Ще у 2000 році, за дев'ять років до запуску блокчейну Bitcoin, професор Ерік Брюер представив теорему CAP – принцип, згідно з яким розподілені системи обчислень можуть мати тільки дві з трьох властивостей: узгодженість даних, доступність і стійкість до фрагментації. У контексті криптовалютних мереж на цю проблему вперше звернув увагу один із засновників Ethereum Віталік Бутерін.
У його версії блокчейн (система розподілених обчислень) не може володіти відразу трьома властивостями – децентралізація, безпека та масштабованість.
Для цього вони використовують L2-рішення – рівні, побудовані поверх блокчейну.
Рішення другого рівня – що це таке
Питання масштабованості було піднято Віталіком Бутеріним через специфіку мережі Ethereum, яка передбачала запуск децентралізованих блокчейн-застосунків, що передбачають величезну кількість користувачів, які працюють одночасно.
Однак зі зростанням масового прийняття криптовалют, зростанням призначеної для користувача бази та кількості транзакцій ця проблема стала актуальною й для Bitcoin. Про це нам непрозоро натякають високі комісії та час очікування в обох мережах.
І Bitcoin, і Ethereum – мережі першого рівня або L1. Рішення другого рівня або L2 – це протоколи, вибудувані «поверх» самого блокчейну, що обробляють операції поза основною мережею, що дає змогу знизити навантаження та збільшити продуктивність.
Переваги L2-рішень
Сьогодні час обробки блоку в мережі Bitcoin становить від 8 до 12 хвилин. Середній час між блоками – 10 хвилин 40 секунд. Кількість транзакцій за секунду – 5,85. Середня комісія становить менше $1, проте в пікові години вона може досягати $20-$30. У момент останнього халвінгу комісія перевищувала $90 за 1 переказ.
У такій ситуації використання L2-протоколів дає змогу вирішити головну проблему – вони беруть на себе обробку транзакцій, що надходять, що забезпечує зниження комісій і зростання швидкості підтвердження. Фактично рішення другого рівня дають відповідь на трилему масштабованості – L1-мережа забезпечує децентралізацію та безпеку, коли як L2-рівень бере на себе збільшення продуктивності.
Але це не все. Крім масштабування, L2 розширюють переваги блокчейну Bitcoin, який за своєю природою не пристосований до розробки складних програм:
- Рішення другого рівня дозволяють використовувати смарт-контракти. Це дає можливість розвивати DeFi-застосунки на Bitcoin. Наприклад, протоколи для торгівлі, отримання кредитів або їх забезпечення в BTC за винагороду.
- Вони також дають змогу запускати інші децентралізовані застосунки, розширюючи екосистему блокчейну та сприяючи її розвитку. Це допомагає змінити репутацію BTC як резервного активу з низькою функціональністю.
Усе це свідчить про те, що практична користь рішень другого рівня зводиться не тільки до масштабованості, але й відкриває нові способи взаємодії з мережею.
Як працюють L2-рішення для Bitcoin
Протоколи L2-рівня поділяються на кілька типів з різними підходами до обробки транзакцій, однак спільним для кожного з них є принцип роботи – перекази проводяться поза основним ланцюжком блоків Bitcoin у форматі Off-Chain. Усі дані про операції записуються в блокчейн після, не вимагаючи миттєвого підтвердження.
Найчастіше серед рішень другого рівня виділяють три механізми.
Ролапи (Rollups)
L2-рішення на основі ролапів формує згортки, що складаються з тисяч транзакцій одразу, оптимізуючи обсяг даних у кожній з них. Це дає змогу мінімізувати кількість байтів, а отже, знизити комісію. При цьому весь пакет обробляється одноразово, потрапляючи в блок цілком. Це означає, що мережа не витрачає час на обробку кожної транзакції, що також знижує комісію за операції.
Особливої популярності останніми роками набули ZK-Rollups – технології перевірки транзакцій, що використовують доказ із нульовим розголошенням (zero-knowledge proof). Вони дають змогу обробляти транзакції, не розкриваючи жодної інформації.
Серед найвідоміших ролап-рішень для Bitcoin варто назвати:
- SatoshiVM – віртуальна машина на основі доказу з нульовим розголошенням. Використовує BTC для оплати комісій і роботи з DeFi.
- Merlin Protocol – L2, що також використовує ZKP. Дозволяє отримати доступ до протоколу безпосередньо через Bitcoin-гаманець за допомогою BTC Connect.
- У квітні 2024 року розробники представили BitcoinOS – «рішення трилеми масштабу, обчислювальної виразності та децентралізації Bitcoin».
Однак у L2-рішень на основі ролапів є також проблеми. Так, експерти з Galaxy Research вважають, що більшість із них виявляться нежиттєздатними в перспективі, попри їхню нинішню популярність. В умовах постійного опрацювання пакетів транзакцій (які можуть зайняти вагому частину блоку Bitcoin) від різних ролапів та обмеженого місця в блоках вартість опрацювання всього пакета підвищуватиметься.
Це призведе до того, що L2-рішення конкуруватимуть одне з одним в обсягах транзакцій, тим самим витісняючи з блоків L1-мережі дрібніші перекази.
Сайдчейни (Sidechains)
Сайдчейн – це окремий блокчейн із двосторонньою прив'язкою до основної мережі. Найчастіше він використовує алгоритм Proof-of-Work, як і Bitcoin, але в окремих випадках бере на озброєння власний механізм – наприклад, сайдчейн Stacks працює на Proof-of-Transfer (PoX), який доводить передачу активів з наявної мережі.
Одні L2-мережі використовують для роботи Bitcoin, тоді як інші працюють автономно, використовуючи блокчейн тільки для обміну. Вони мають свій, максимально відмінний від Bitcoin код, що дає змогу запускати смарт-контракти та механізми захисту.
Загальний принцип сайдчейнів такий: власник відправляє BTC з мережі Bitcoin, після чого вони блокуються для перевірки. Активи передаються в сайдчейн для роботи – для цього може використовуватися «обгорнутий» токен, забезпечений біткоїнами 1:1.
Серед сайдчейнів для Bitcoin варто виділити кілька рішень:
- Stacks Network – сайдчейн, що забезпечує безпеку роботи за допомогою протоколів Bitcoin. Дозволяє створювати смарт-контракти і DeFi-застосунки.
- Rootstock – перший сайдчейн, який почав запускати смарт-контракти на Bitcoin. Відправляє BTC у свою мережу, блокуючи їх і конвертуючи в RBTC для швидких і дешевих операцій. У систему Rootstock входить гаманець RIF Wallet.
- Liquid Network – найвідоміший на сьогодні сайдчейн для Bitcoin. Жертвуючи децентралізацією, дає змогу створювати блоки за 1 хвилину. Конвертує BTC у Liquid BTC (LBTC) для подальшої роботи. Дозволяє запускати токени.
Однак сайдчейни не можна назвати ідеальним рішенням трилеми. Незважаючи на збільшення продуктивності та низькі комісії, дуже часто, як у випадку з Liquid Network, вони жертвують децентралізованістю, що тільки підтверджує теорему Еріка Брюера.
Канали стану (State Channels)
Тоді як основна мережа Bitcoin вимагає підтвердження після кожного переказу, тобто після кожної зміни статусу, L2-рішення дають змогу створити між двома адресами двосторонній платіжний канал, що переписуватиме зміни статусів поза блокчейном першої криптовалюти впродовж безлічі транзакцій.
Кількість таких переказів і час їхньої роботи не обмежені. У момент закриття каналу дані будуть відправлені в мережу, при цьому в блок будуть записані підсумки тільки останньої транзакції. Чим більше переказів – тим нижча середня комісія.
- Найвідомішим і широко використовуваним каналом для масштабування Bitcoin наразі є Lightning Network. Це мережа з декількох тисяч платіжних каналів, що забезпечують транзакції між двома сторонами поза основною мережею. Він здатний обробляти до мільйона переказів на секунду.
Концепт такої системи запропонував сам Сатоші Накамото у 2009 році. Через 6 років на основі його начерків розробники розпочали роботу, проте запуск L2-рішення став можливий лише у 2017 році – після активації оновлення Segregated Witness.
Сьогодні Lightning Network використовують багато централізованих бірж. Так, у 2023 році протокол інтегрувала найбільша криптовалютна біржа Binance.
Що чекає на рішення другого рівня в майбутньому
L2-рішення пропонують широкі можливості, але стикаються також і з низкою викликів:
- вони вимагають певних технічних навичок, що може ускладнити роботу для новачків;
- їм притаманні проблеми з безпекою та низькою ліквідністю;
- відсутність повної інтеграції та стандартизації призводить до несумісності застосунків і гаманців, що ускладнює їх широке використання.
Однак усе це меркне порівняно з користю рішень другого рівня. Адже вони не тільки розв'язують проблеми Bitcoin, а й дають можливості для його розвитку та масового прийняття в ролі функціонального та зручного фінансового інструмента.
Усе це означає, що в майбутньому протоколи другого рівня лише розвиватимуться, отримуючи нові втілення, дедалі ефективніші та зручніші рішення.