Что такое L2-решения масштабирования для биткоина?

Что такое L2-решения на биткоине?

Решения второго уровня (L2) для биткоина — протоколы, построенные поверх блокчейна первой криптовалюты. Эти надстройки призваны повысить производительность сети цифрового золота и расширить ее возможности.

L2-решения обрабатывают транзакции за пределами базового (первого) уровня, снижая на него нагрузку и обеспечивая ряд преимуществ:

• повышенную масштабируемость;
• расширенную программируемость;
• значительный потенциал для поддержки децентрализованных приложений (dapps). 

Подобные технологии играют ключевую роль в решении трилеммы блокчейна. Они также способствуют развитию и расширению экосистемы биткоина. 

У многих участников рынка цифровое золото ассоциируется преимущественно со средством сохранения стоимости. L2-решения превращают биткоин в значительно более функциональную криптовалюту, способную поддерживать комплексные приложения и системы.

Какие проблемы решают L2 на биткоине?

Изначально биткоин задуман как децентрализованная и безопасная платежная система. Однако по мере роста популярности и взросления индустрии первая криптовалюта столкнулась с серьезными ограничениями в контексте масштабирования. 

Среднее время создания блока в 10 минут и пропускная способность в семь транзакций в секунду (TPS) не справлялись с нагрузкой в периоды пиковой активности. Это приводило к росту комиссий и существенным задержкам в обработке транзакций.

Ограничения языка Script для биткоина препятствовали разработке сложных смарт-контрактов и dapps. В ответ на это возникла концепция сетей второго уровня для первой криптовалюты. 

Юзкейсы новых решений выходят за рамки решения проблем масштабируемости — это возможность реализации кардинально новых сценариев в экосистеме биткоина:

• расширенные возможности программирования: L2-решения позволяют использовать сложные смарт-контракты в сети первой криптовалюты. Это открывает путь к развитию децентрализованных финансов, невзаимозаменяемых токенов (NFT) и других направлений Web3;
• DeFi на биткоине: L2-решения вроде Lightning Network и Stacks открывают пользователям возможность осуществлять дешевые транзакции без посредников, торговать, предоставлять и брать кредиты и т. д.;
• решение трилеммы масштабирования: биткоин-L2 помогают обеспечить баланс децентрализации, безопасности и производительности. Сеть первой криптовалюты приоритезирует первые два аспекта, а решения второго уровня позволяют существенно улучшить масштабируемость.

Как работают L2-решения на биткоине?

Решения второго уровня на базе биткоина обрабатывают операции офчейн, снижая нагрузку на первый уровень. Пользователи могут проводить множество транзакций, не записывая каждую из них напрямую в блокчейн. Это увеличивает пропускную способность и кардинально снижает комиссии, делая розничные платежи более практичными.

Основные подходы к реализации биткоин-L2: 

• каналы состояния: решения вроде Lightning Network позволяют проводить операции между участниками мгновенно и почти без комиссий;
• роллапы: множество транзакций объединяется в единый пакет, который подтверждается в блокчейне первого уровня;
• сайдчейны — отдельные блокчейны с собственным механизмом консенсуса, связанные с основной сетью биткоина двусторонней привязкой.

Что такое каналы состояния?

Рассмотрим подробнее основные принципы работы каналов состояния. 

Криптотранзакции — это, по сути, взаимодействие двух кошельков с уровнем консенсуса блокчейна. Состояние сети меняется после каждой операции, требуя валидации перед обновлением. 

Будучи L2-решением, технология позволяет осуществлять быстрые и дешевые транзакции между сторонами в рамках выделенных каналов между ними. Также генерируется мультисиг-адрес для удержания средств от имени участников.

Изменения вследствие переводов активов фиксируются вне основного блокчейна. Каждая новая транзакция перезаписывает предыдущее состояние. Такая коммуникация может продолжаться сколь угодно долго. 

По завершении сессии канал закрывается. Итоговая информация с балансами по результатам последней операции отправляется в основную сеть как единая транзакция, после чего обновляется состояние блокчейна.

Каналы состояния не только ускоряют транзакции, но и позволяют сэкономить благодаря низким комиссиям. Это особенно заметно при серии переводов. 

Пример такого решения — сеть микроплатежей Lightning Network.

Что такое сайдчейны?

Сайдчейны предлагают способ проводить операции, не нагружая мейннет.

Это отдельные блокчейны, связанные с основной сетью и обладающие определенной степенью автономности. В отличие от каналов состояния, в этих решениях используются собственные алгоритмы консенсуса и прочие подходы. 

Независимые сети могут кардинально отличаться по архитектуре от первого уровня. В случае с биткоином сайдчейны позволяют выполнять смарт-контракты и могут ложиться в основу сложных протоколов вроде децентрализованных бирж (DEX). 

Связанные с мейннетом посредством мостов сайдчейны расширяют возможности экосистемы. Пользователи могут переводить активы между цепочками благодаря специальным смарт-контрактам, которые блокируют определенную сумму в одной сети и выпускают эквивалент в другой.

Существуют разные подходы к реализации сайдчейнов, в том числе и в контексте вопросов безопасности. Некоторые используют собственную систему защиты: они независимы от основного блокчейна и связаны с ним лишь возможностью обмена ресурсами. Другие сайдчейны в той или иной степени интегрируются в механизмы безопасности родительской сети.

Известные примеры подобных решений для биткоина: Stacks и Rootstock Infrastructure Framework (RIF).

Что такое роллапы?

Роллапы (Rollups) — это L2, построенные поверх основной сети и выступающие преимущественно в качестве уровня исполнения транзакций. Они ускоряют операции и значительно снижают комиссии.

Роллапы собирают транзакции в пакеты, которые передаются в основную сеть (L1) для окончательной валидации. Один пакет может включать до 10 000 транзакций.

Во многих роллап-решениях применяется метод доказательства с нулевым разглашением. Такие технологии объединены в группу под названием ZK-Rollups.

Разработанная Celestia Labs платформа Rollkit создала модульную структуру для поддержки суверенных роллапов на блокчейне биткоина.

«Rollkit открывает разработчикам возможность создавать роллапы с произвольными средами выполнения, которые наследуют гарантии доступности данных биткоина и устойчивость к реорганизации», — отметили участники проекта.

По их словам, технология позволяет оптимизировать блочное пространство, снизить комиссии и открывает путь к реализации DeFi-решений на ресурсах сети первой криптовалюты.

В Rollkit подчеркнули, что проект стал возможен благодаря обновлению Taproot, а путь к решению показал протокол Ordinals для выпуска NFT на блокчейне биткоина. Последний продемонстрировал, как можно в блоках публиковать произвольные данные. Оставалось просто реализовать две функции: отправки и извлечения роллапов, отметили разработчики.

Rollkit поддерживает настраиваемые уровни исполнения, включая EVM, CosmWasm и Cosmos SDK. 

Для тестирования интеграции команда проекта использовала локальный тестнет биткоина и Ethermint для запуска Ethereum Virtual Machine (EVM).

Другой пример роллап-проекта для сети биткоина — Merlin Protocol.

Что такое Lightning Network?

Lightning Network (LN) — решение второго уровня для блокчейна биткоина, которое представляет собой сеть платежных каналов между пользователями.

Подобную концепцию предлагал еще Сатоши Накамото. В 2009 году он представил сообществу набросок кода, который предполагал создание специальных каналов между пользователями.

В феврале 2015 года биткоин-разработчики Джозеф Пун и Таддеус Драйя начали работу над LN, опубликовав документ под названием The Bitcoin Lightning Network.

В августе 2017 года в сети биткоина активировали софтфорк Segregated Witness — необходимое для внедрения Lightning Network обновление.

Тестовую версию клиента LN выпустила в марте 2018 года команда Lightning Labs. На тот момент в сети уже работали более 1000 узлов и были открыты 1863 канала.

Платежный протокол второго уровня проводит транзакции между двумя сторонами вне мейннета первой криптовалюты. Сеть масштабирования способна обрабатывать до миллиона транзакций в секунду, что значительно превосходит возможности основного блокчейна.

Для открытия канала LN обе стороны вносят биткоины на мультисиг-адрес. Участники проводят транзакции в рамках канала, используя средства на адресе, а ПО Lightning Network отвечает за обновление баланса кошельков. После закрытия канала сеть одной транзакцией отправляет данные об операциях в блокчейн биткоина.

Lightning Network позволяет проводить неограниченное количество транзакций по цене одной, что значительно экономит комиссии и обеспечивает высокую скорость. С момента запуска LN получила широкое применение: сеть интегрировали многие торговые площадки, а некоторые централизованные биржи задействовали ее для пополнений и выводов средств.

По состоянию на 16 марта работают 13 953 LN-ноды, связанные между собой 54 109 платежными каналами. Емкость сети микроплатежей составляет 4574 BTC ($315,5 млн), согласно данным 1ML.

Что такое Stacks Network?

Stacks — предлагает совместимые с биткоином смарт-контракты и опирается на безопасность блокчейна первой криптовалюты.

Полуавтономный сайдчейн биткоина работает на уникальном алгоритме консенсуса Proof of Transfer (PoX). Последний совмещает Proof-of-Stake и Proof-of-Burn, связывая майнеров цифрового золота и стейкеров Stacks. 

Добытчики первой криптовалюты используют BTC, чтобы получить право валидации блоков в сайдчейне, зарабатывая вознаграждения в STX. Стейкеры, блокируя свои STX, получают награды в BTC.  

Вместо прямого использования блокчейна биткоина Stacks полагается на майнеров этой сети для валидации. Мост обеспечивает перемещение криптоактивов между сетями, а SBTC представляет собой версию BTC на Stacks.

Платформа поддерживает смарт-контракты и DeFi-приложения. На момент написания общая заблокированная стоимость (TVL) в Stacks превышает $130 млн.

Что такое Rootstock (RIF)?

Rootstock Infrastructure Framework (RIF) — сайдчейн с поддержкой виртуальной машины Ethereum. 

Наследуя безопасность биткоина, сеть использует алгоритм консенсуса Proof-of-Work. Взаимосвязь с сетью первой криптовалюты обеспечивается двусторонним протоколом PoWPeg.

Последний отвечает за беспрепятственный перевод активов между цепочками. Чтобы перевести BTC в сеть Rootstock, пользователи блокируют свои биткоины в смарт-контракте сайдчейна и выпускают эквивалентное количество RBTC. Эти монеты могут использоваться для быстрых и недорогих транзакций.

Консенсус в Rootstock похож на механизм в сети биткоина, также работающий на Proof-of-Work. Добытчики криптовалюты могут параллельно подтверждать блоки на обеих цепочках — это называется объединенным майнингом (Merged mining). 

Активные участники сети Rootstock получают вознаграждение в RBTC. Уровень исполнения, способный обрабатывать продвинутые смарт-контракты, существенно расширяет функциональность биткоина.

Среди ключевых компонентов RIF: 

• кошелек RIF Wallet;
• шлюзы RIF DeFi Gateways для доступа к децентрализованным финансовым сервисам;
• платежное решение RIF Rollup;
• RIF Relay, позволяющий оплачивать транзакционные комиссии токенами ERC-20;
• мост для BTC-трансферов RIF Flyover. 

RIF выполняет функцию utility-токена экосистемы.

В декабре 2023 года крупнейшая децентрализованная биржа Uniswap интегрировала сайдчейн Rootstock. 

TVL экосистемы Rootstock приближается к отметке в $200 млн.

Что такое Liquid Network?

Liquid Network от компании Blockstream — наиболее известный сайдчейн на базе биткоина. 

Решение построено на исходном коде проекта Elements. Для создания последнего использовали кодовую базу первой криптовалюты. Однако в Liquid время создания блока уменьшено с 10 минут до 1 минуты за счет снижения децентрализации.

В Liquid нет нативного актива. Вместо этого в нем используется подобие «обернутого» токена L-BTC. Последний выпускается при переводе биткоинов из «родного» блокчейна в сайдчейн. L-BTC обеспечены BTC в соотношении 1:1. 

В сайдчейне от Blockstream есть функции конфиденциальных транзакций.

Вместе с тем Liquid нельзя назвать настолько же децентрализованным блокчейном, как и биткоин. Проектом управляет «федерация» — относительно небольшая группа организаций, распределенных по миру и независимых друг от друга. 

В блокчейне Liquid выпущен небольшой объем стейблкоинов Tether (USDT).

Что такое Merlin Protocol?

Merlin Protocol — роллап-проект, который позиционируется как «первопроходец в адаптации ценных биткоин-активов к EVM, преодолевающий ограничения сети первой криптовалюты».

Пользователи могут получить доступ к сети непосредственно через свои биткоин-кошельки благодаря протоколу BTC Connect от Particle Network. 

Для достижения масштабируемости Merlin использует технологию ZK-Rollups. Финализация «свернутых» транзакций происходит на блокчейне биткоина. По утверждениям разработчиков, такой подход обеспечивает высочайший уровень безопасности.

Поддерживая Web3-кошельки вроде MetaMask, протокол обеспечивает хороший пользовательский опыт. Созданные на Ethereum и других EVM-сетях проекты могут быть перенесены на Merlin практически без изменений в исходном коде. 

Сеть поддерживает BRC-20 и токены ERC-стандартов. На Merlin уже появляются первые DeFi-приложения, а TVL превышает $14 млн.

Что такое SatoshiVM?

SatoshiVM — EVM-совместимое L2-решение для биткоина на базе технологии ZK-Rollups. Использование последней обеспечивает высокую скорость транзакций при низких комиссиях, одновременно поддерживая децентрализацию и высокий уровень безопасности.

BTC является нативным активом сети SatoshiVM, используется для оплаты газа. Перемещенные на второй уровень биткоины можно блокировать в DeFi-приложениях, а также задействовать при работе с «надписями» стандарта SARC20.

Какие «подводные камни» у L2 на биткоине?

Сайдчейны и L2-решения в экосистеме биткоина используют мосты для взаимодействия с «первым этажом». Классическая схема работы таких инструментов подразумевает блокировку активов в блокчейне первой криптовалюты с одновременным выпуском их эквивалентов в сети второго уровня.

Однако этому подходу присущи уязвимости, что чревато проблемами с безопасностью — построенные по такой схеме мосты не раз становились жертвами хакерских атак, а совокупные потери составляют миллиарды долларов. Несмотря на попытки создать более совершенные протоколы мостов, многие L2-решения для биткоина по-прежнему остаются зависимыми от потенциально небезопасной модели «блокировка-выпуск».

Работа роллапов и каналов состояния завершается лишь после финализации в основной сети. От скорости и стоимости таких операций зависит эффективность L2-решений. 

Многие представленные на рынке решения уже доказали свою жизнеспособность, но нужны их дальнейшие улучшения. Существенные оптимизации реализованы в недавнем обновлении Dencun в сети Ethereum, и для совершенствования биткоин-L2 потребуются аналогичные усилия разработчиков.

Как развиваются L2-решения на биткоине?

L2-решения продолжат развиваться, расширяя функциональность и повышая производительность сети биткоина.

В июле крупнейшая криптобиржа Binance завершила интеграцию Lightning Network. Теперь пользователи могут вводить и выводить биткоины через этот протокол второго уровня. Интеграция свидетельствует о растущей популярности L2-решений, что может послужить драйвером для существенных инноваций в области масштабируемости и удобства использования экосистемы.

Ниже представлен ряд потенциальных направлений развития:

• технологические улучшения: развитие криптографических методов и алгоритмов консенсуса может повысить безопасность, надежность и дружественность L2-решений в контексте пользовательского опыта;
• широкое внедрение: увеличение осведомленности о новых технологиях способно привести к росту их использования среди рядовых участников рынка и организаций;
• интеграция с TradFi: L2-сети для биткоина могут более тесно интегрироваться с традиционными финансовыми системами, открыв дорогу для инновационных продуктов и услуг;
• акцент на пользовательском опыте: разработчики сосредоточатся на улучшении UX для привлечения более широкой аудитории;
• сотрудничество и стандартизация: возможна более тесная кооперация между L2-проектами, которая приведет к стандартизации и возможности взаимодействия различных решений.

Сооснователь и CTO Casa Джеймсон Лопп в октябре призвал разработчиков к более активным экспериментам с первой криптовалютой для расширения и улучшения ее экосистемы.

Он отметил целесообразность создания новых решений на «связанных, но отличающихся от биткоина протоколах», чтобы не вносить постоянно изменения в код первой криптовалюты.

В частности, разработчик отметил решения, появившиеся относительно недавно — драйвчейны, Spiderchain и BitVM. По его мнению, они позволяют «разгрузить» мемпул и расширить возможности смарт-контрактов на биткоине.

Решения второго уровня чрезвычайно важны для развития экосистемы цифрового золота. Они устраняют ключевые вызовы и создают новые возможности для массового принятия криптовалют.