Что такое Layer2?

Layer 2 (L2) сети в блокчейне – это технологические решения, которые работают поверх основной блокчейн-сети (Layer 1) для повышения ее масштабируемости, эффективности и скорости. Основная цель L2 решений – разгрузить основную сеть, позволяя обрабатывать больше транзакций быстрее и дешевле.

Одним из ключевых требований к сети, системе или технологии второго уровня является то, что она должна унаследовать безопасность базового блокчейна, на котором она построена. Транзакционные данные должны проверяться и подтверждаться основной блокчейн-сетью, а не отдельным набором узлов.

Основная блокчейн-сеть, например, Ethereum, обеспечивает безопасность и децентрализацию, но часто сталкивается с проблемами масштабируемости. По мере роста числа пользователей и транзакций сеть может становиться перегруженной, что приводит к высоким комиссиям и медленным подтверждениям транзакций. L2 решения предлагают способ справиться с этими проблемами без ущерба для безопасности основной сети.

Главная миссия L2 – решить триллему блокчейна. Триллема блокчейна подразумевает под собой соответствие блокчейна трем основным характеристикам: децентрализация, безопасность и производительность. Однако, блокчейн может обладать лишь двумя. Здесь на помощь и приходят L2 сети.

С момента появления криптовалюты в, уже далеком 2008 году, разработчики работали над решением проблемы масштабируемости блокчейна, так как спрос на применение продолжал расти. А эти ограничения, в свою очередь, приводили к высоким комиссиям и задержкам в исполнении транзакций, поэтому блокчейну было сложно работать в таких масштабах.

Триллему блокчейна придумал Виталик Бутерин (соучредитель Ethereum), и главный вывод из нее заключался в том, что блокчейн не может эффективно масштабироваться и продолжать при этом оставаться таким же безопасным и децентрализованным. На данный момент блокчейны не в состоянии выполнять все три условия триллемы (децентрализация, безопасность и производительность) одновременно – какая-то из них будет страдать.

L2 сети были созданы для того, чтобы решить эту проблему и улучшить масштабируемость, эффективность и скорость блокчейн-сетей. Основные блокчейны обеспечивают высокий уровень безопасности и децентрализации, но часто сталкиваются с проблемами масштабируемости. L2 решения помогают решить эти проблемы, предлагая способы для обработки большего числа транзакций вне основной сети.

Основная причина, по которой нужны L2 решения, заключается в их способности разгружать основную сеть. Они позволяют обрабатывать транзакции быстрее и дешевле, при этом сохраняя высокий уровень безопасности, предоставляемый базовым блокчейном. Это достигается за счет использования различных технологий, таких как роллапы, платежные каналы и пакетные транзакции. Эти методы позволяют выполнять транзакции вне основной сети и затем периодически синхронизировать результаты с основным блокчейном, обеспечивая безопасность и целостность данных.

L2 решения также играют важную роль в развитии децентрализованных приложений (dApps) и финансовых сервисов (DeFi). Высокая пропускная способность и низкие комиссии, обеспечиваемые L2 сетями, делают эти приложения более доступными для пользователей.

На данный момент реализация большинства решений второго уровня все еще находится на ранних стадиях, выходят новые проекты, создаются новые технологии. Большинство проектов отличаются подходом к решению этих проблем, хотя и есть у них кое-что общее: решения второго уровня, как правило, состоят из двух компонентов: сети, которая обрабатывает транзакции и смарт-контракта на основном блокчейне, который разрешает споры и достигает консенсуса по состоянию сети второго уровня, прикрепляя ее к базовому блокчейну.

Основные функции смарт-контракта всегда включают в себя следующее:

• удержание и освобождение средств, переведенных на L2;
• получение доказательства, созданного на L2, его проверка, разрешение споров и завершение транзакций.

Если говорить о достижении результата по пропускной способности, то тут этот механизм может отличаться в зависимости от проекта. Наиболее распространенными способами является использование платежных каналов и роллапов.

Платежные каналы

Платежный канал позволяет юзерам проводить транзакции вне основной сети блокчейна, используя предварительно зарезервированные средства в канале.

Рассмотрим пример: пользователь А и пользователь Б открывают платежный канал и блокируют определенную сумму в смарт-контракте, согласовывая при этом доступные им суммы через криптографические подписи. Если каждый из них заблокировал по 100$, то общая сумма заблокированных средств – 200$, но с помощью смарт-контракта они договариваются о том, что каждый из них может претендовать только на свои 100$ из общей суммы.

Таким образом, после открытия платежного канала пользователь А и Б могут совершать сделки между собой вне основной сети, обмениваясь подписанными сообщениями без необходимости обращаться к базовому блокчейну. Обмен средств в такой ситуации происходит мгновенно и не требует комиссии базового блокчейна. Транзакции между ними не фиксируются в блокчейне до тех пор, пока они не решат закрыть канал. При закрытии канала окончательные результаты всех транзакций отправляются в блокчейн и фиксируются там. По итогу пользователь А и Б оплачивают только две транзакции в основной сети: одну для открытия канала и одну для его закрытия, а пока он открыт, они могут совершать любое количество переводов между собой и без дополнительных затрат. Таким образом, все совершенные транзакции записываются одноразово в базовый блокчейн по окончанию использования платежного канала.

Роллапы

Одним из наиболее распространенных типов решений второго уровня являются роллапы (rollups). Роллапы обрабатывают транзакции вне основной цепи, поручая базовому блокчейну лишь небольшие проверки для подтверждения активности сети и хранение необработанных данных транзакций. 
Rollups собирают множество транзакций и "сворачивают" их в один блок, который затем записывается в основной блокчейн, что позволяет существенно снизить нагрузку на сеть и сократить комиссии за транзакции.

Роллапы могут быть оптимистическими (optimistic rollups) или основанными на нулевых знаниях (zk-rollups):

• Оптимистические Rollups (Optimistic Rollups): оптимистические rollups предполагают, что все транзакции, включенные в свертку, корректны, если не доказано обратное. Когда транзакции отправляются в основной блокчейн, они считаются правильными, если никто не подает спор в течение определенного времени. Если кто-то считает, что транзакция некорректна, он может подать доказательство мошенничества, чтобы оспорить транзакцию. Этот подход позволяет значительно снизить вычислительные затраты, так как проверки выполняются только в случае спора.
• Zk-Rollups (Zero-Knowledge Rollups): Zk-rollups используют криптографические доказательства (Zero-Knowledge Proofs) для подтверждения корректности всех транзакций, включенных в свертку. При использовании zk-rollups каждый блок содержит криптографическое доказательство, которое подтверждает, что все транзакции в блоке корректны. Это позволяет избежать необходимости проверки каждой отдельной транзакции на уровне основного блокчейна, обеспечивая при этом высокую степень безопасности и эффективности.

Особенности роллапов

Основное преимущество роллапов заключается в том, что они обрабатывают транзакции вне основной цепи. Это означает, что сети второго уровня берут на себя выполнение транзакций, будь то операции между пользователями или взаимодействие со смарт-контрактами, от имени базового блокчейна. За счет использования меньшего количества валидаторов и более мощного оборудования, роллапы обеспечивают значительно большую пропускную способность транзакций по сравнению с базовыми блокчейнами.

Основной блокчейн лишь проверяет доказательства, переданные смарт-контрактом rollup для подтверждения активности в сети второго уровня (в случае оптимистичных роллапов – только при возникновении споров), и хранит необработанные, неисполненные данные транзакций в виде calldata. Это означает, что основному блокчейну требуется меньше вычислительных ресурсов и памяти для обработки транзакций, происходящих на уровне 2, что приводит к снижению общей стоимости одной транзакции.

Кроме того, оба типа роллапов используют, так называемые пакетные транзакции. Это значит, что в отличие от исполнения транзакций на базовом блокчейне, где каждая транзакция идет сама по себе и даже за небольшую сумму приходится платить полноценную комиссию, на L2 множество транзакций “упаковываются” и отправляется вместе и поэтому сумма комиссий значительно снижается.

Это можно сравнить с оформлением покупки в интернет магазине: намного логичнее заказать 5 нужных предметов с одного сайта сразу, чтобы оплатить доставку только один раз, а не заказывать их по отдельности и доплачивать за каждый из них.

Еще одной особенностью функционирования роллапов является то, что им не нужно столько валидаторов, сколько и базовому блокчейну. Это объясняется тем, что роллапы обрабатывают транзакции вне основной цепи, что снижает нагрузку на сеть и позволяет использовать меньшее количество валидаторов для подтверждения транзакций. Благодаря этому, роллапы могут быстрее обрабатывать и подтверждать транзакции, обеспечивая при этом высокий уровень безопасности.

Вместо того чтобы полагаться на множество валидаторов, как это делает основной блокчейн, роллапы используют небольшое количество валидаторов с более мощным оборудованием. Это позволяет им проверять транзакции с высокой скоростью и низкими затратами. Поскольку основная сеть все равно обеспечивает конечную безопасность и подтверждение транзакций, роли валидаторов в роллапах фокусируются на поддержании корректности и целостности данных на “втором этаже”.

Платежные каналы, роллапы и L2 решения в целом – это все способы решить одну из самых фундаментальных проблем блокчейна – масштабирование – на устойчивой и долгосрочной основе. Все эти подходы нацелены на то, чтобы дарить людям, у которых спрос растет все больше, более приятный пользовательский опыт.

На данный момент нет единого решения и уверенности в том, какой именно из существующих подходов по итогу окажется наиболее отвечающим потребностям рынка, однако, тысячи разработчиков и криптоэнтузиастов по всему миру продолжают работать над тем, чтобы создавать наиболее жизнеспособные и удобные решения. И их главная цель – реализовать потенциал Web3 и сделать его доступным для широкого круга пользователей по всему миру.

L2 решения, помимо, того, что оптимизируют работу блокчейна, еще и повышают уровень безопасности несколькими способами: 

• Уменьшение количества транзакций на цепочке: L2 решения позволяют проводить транзакции вне основной цепи, что уменьшает количество транзакций на основном блокчейне. Это снижает риск потенциальных уязвимостей безопасности в базовой сети.
• Ускорение транзакций: поскольку транзакции обрабатываются вне цепочки и записываются в блокчейн только при необходимости, решения второго уровня обеспечивают более быстрое время их проведения, а это опять-таки сокращает количество возможностей для потенциальных атак.
• Масштабируемость: решения второго уровня способствуют масштабированию блокчейн-сетей, обрабатывая большое количество транзакций вне основной цепи. Это уменьшает нагрузку на базовый блокчейн и снижает вероятность сетевых атак, вызванных высокой перегрузкой.
• Повышенная конфиденциальность: некоторые решения второго уровня, такие как zkRollups, обеспечивают более высокую конфиденциальность за счет объединения нескольких транзакций в одну. Это затрудняет отслеживание отдельных транзакций посторонними лицами.

Решения второго уровня не только способствуют масштабируемости блокчейн-сетей, но и играют важную роль в улучшении безопасности, уменьшая перегрузку и ускоряя транзакции.

Экосистема Layer 2 ETH очень разнообразна и продолжает развиваться. Наиболее известными, на данный момент, решениями для ETH являются Arbitrum, Optimism, Base, zkSync, Linea, StarkWare, Polygon. Эти проекты предлагают различные подходы к масштабированию сети ETH, которые основываются на Zk Rollups и Optimistic Rollups, о которых мы говорили немного ранее. Однако в целом каждый из этих проектов заслуживает внимания, так как они имеют свои уникальные преимущества с точки зрения скорости, безопасности и совместимости с существующей инфраструктурой Ethereum.

• Arbitrum: протокол оптимистического роллапа, который наследует уровень безопасности Ethereum, обеспечивая более дешевые и быстрые транзакции. Он сосредоточен на ускорении и добавлении конфиденциальности к смарт-контрактам Ethereum.
• Optimism (OP Mainnet): предлагает масштабируемый блокчейн с архитектурой, эквивалентной EVM, снижая затраты и поддерживая совместимость с приложениями Ethereum. Упрощает и ускоряет транзакции в Ethereum.
• Base: построенное как решение L2 для Ethereum, это решение ориентировано на безопасность, стабильность и масштабируемость для ончейн-приложений.
• zkSync: протокол второго уровня, использующий технологию ZK для масштабирования Ethereum, сохраняя его основные ценности.
• Linea: улучшает пользовательский опыт Ethereum, позволяя развертывать существующие и новые приложения с меньшими затратами и большей скоростью.
• StarkWare: использует технологию ZK-STARK (Zero-Knowledge Scalable Transparent Arguments of Knowledge) для улучшения масштабируемости, прозрачности, конфиденциальности и безопасности блокчейнов. Предлагает различные способы масштабирования Ethereum, включая StarkNet и StarkEx.
• Polygon: создан для массового внедрения на Ethereum, предлагая инструменты для масштабируемых dApps, приоритизируя производительность, пользовательский опыт и безопасность. Использует различные технологии для ускорения и повышения эффективности Ethereum.

Создание и постоянная работа разработчиков над решениями второго уровня является отличным доказательством того, что блокчейн-технологии постоянно эволюционируют, и с их недостатками не нужно мириться, их можно исправлять. Эти решения играют ключевую роль в том, чтобы сделать криптовалюту доступной широкой аудитории.

L2 решения, решая проблему масштабируемости, создают более эффективный и экономически выгодный способ взаимодействовать с криптовалютами. А создание такого доступа, в свою очередь, привлекает в индустрию все больше людей, ведь они делают транзакции более удобными и практичными для повседневного использования.
По мере развития решений второго уровня они расширяют доступность блокчейн-сетей для более разнообразной аудитории. Создание более эффективных, экономически выгодных и удобных для пользователей блокчейн-экосистем сделает их жизнеспособным и практичным решением для повседневных приложений и пользователей.

L2 сети точно продолжат развиваться и в ближайшем будущем, а проекты, которые предлагают решения, будут бороться за внимание пользователей, предлагая свои особенности и привилегии. И, кстати, достаточно часто такие проекты настроены настолько серьезно по поводу привлечения участников, что пользователи, которые помогали с тестированием работы проекта, могут претендовать на приятный airdrop.

Кроме того, не так давно в блокчейне Ethereum произошло масштабное обновление (Dencun), которое очень помогло в продвижении L2 решений. В рамках этого обновления, комиссия за транзакции была снижена, а это сделало использование блокчейна еще более доступным и выгодным, что, в свою очередь, привлекло больше разработчиков и пользователей к L2 платформам.