L2 и роллапы: как они работают, зачем нужныи что их ждет в будущем

L2 – это решения-надстройки, которые решают проблемы скорости и масштабирования блокчейнов, прежде всего Ethereum. Рассказываем о самых популярных L2-протоколах, как ими пользоваться и что их ждет после перехода Ethereum на алгоритм Proof-of-Stake.

L2 и трилемма Виталика Бутерина

В далеком 2016 году создатель Ethereum Виталик Бутерин впервые описал так называемую блокчейн-трилемму. Суть ее в следующем. В идеале блокчейн должен обладать тремя свойствами: децентрализацией, масштабируемостью и безопасностью. Однако достичь всех трех одновременно крайне сложно, и вот почему. 

• Децентрализация: чем больше в сети нод, тем сложнее какому-то отдельному игроку захватить контроль над блокчейном. Но при росте числа нод нужно все больше ресурсов, чтобы достичь консенсуса, и работа сети замедляется.
• Безопасность: опять же, когда в сети очень много нод, часть из них могут перестать работать или быть атакованы, но сеть в целом продолжит работу. Однако при этом страдает масштабируемость (см. п.1).
• Масштабируемость: можно добиться очень высокой скорости обработки транзакций, если передать валидацию на откуп маленькому числу нод. Но при этом сеть окажется централизованной, и ее будет легче атаковать. 

Ethereum – сеть с высокой степенью децентрализации и безопасности. Но вопрос ее масштабируемости стоит остро и давно: один популярный сейл может полностью “положить” весь блокчейн, как это произошло с продажей земли в метаверсе The Otherside весной 2022. 

Демо метаверса Otherside. Источник: Yuga Labs

Переход к Ethereum 2.0 теоретически должен решить эту проблему: Виталик Бутерин обещает даже 100 000 транзакций в секунду. Но это произойдет только после внедрения шардинга – разделения блокчейна на “осколки” (шарды), которые обрабатывают транзакции параллельно и связаны друг с другом через центральную сеть Beacon Chain. По расчетам Бутерина, с 64 шардами “Эфир” достигнет тех самых 100 тысяч TPS. 

Шардинг – это один из типов решений L2 (Level 2), то есть второго уровня. Второго – потому что они надстраиваются над базовым блокчейном и берут на себя часть транзакций. Результаты их обработки в итоге записываются в основной блокчейн, но процесс обработки происходит вне его. Это позволяет сделать систему масштабируемой, то есть обеспечить хорошие показатели (performance) при росте нагрузки. 

Виды L2 и их проблемы

Шардинг

Возвращаясь к шардингу, отметим, что пока неизвестно, когда он появится в Ethereum – возможно, в 2023. Но некоторые сети его уже используют: в частности, NEAR (пока на уровне состояния, а не процессинга транзакций) и Polkadot (под названием парачейнов). 

У шардинга тоже есть сложности, прежде всего коммуникация между шардами и безопасность. Сломать шард проще, чем основной блокчейн. В Polkadot и Kusama этот риск отчасти нивелируется за счет того, что центральный Relay Chain обеспечивает безопасность для всех парачейнов. 

Сайдчейны

Сайдчейн – это отдельный блокчейн, связанный с основным, но имеющий свою систему безопасности. Самый известный пример - Polygon, запущенный в 2017 г. как сайдчейн Ethereum под названием Matic Network. С тех пор Polygon вырос в самостоятельную экосистему с более чем 37 000 даппов, и никто уже не называет его сайдчейном. 

Вот еще несколько примеров сайдчейнов:

• Immutable X (Ethereum) – централизованный, с нулевыми комиссиями, ориентирован в основном на игры;
• Ronin (Ethereum) – сайдчейн, созданный специально для игры Axie Infinity, ее маркетплейса и биржи Katana; 
• WAX (EOS) – еще один игровой сайдчейн, “дом” проектов Alien Worlds и Farmers World. 

Источник: DappRadar

Каналы состояния

В рамках данного L2-решения участники открывают между собой канал и пересылают по нему активы. Это удобно, когда между двумя адресами многократно проводятся операции. Если канал больше не нужен, его можно закрыть, и только тогда транзакции будут записаны в основной  блокчейн. 

Самое популярное решение в этой категории – Lightning Network для Bitcoin. В частности, чаевые (типсы) в Twitter работают именно на этом протоколе.

Роллапы

Каналы, сайдчейны, шарды – все это уже не ново. В 2021 году в моду вошли роллапы — в частности, Arbitrum и Optimism. Это отдельные чейны, которые обрабатывают транзакции вне основного блокчейна, затем объединяют их в своего рода пачки и отправляют эту информацию на главный блокчейн. 

Ключевая разница между сайдчейнами и роллапами состоит в том, что роллапы предоставляют доказательства, которые позволяют главной сети верифицировать «честность» роллапа (правильность всех данных), не верифицируя сами транзакции. 

В свою очередь, роллапы делятся на две категории:

Оптимистические — по умолчанию предполагают, что все транзакции валидны, и передают их в главный блокчейн практически без вычислений. И только если кто-то предъявит претензию, роллап проводит перепроверку. Так можно увеличить масштабируемость и снизить затраты на газ в сотни раз, но вот вывод средств из роллапа на основной чейн может занять неделю-две. Главные оптимистические роллапы — это уже упомянутые Optimism и Arbitrum, а также MetisDAO и Boba. 

Arbitrum и Optimism - в десятке крупнейших блокчейнов. Источник: DeFiLlama

ZK-роллапы — проверяют валидность транзакций с помощью сложных криптографических доказательств и передают эти доказательства в основной блокчейн Ethereum вместе с пачками транзакций. Аббревиатура ZK означает «zero knowledge», «нулевое знание» - имеется в виду, что основной чейн может проверить корректность данных и доказательства, ничего не зная об их содержании.

Безопасность такой системы выше, а сроки вывода средств куда короче, чем у «оптимистов». Однако у ZK-роллапов бывают сложности в совместимости с DeFi-контрактами. Данный тип роллапов используется  в Immutable X; кроме того, Polygon, Matter Labs StarkWare работают над ZK-решениями, совместимыми с EVM.

В чем важность L2 для широкой аудитории?

До сих пор мы обсуждали теорию, а что на практике? Как обычному пользователю попробовать L2-решения — и нужно ли вообще?

Polygon, Arbitrum и Optimism — дешевые альтернативы Ethereum, которые поддерживают те же крупные даппы: Uniswap, Aave, Curve, Balancer, Sushi и т. д. Если вам нравится торговать на децентрализованных биржах, покупать NFT, зарабатывать на доходном фермерстве и т. д., но не нравится платить по $5-10 за транзакцию, то стоит попробовать эти L2-сети. Комиссии в районе $0,10 и скорость обработки операций вас очень порадуют. 

С другой стороны, если вы захотите поиграть в Axie Infinity, Alien Worlds и т.д, то вам в любом случае придется познакомиться с Ronin, Immutable X, WAX и другими игровыми решениями. 

Все L2 на основе Ethereum, о которых мы говорили в этой статье, можно добавить в MetaMask через функцию Add Network. Достаточно поискать в Google параметры для конкретной сети. 

Виталик Бутерин считает, что оптимистические роллапы сохранят первенство в ближайшие пару лет, зато в более отдаленном будущем ZK-роллапы будут играть ключевую роль в блокчейн-экосистеме. Пока что Polygon, Arbitrum и Optimism занимают 6-е, 7-е и 8-е место в рейтинге всех блокчейнов по TVL. В сумме в них депонировано около $3,7 млрд, так что они определенно заслуживают вашего внимания.