Какого уровня у тебя биткоин? Актуальные пути масштабирования первой криптовалюты 

В 2023 году проект Ordinals обеспечил майнерам высокий доход за счет повышенных комиссий и актуализировал тему масштабируемости первой криптовалюты. Благодаря образовавшейся культуре «строить» на базе цифрового золота возник тренд на создание L2-сетей поверх биткоина — Bitcoin Layers (BL). К августу 2024 года количество таких решений приблизилось к сотне.

ForkLog изучил основные методы масштабирования биткоина, способные обеспечить приток ликвидности в DeFi на сумму около $1,2 трлн. 

Для чего масштабировать биткоин

Сатоши Накамото видел биткоин безопасным децентрализованным средством платежа. Однако низкая скорость транзакций и ограничения в программировании смарт-контрактов сделали его отстающим от блокчейнов вроде Ethereum. Для решения этих проблем предложили концепцию Bitcoin Layers.

Существует два основных подхода к улучшению первой криптовалюты:

• изменения на базовом уровне. Предполагает восстановление удаленных ранее или создание новых операционных кодов вроде обсуждаемого OP_CAT и внедренного OP_RETURN. Последний использует множество BL-протоколов, с его помощью созданы Ordinals и стандарт токенов BRC-20. Подобные изменения способны расширить экосистему без ущерба безопасности. Они также позволяют реализовать программируемость смарт-контрактов, повысить скорость транзакций и упростить создание Bitcoin Layers;

• решения BL. Обращение к кроссчейн-мостам предполагает некоторый компромисс в вопросах безопасности ввиду использования третьей стороны, но предоставляет существенные плюсы. В основе многих сайдчейнов лежит модульная архитектура, где слой доступности данных (DA) находится, например, в блокчейне Celestia, а остальные расчеты выполняет L1 биткоина. И наоборот — в роллапах разработчики предпочитают более ресурсоемкий, дорогой, но безопасный подход: DA в блокчейне первой криптовалюты с параллельной обработкой других сред на аутсорсе для увеличения скорости и масштабируемости.

Для дальнейшего понимания устройства BL необходимо вспомнить алгоритм функций (слоев) блокчейна: консенсус, DA, исполнение. Каждая из них выполняется отдельно в своей среде (уровне). После успешного завершения всех этапов блокчейн обновляет данные, обработанные в последнем блоке майнерами, и транзакция считается завершенной.

В сети биткоина все процессы происходят на базовом L1, а надстройки в виде роллапов и сайдчейнов способны принять на себя часть функций. 

BL привносят в блокчейн первой криптовалюты следующее:

• программируемость смарт-контрактов. Позволяет осуществлять сложные транзакции непосредственно в сети биткоина;
• скорость обработки транзакций. Значительно снижает время ожидания транзакций, причем показатели некоторых BL не превышают 30 секунд; 
• минимизация доверия при перемещении BTC на L2. Обеспечивает безопасный и эффективный трансфер цифрового золота в сторонние сети и решает проблему централизации, связанную с федеративными подходами;
• экономичность. Снижает затраты на транзакции; 
• выпуск активов и роллапы. Новые возможности для создания монет и группировки транзакций; 
• интероперабельность и конфиденциальность. Улучшают способность сети взаимодействовать с другими блокчейнами и защищают приватность пользователей; 
• виртуальная машина и специфические функции. Поддержка различных dapps, включая GameFi, DeFi, DeSoc и DeSci.

Технологии масштабирования

За последние два года появилось множество новых технологий масштабирования биткоина. Из-за их однообразия в названиях с корнем «чейн» легко запутаться в терминологии, поэтому начнем с фундаментальных подходов к реализации Bitcoin Layers:

• каналы состояния. Позволяют создавать сквозные зашифрованные каналы для отправки и получения платежей. Транзакции в этих каналах осуществляются офчейн, в основную сеть передаются только данные об изначальных и итоговых балансах, что снижает нагрузку и повышает эффективность. Решения вроде Lightning Network позволяют проводить операции между участниками мгновенно и почти без комиссий;
• оптимистические и ZK-роллапы. Объединяют несколько офчейн-транзакций в единый фрагмент данных, который затем подтверждается в блокчейне биткоина. Такой подход повышает масштабируемость и позволяет значительно увеличить пропускную способность сети;
• сайдчейны. Это независимые блокчейны с собственными механизмами консенсуса. Подключаются к базовому уровню через двусторонний мост. Пользователи могут перемещать активы между сетями благодаря дополнительным L2-решениям и расширенным возможностями сети биткоина.

Сайдчейны как реализация BL вызвали критику в сообществе, поскольку настоящие L2-решения первоначально определяются возможностью одностороннего выхода — вывода BTC со второго уровня без необходимости доверять третьей стороне. 

Соучредитель платформы Bitcoin Layers под ником Janusz в статье для Bitcoin Magazine выразил скептицизм касательно перспектив L2-решений на биткоине. По его словам, лишь некоторые новые проекты привносят инновации — например, ZK-ролаппы Citrea и Alpen. Остальные, по мнению эксперта, представляют собой в основном сайдчейны, которые создают решения, отдаленно напоминающие L2 на Ethereum, пренебрегая безопасностью и не занимаясь масштабированием первой криптовалюты. 

У сайдчейнов существует множество новых имплементаций с разным уровнем безопасности и удобства:

• драйвчейны. Технология, представленная сооснователем LayerTwo Labs Полом Шторцем в предложении по улучшению биткоина BIP-300 и BIP-301. Майнеры выступают хранителями средств с возможностью разморозки BTC для перемещения назад в основной блокчейн — «слепой» объединенный майнинг;
• софтчейны. Сайдчейны, которые зависят от консенсуса биткоина с возможностью применять определенные модификации, оставаясь совместимыми с основой сетью;
• спайдерчейны. Способ децентрализованного управления сайдчейнами с минимальным доверием и возможностью объединенного майнинга. Работает по концепции «каналов» или «паутины», где каждый узел сети может принимать решения самостоятельно. Этот децентрализованный и самоуправляемый подход требует значительных вычислительных ресурсов;
• спейсчейны. Модульные полностью независимые сайдчейны, функционирующие в собственном пространстве. Независимые space blocks используются для различных целей: хранения данных или выполнения смарт-контрактов. Гибкость, масштабируемость и создание независимых блокчейнов могут вызвать проблему совместимости;
• федеративные сайдчейны. Один из первых подходов к реализации подобных систем, где группа доверенных участников (федерация) управляет и контролирует перемещение активов между мейннетом и «боковой сетью». Эта высокопроизводительная, но централизованная структура предполагает зависимость от доверия к федерации.

Каждый из этих подходов имеет свои особенности. Выбор зависит от целей использования, уровня децентрализации, требуемой безопасности и функциональности. Например, драйвчейны и софтчейны предлагают высокий уровень децентрализации, в то время как федеративные сайдчейны проще в реализации, но более централизованы.

Первопроходцы

Согласно отчету The Spartan Group, четыре решения стали фундаментом для дальнейшего развития BL: Stacks, Lightning, RSK и Liquid. Позднее значительный вклад внес протокол BitVM, создавший свою экосистему.

BitVM

9 октября 2023 года разработчик Робин Лайнус из ZeroSync представил концепцию BitVM, которая позволяет проводить любые произвольные вычисления на биткоине без изменения консенсуса.

В BitVM вся логика вычислений выносится за пределы сети, а в мейннете можно только оспорить несправедливый результат. Решение делает биткоин полным по Тьюрингу, подобно EVM, и позволяет создавать суверенные роллапы, не опираясь на смарт-контракты и уровень вычислений базовой сети для верификации. По сути, это фреймворк, который вводит одноранговую связь с нативной сетью и систему штрафов за ложные пруфы.

15 августа 2024 года представлены версия BitVM2 и средство для межсетевой передачи BTC. По словам разработчиков, улучшенный дизайн сделал мост проще и капиталоэффективнее. В новой версии требуется меньше ликвидности, которая к тому же блокируется на более короткий срок.

Rootstock

EVM-совместимый сайдчейн, запущенный RSK Labs в 2015 году. Для оплаты газа RSK использует синтетическую версию BTC с двусторонней привязкой — Smart Bitcoin (RBTC). Добывается она методом объединенного майнинга. 

Протокол консенсуса позволяет добывать RBTC параллельно с BTC и вознаграждает дополнительными комиссиями. Механизм двусторонней привязки обеспечивает автоматический перевод BTC между мейнчейном и сайдчейном за счет блокировки BTC в основной сети.

В мае 2024 года основатель сайдчейна Сержио Дэмиен сообщил о намерении предоставить новую версию BitVMX через 12 месяцев. Она, предположительно, будет обеспечивать программируемые смарт-контракты, агрегированные оракулы и SNARK/STARK-решения.

Ключевые проекты Rootstock:

• Rootstock Infrastructure Framework (RIF). Предлагает набор протоколов для разработки dapps, RNS Name Service, RIF Wallet, RIF Lumino Network для каналов состояния третьего уровня, RIF Marketplace для децентрализованных сервисов, токен управления RIF;
• Sovryn. DeFi-платформа, предоставляющая услуги торговли, кредитов и займов, где в качестве токена управления используется SOV, а в качестве стейблкоина — DLLR;
• Money on Chain. Внедряет смарт-контракты для создания стейблкоинов, используя токены MOC для управления и RBTC в качестве обеспечения DOC (Dollar on Chain) — стейблкоина стандарта ERC-20 с привязкой к доллару США.

Stacks

На данный момент Stacks не является ни сайдчейном, ни каналом состояния, ни роллапом. Скорее это уровень абстракции или программный стек поверх первой криптовалюты. 

Он связан с BTC через алгоритм консенсуса Proof-of-Transfer (PoX), который работает наряду с Proof-of-Work, обрабатывая транзакции в сети и привязывая метаданные блоков Stacks к блокам базовой сети. 

В таком двойном механизме безопасности участвуют как майнеры BTC, так и держатели STX, где последние вносят вклад в работу консенсуса и зарабатывают биткоины с помощью стейкинга. Таким образом, надстройка добавляет функциональность цифровому золоту, но не предусматривает подтверждений транзакций в сети.

28 августа 2024 года стартовала подготовка к обновлению Nakamoto, способному добавить в биткоин-DeFi около $70 млрд. По замыслу разработчиков, предполагается несколько фундаментальных изменений: увеличение скорости транзакций в 100 раз и сокращение времени операции с 10-30 минут до примерно пяти секунд. 

Ключевые протоколы Stacks:

• ALEX Lab. Основной DeFi-хаб в рамках Stacks, включающий DEX для торговли токенами BRC-20, лаунчпад и BSC-мост;
• Hiro. Предоставляет инструменты для разработки приложений на базе биткоина, включая решения для развертывания и масштабирования, а также кошелек Stacks Leather;
• Arkadiko. Предлагает USDA, стейблкоин с избыточным обеспечением STX, в перспективе внедрение ALEX и sBTC.

Lightning Network

Одноранговый протокол для создания платежных каналов между двумя сторонами, запущенный в 2018 году проектом Lightning Labs. Для открытия канала стороны блокируют некоторое количество BTC, которые затем используются для транзакций между ними. 

Операции проводятся вне цепи, в обход подтверждения майнеров, что позволяет осуществлять неограниченные переводы до тех пор, пока канал открыт. Каналы могут быть закрыты по взаимному согласию или по требованию одной из сторон с окончательной транзакцией на биткоине, которая фиксирует закрытие баланса. 

Lightning широко используется в переводах между централизованными биржами, P2P и розничной торговле, оставаясь самым успешным L2 биткоина. Согласно аналитике Bitcoin Layers, это единственный протокол не вызывающий опасений с точки зрения безопасности. Иного мнения придерживается биткоин-разработчик Антуан Риар, обнаруживший уязвимость в платежных каналах LN. Вектор атаки позволяет украсть средства участника канала из-за проблемы несоответствия между отдельными мемпулами.

Аналогичный проект на стадии разработки — Hedgehog. Он использует альтернативную модель каналов состояния с поддержкой асинхронных платежей.

Liquid Network

Выпущенный в 2018 году компанией Blockstream федеративный сайдчейн Liquid Network позволяет выполнять быстрые, безопасные и конфиденциальные транзакции на основе биткоина. Протокол имеет собственный реестр и полагается на консенсус федерации из порядка 60 членов, которые создают новые блоки. Нативная монета Liquid Bitcoin (L-BTC) — «обернутая» версия BTC.

В стремлении биткоин-индустрии к масштабируемости возникла трилемма второго уровня:

1. использовать открытую сеть или федерацию;
2. вводить новый токен или нет; 
3. использовать полную/глобальную виртуальную машину или ограниченные офчейн-контракты.

На примере трех протоколов результаты выглядят следующим образом:

• Lightning Network — A и B, но не имеет полной VM; 
• Stacks — A и C с токеном STX; 
• Liquid — B и C, но работает как федерация.

Индустрия уже предприняла попытки решить эту проблему, используя существующих биткоин-майнеров для добычи блоков на втором уровне. Rootstock и драйвчейны являются примерами проектов, активно реализующих подобные инициативы. 

В этом подходе стимулы для майнеров остаются под вопросом, аналогично Ethereum L2, в которых было недостаточно газовых сборов, особенно на ранних этапах.

Новые эксперименты в масштабировании биткоина

Инноваторы и первопроходцы создали прочную основу для активных экспериментов. «Строительство» на биткоине приводит к возникновению множества новых проектов в области инфраструктурных инструментов, стандартов и протоколов. Среди них можно отметить несколько перспективных игроков.

Merlin Chain — один из первых сайдчейнов с технологией ZK-роллапов на базе первой криптовалюты и децентрализованной системой оракулов, а также DA и модулями доказательства мошенничества. Протокол раскрывает потенциал нативных BTC-активов в EVM-совместимых dapps. 

Созданные на сторонних сетях проекты могут быть перенесены на Merlin практически без изменений в исходном коде. 19 апреля 2024 года состоялся запуск токена MERL.

Согласно анализу рисков от Bitcoin Layers, по всем четырем пунктам существует высокая угроза безопасности, несмотря на первое место Merlin Chain среди BL по количеству заблокированных монет — более 14 500 WBTC. 

Merlin — это, по сути, реализация Polygon CDK с анонимностью Polygon zkEVM через Rollup-as-a-Service Lumoz. У сайдчейна существуют проблемы с проверкой кода и смарт-контрактов, к тому же он защищает сеть своими мощностями, не используя авторитетный консенсус цифрового золота.

Core Chain. EVM-совместимый сайдчейн, на момент написания занимающий лидирующие позиции по TVL c более чем 5100 BTC. Он использует новый механизм консенсуса Satoshi Plus с комбинацией DPoW и DPoS. Управляется с помощью Core DAO и использует токен coreBTC. 

BitLayer. Федеративный сайдчейн с 21 участником и собственным DA. Один из первых протоколов, наследующих BitVM. В четвертом квартале 2024 года планируется переход к верификации на L1 биткоина с реализацией второй версии основной сети. Согласно Bitcoin Layers, на 2 сентября 2024 года TVL проекта превышает 4400 BTC.

Build On Bitcoin (BOB). Заявлен как первый гибридный L2, работающий как на биткоине, так и на Ethereum. Экосистема роллапов BOB стремится использовать безопасность цифрового золота, предоставляя доступ ко всем функциям, таким как ввод и вывод средств, стейблкоины, NFT, DeFi и другие EVM-совместимые возможности.

BOB завершил первый этап своей дорожной карты, который включал запуск оптимистичного EVM-роллапа с использованием OP Stack. Расчеты происходят на L1 Ethereum, а BOB отслеживает состояние биткоина через легкий клиент, что позволяет выполнять кроссчейн-свопы и контракты между этими сетями. 

Дорожная карта BOB должна завершиться реализацией собственной версии роллапа BitVM. Через BOB Gateway доступен переход от BTC к WBTC и токенам ликвидного стейкинга.

BitcoinOS. Гибридная технология масштабируемого суперчейна, которая позволяет создавать совместимые роллапы, dapps и ДАО, обеспечивая конфиденциальность на базе zk-SNARK — BitSNARK. 

В июле 2024 года протокол успешно верифицировал первую ZKP-транзакцию в основной сети биткоина. Решение позволяет разработчикам создавать «почти не требующие доверия мосты» для перемещения BTC между основной сетью и L2.

Ark. ZKP-протокол, представленный в мае 2023 года. Он позволяет проводить офчейн-платежи в BTC анонимно, используя не требующего доверия посредника — Ark Service Provider (ASP). ASP обеспечивает входящую ликвидность для получателей монет, не требуя их приобретения. Протокол сохраняет конфиденциальность при более низких затратах, чем в Lightning Network.

Babylon. Построенный на Cosmos SDK протокол интегрирует механизмы безопасности и консенсуса биткоина в экосистему Cosmos. Представленный на Cosmoverse 2023, он предлагает стейкинг BTC без мостов. 16 августа 2024 года запущена его первая стадия в основной сети с собственным хранением актива.

Botanix. Работающий на PoS спайдерчейн, использующий распределенную сеть децентрализованных контрактов с мультиподписями. Для повышения уровня децентрализации и безопасности технология использует биткоин в качестве базового уровня, стабилизируя двустороннюю привязку BTC.

Заинтересованность в масштабировании первой криптовалюты проявила команда Solana. В мае 2024 года состоялся релиз проекта Molecule, который предлагает SVM-совместимое решение с ZKP на биткоине. Разработчики планируют достичь дешевого и быстрого программируемого слоя для dapps на базе цифрового золота.   

Выводы

В начале августа 2024 года в Galaxy Research усомнились в жизнеспособности L2-решений масштабирования биткоина. Аналитики ссылались на высокую стоимость размещения данных на базовом уровне и ограниченностью места в блоке размером в 4 Мб для всех участников. На это сооснователь BOB Алексей Замятин выразил альтернативное мнение — использование модульного блокчейна Celestia либо сайдчейна вроде Botanix, а также решений с объединенным майнингом.

С технологической точки зрения сейчас более важны качественные показатели, когда количественных уже достаточно. Следует учитывать возможное влияние триллионного капитала и как оно может обратиться против инвестора в случае недобросовестно построенных механизмов безопасности BL. В этом варианте пренебрежение DYOR может стать рычагом обвала рынка. 

С финансовой точки зрения BL имеют все шансы стать драйвером роста следующего бычьего цикла. Согласно BTCL2.info, на момент написания общий объем заблокированной стоимости всех 77 представленных решений превышает $2,9 млрд. 

TVL решений масштабирования биткоина при средних рыночных показателях может достичь $24 млрд в 2025 году, а при бычьей модели рынка — всех $48 млрд.

Текст: Сергей Голубенко