейді масштабтау шешімдерінің бірі. Кірістірілген блокчейн архитектурасы әдетте кеңірек желі үшін ережелер мен параметрлерді орнататын негізгі блокчейнді қамтиды, ал орындалулар қайталама тізбектердің өзара байланысқан желісінде орындалады.

Кірістірілген тізбек ата-аналық және еншілес тізбектерден тұрады. Негізгі тізбек транзакцияны орындау үшін еншілес тізбектерге өкілдік береді. Транзакцияларды еншілес тізбектер жүзеге асырады, содан кейін олар негізгі тізбекті нәтиже туралы хабарлайды. Негізгі тізбек транзакциялар аяқталғаннан кейін 1-деңгейге нәтиже береді. 

Дауларды шешу үшін қажет болмаса, негізгі блокчейн кірістірілген тізбектердің желілік операцияларына қатыспайды. Барлығы бірге жұмыс істейтіндіктен, бұл масштабтау әдістерінің бірі және жылдамырақ. Бұл парадигмадағы еңбек бөлінісі негізгі тізбектегі өңдеу жүктемесін азайтып, ауқымдылықты айтарлықтай жақсартады.

Бұған мысал ретінде арзан және жылдам транзакцияларды қамтамасыз ету үшін Ethereum үшін Layer 2 блокчейн ретінде әрекет ететін OMG Plasma жобасы болып табылады.

Мемлекеттік арналар

Блокчейн мен тізбектен тыс транзакциялық арналар арасындағы екі жақты байланысты мемлекеттік арна арқылы жеңілдетуге болады. Мемлекеттік арна шын мәнінде 1-деңгейдің түйіндері арқылы тексеруді қажет етпей,мультисиг немесе смарт келісім-шартмеханизміарқылы әрекеттерді жүзеге асыратын желіге жақын ресурс болып табылады .

Транзакциялар транзакция деректерін 1-деңгейге жібермей-ақ орындалуы мүмкін. Транзакциялар аяқталғаннан кейін арнаның соңғы күйі тексеру үшін 1-деңгейге жіберіледі. Бұл механизм транзакция жылдамдығын жақсартуға мүмкіндік береді және желінің жалпы өткізу қабілетін арттырады. Мемлекеттік арналарда теңдесі жоқ жылдамдық пен құпиялылық бар. Кеншілер сияқты үшінші тараптар арқылы бағыттаудың қажеті жоқ, мемлекеттік арналар ең жақсы масштабтау шешімдерінің бірі болып табылады.

Ethereum-дағы Raiden Network және Bitcoin-дегі Lightning Network екеуі де мемлекеттік арналардың мысалдары болып табылады. Бұлардың екеуі де хэштелген уақытты бекіту келісім-шарттары (HTLCs) арқылы орындалатын күй арналарын пайдаланады. Lightning Network пайдаланушыларға қысқа уақыт ішінде көптеген микротранзакцияларды орындауға мүмкіндік бергенімен, Raiden пайдаланушыларға өз арналары арқылы смарт келісімшарттарды орындауға мүмкіндік береді.

Lightning Network сияқты мемлекеттік арналар да толығымен қауіпсіз, өйткені транзакциялар туралы тек қатысушылар ғана біледі. Екінші жағынан, Ethereum Layer 1 блокчейні барлық транзакцияларды жалпыға бірдей тексерілетін кітапқа жазады.

Бүйірлік тізбектер

Ірі пакеттік транзакциялар жылдамдығы мен ауқымдылығын жақсарту үшін 1-деңгеймен бірге жұмыс істейтін өздерінің валидаторлары (және консенсус механизмдері) жиынтығы бар ерекше блокчейн желілері болып табылатын бүйірлік тізбектерді жиі пайдаланады.

Бүйірлік тізбек дизайнымен 1-деңгейдің негізгі міндеттері жалпы қауіпсіздікті қамтамасыз ету, пакеттік транзакция жазбаларын тексеру және қақтығыстарды реттеу болып табылады. Бүйірлік тізбек негізгі тізбектен транзакцияларды өңдеуді аяқтағаннан кейін активтер құлыпталады. Сондай-ақ, бүйірлік тізбектердің көпшілігінде федерация немесе басқа тәуелсіз үшінші тарап бар, олар негізгі желі мен бүйірлік тізбек арасындағы әрекеттерде қандай да бір бұзушылықтардың бар-жоғын екі рет тексереді. Ақылды келісімшарттар немесе адамдар жиынтығы федерацияны құра алады.

Бүйірлік тізбектер мен мемлекеттік арналар арасында екі негізгі айырмашылық бар:

1. Бүйірлік тізбекте жасалған транзакциялар қатысушылар арасында жеке болып табылмайды; керісінше олар бухгалтерлік кітапта жалпыға жарияланады. 

2. Негізгі және басқа бүйірлік тізбектерге бүйірлік тізбектің қауіпсіздік кемшіліктері әсер етпейді.

Роллаптар

Блокчейн ортасында танымалдылығы артып келе жатқан масштабтау тәсілдерінің бірі - жинақтау. Топтамаларда 1-деңгейдегі транзакциялар топтары жинақталады, тізбектен тыс өңделеді, содан кейін негізгі тізбекке қайта жүктеледі.

Нәтижесінде 1-деңгейлер бәрін дербес өңдеуге міндетті емес. Топтамалар Ethereum сияқты 1-деңгейлік желілерді кеңейтуге мүмкіндік береді. Топтамалар да басқаша жұмыс істейді. Басқалары оптимистік тәсілді қолданады, ал кейбіреулері нөлдік білім процедурасын қолданады.

Топтаманың екі түрі:

• Оптимистік жинақтар: Бұл транзакцияларды әдепкі бойынша жарамды деп есептейді. Осылайша, олар тек қиындық туындаған жағдайда алаяқтықты анықтау үшін есептеуді жүргізеді.

• Нөлдік білім жинақтары: Бұл жинақтар тізбектен тыс есептеулерді орындайды. Кейіннен олар негіздік қабатқа немесе негізгі тізбекке жарамдылық дәлелін жібереді.

Топтамалар транзакция өткізу қабілетін арттыруға, ашық қатысуға және пайдаланушылар үшін газ ақысын азайтуға көмектеседі.

1-деңгей мен 2-қабаттың шектеулері

Блокчейн қабатының бірнеше артықшылықтары бар. Мысалы, 1-деңгей шешімдерінің басты артықшылығы - негізгі қабат өзгертілгендіктен әзірлеушілерге бар архитектураға ештеңе қосудың қажеті жоқ.

Сонымен қатар, 2-деңгейді масштабтау шешімдері негізгі деңгей протоколын бұзбайды. Бұған қоса, бұл шешімдер пайдаланушылардан транзакциялық комиссияларды төлеуді немесе шахтерлерді тексеруге уақытты жоғалтуды талап етпестен бірнеше микротранзакцияларға мүмкіндік береді.

Дегенмен, бұл блокчейн қабаттарының екеуінде де ескеру қажет шектеулер бар.

Қолданыстағы хаттамаларға қосымша

Блокчейн қабаттарының негізгі проблемасы оларды бар протоколдарға қосу болып табылады. Bitcoin және Etherium екеуінің де миллиардтаған нарықтық капиталы бар. Пайдаланушылар күн сайын миллиондаған доллармен сауда жасайды. Сондықтан, қажетсіз кодтау және эксперимент арқылы процесті қиындату мағынасы жоқ, өйткені бұл көп ақшаны қажет етеді.

1-деңгей мен 2-деңгейден кейінгі болашақ қандай болады? 

Масштабтау - қазіргі уақытта блокчейн индустриясында криптовалюталарды жаппай қабылдау мүмкін емес себептердің бірі. Криптовалютаға сұраныс артқан сайын блокчейн протоколдарын масштабтау қысымы да артады. Блокчейннің екі қабатында да белгілі бір шектеулер болғандықтан, болашақта шешім масштабтау трилеммасымен күресетін хаттаманы құру болады. 

Қорытынды

Жоғарыда аталған қиыншылыққа қатысты екі нұсқа бар: 1) масштабтау мәселесін жеңілдету немесе 2) өміршең баламаларды іздеу. Blockchain әзірлеушілері Ethereum көмегімен 2-қабатты масштабтауға көшіп, бұрынғысын таңдайды.

Жарияланған уақытта блокчейн жүйелері әлі де әзірленуде. Болашақтың өзекті мәселесі блокчейн қабаттары мен Layer2 масштабтауы уақытша немесе тұрақты бола ма.