Ландшафт L1 и L2: различия в архитектуре, компромиссы и конечные цели

Практические выводы

• Изучите доступные примитивы и технические ограничения: разберитесь в фундаментальных компонентах и технических нюансах. Эти знания необходимы, чтобы понимать влияние таких факторов на функциональность и масштабируемость приложения и бизнеса, а также принимать обоснованные решения при разработке блокчейн-продуктов.
• Оцените инфраструктуру и ликвидность: оцените инфраструктуру и ликвидность решений L1 и L2, а также альтернативных сред исполнения для развертывания. Спрогнозируйте развитие инфраструктуры на основе фундаментальных принципов. Разберитесь в фактических предположениях о доверии и децентрализации.
• Оптимизируйте пользовательский опыт: непрерывно улучшайте пользовательский опыт с учетом удобства, скорости транзакций и общей эффективности каждой сети. Создавайте простую и удобную среду, учитывая как доступные сегодня возможности, так и планы развития.

Введение

По мере развития блокчейнов разработчикам становится все сложнее выбирать платформу для приложений. В этом отчете рассматриваются различия между решениями уровня 1 (L1) и уровня 2 (L2) применительно к универсальным платформам смарт-контрактов, а также их влияние на вовлеченность пользователей, экономическую маржу и рост бизнеса.

Несмотря на разнообразие и развитие блокчейн-индустрии, ее пользовательская база остается небольшой по сравнению с массовыми цифровыми платформами. Например, сейчас криптовалютами ежедневно пользуются около 5,5 млн идентифицируемых уникальных адресов, тогда как ежедневная аудитория таких платформ, как Facebook, составляет примерно 2 млрд человек.

Сегодня клиенты блокчейнов — это разработчики. Блокчейны продают им пространство в блоках для создания новых продуктов. Выбор платформы для приложения — одно из важнейших решений разработчика. С точки зрения бизнеса это также одно из наиболее значимых решений: оно влияет на потенциальную аудиторию, ликвидность и культуру. Миграция систем после запуска сложна как технически, так и социально, хотя и возможна. Такие команды, как dydx, успешно перешли с Ethereum на аппчейн Cosmos, тогда как y00ts столкнулась с трудностями при миграции с Solana на Polygon, а затем на Ethereum.

Этот отчет не призван занять определенную сторону в актуальном споре между модульным и интегрированным подходами. Он предлагает практический взгляд, который поможет разработчикам, будущим разработчикам и руководителям лучше понять ландшафт L1/L2 на конкретных примерах компромиссов разных архитектур приложений.

Характеристики блокчейна

Прежде чем обсуждать различия между L1 и L2, определим характеристики блокчейна.

Блокчейн — это детерминированный реплицируемый конечный автомат. Это сложная система, предназначенная для достижения консенсуса и ведения единой защищенной записи в распределенной сети.

Детерминированность

Процессы в блокчейне предопределены базовым протоколом. Если «функция перехода состояния» (STF) блокчейна выполняется с заданными входными данными и текущим состоянием, все ноды получают одно и то же новое состояние. Благодаря детерминированности результат одинаков независимо от того, кто выполняет функцию и какая нода обрабатывает транзакцию. Детерминированные процессы обеспечивают надежность и предсказуемость работы сети.

Репликация

Блокчейны используют сеть нод, каждая из которых хранит копию полного состояния блокчейна. Такая репликация способствует децентрализации и защищает от потери и подделки данных. Поскольку каждая нода хранит копию состояния, для изменения исторической записи потребовалось бы одновременно изменить ее на большинстве нод. В достаточно крупной распределенной сети это практически невозможно.

Конечный автомат

По своей сути блокчейн — это система управления состоянием: снимками на конкретный момент времени, содержащими всю согласованную информацию, включая балансы счетов, состояния смарт-контрактов и сведения о собственности. Блокчейн переходит из одного состояния в другое посредством транзакций — запросов на изменение состояния. Эти переходы регулируются правилами, записанными в протоколе блокчейна.

Сочетание этих свойств создает реестр, доступный любому для чтения и записи. Как отметил Баладжи в 2019 году, публичные блокчейны — это глобальные многоклиентские базы данных, где каждый пользователь имеет права root. Благодаря этому можно глобально отслеживать количество активов каждого пользователя — токенов, NFT и т. д. — и создавать инновации без разрешений на основе общего публичного глобального состояния.

Участники рынка блокчейнов

Блокчейны формируют глобальный рынок согласованной информации, основанный на децентрализованном доверии. В блокчейн-сети есть две основные группы заинтересованных сторон:

• Поставщики доверия: участники стейкинга, валидаторы и майнеры — в зависимости от того, использует сеть PoW или PoS
• Потребители доверия: приложения, которые часто объединяют транзакции и перекладывают предельные операционные издержки на пользователя

Иными словами, блокчейны создают двусторонний рынок покупателей и продавцов, как и любой другой экономический рынок. В соответствии со спросом и предложением рынок определяет стоимость взаимодействия между сторонами.

Публичным блокчейнам нужны комиссии для защиты от спама и распределения дефицитных ресурсов. Комиссии — основной источник вознаграждения и дохода валидаторов или майнеров, покрывающий накладные расходы на оборудование, электроэнергию и другие ресурсы. Механизмы ценообразования различаются, но все крупные публичные блокчейны так или иначе включают газ в протокол. Кто-то где-то в мире эксплуатирует вычислительное оборудование и должен получать вознаграждение за эту работу.

Определение L1 и L2

Разобравшись, что представляет собой блокчейн и какие возможности он дает, можно формально определить L1 и L2.

Полное и строгое определение L1 и L2 и связанных с ними понятий остается предметом споров среди исследователей и криптосообщества. Появились разные виды роллапов — оптимистические, с нулевым разглашением и встроенные — с разными деталями реализации и предположениями о доверии, включая валидиумы, волишены, суверенные решения и другие варианты.

Прежде чем обсуждать компромиссы L1 и L2, необходимо дать им определения.

Уровни 1 (L1)

Блокчейны L1 — это базовые сети, служащие основной инфраструктурой криптовалюты. Это автономные сети с собственными протоколами, механизмами консенсуса и нативными токенами. L1 часто называют базовым уровнем блокчейн-экосистемы, поскольку он обеспечивает фундаментальную основу безопасности и управления.

Ethereum впервые реализовал концепцию модульного доверия после запуска в 2015 году. Однако Ethereum не был и до сих пор не оптимизирован для масштабов, необходимых миллионам пользователей. Поэтому появились новые решения масштабирования, включая перспективные роллапы для Ethereum.

Уровни 2 (L2)

Решения L2 создаются поверх блокчейнов L1, чтобы повысить масштабируемость и пропускную способность транзакций без изменения базового уровня. Роллапы — одно из самых перспективных и изученных решений L2.

Роллапы переносят транзакции из L1, обрабатывают их отдельно, а затем записывают итоговое состояние обратно в L1 — часто в виде корня состояния. Это позволяет выполнять дополнительные транзакции в отдельной среде состояния дешевле, чем непосредственно в L1. Роллапы объединяют, или «сворачивают», несколько транзакций в одну транзакцию L1, снижая нагрузку и повышая эффективность. Разные решения L2 основаны на разных предположениях о доверии и обычно стремятся унаследовать безопасность и децентрализацию базового L1. Поэтому они считаются безопасной, но более масштабируемой альтернативой обработке каждой транзакции в L1.

Celestia формализовала это определение роллапов:

На практике Ethereum располагает наиболее интересными и номинально ценными активами в криптоиндустрии. Пользователи готовы переводить активы через мосты в разные L2 ради значительно более низких комиссий по сравнению с основной сетью Ethereum. При этом их мало беспокоят некоторые централизованные аспекты L2, которые активно дорабатываются, но зачастую еще не запущены. 

При перемещении активов между сетями часто возникает вопрос безопасности. Многие известные мосты роллапов не имеют строгих систем доказательств и подвергаются критике из-за потенциальных централизованных точек контроля. Тем не менее они обеспечивают естественное продолжение работы с Ethereum благодаря сходной среде EVM и единообразию кошельков. Такие роллапы, как Base, Optimism и Arbitrum, по возможности сохраняют существующий кошелек и адрес Ethereum пользователя, упрощая переходы между основной сетью и L2. Это удобство в сочетании с доминированием ETH в DeFi и социальных приложениях делает L2 привлекательным для пользователей, которым важны привычность и простота. Ethereum обладает самым популярным состоянием, с которым хотят взаимодействовать другие разработчики, а L2 воспринимаются как естественное продолжение Ethereum.

Иными словами, «наследование» определенных гарантий безопасности Ethereum далеко не главная причина, по которой команда запускает Ethereum L2 или переходит с автономного L1 на L2.

Новые разработки, такие как Solang и Neon, упрощают переход для разработчиков, привыкших к Solidity в Ethereum, а Snaps от Metamask добавляет поддержку кошелька для сетей без EVM. Эти разработки указывают на будущее, в котором UX эффективно скрывает многие сложности разных сред исполнения.

Хотя Ethereum Foundation профинансировал значительную часть исследований L2, все L2 являются независимыми организациями и не управляются Ethereum Foundation. Инновации без разрешений существуют не только на уровне децентрализованных приложений: ни один достоверно нейтральный L1 технически не может решать, какие L2 разрешено развертывать поверх него.

«Типичные» реализации и архитектура L1 и L2

Чтобы понять компромиссы L1 и L2, необходимо разобраться в их цепочках поставок, участниках и предположениях о доверии.

Жизненный цикл транзакции L1

Хотя каждый L1 имеет свои особенности реализации, у всех крупных L1 схожие участники и жизненный цикл транзакции. В этом разделе описан типичный путь транзакции от создания до окончательного включения.

1. Намерение

Сначала пользователь определяет цель или действие в сети Ethereum: например, отправить ETH, обратиться к смарт-контракту или обменять токены. На этом этапе пользователь решает, чего хочет добиться, и тем самым задает путь транзакции.

2. Создание транзакции

Здесь транзакция обретает форму. Через интерфейс кошелька или децентрализованного приложения пользователь вводит необходимые данные: адрес получателя, сумму или вызываемый метод контракта. Так намерение пользователя преобразуется в структурированный запрос, который может обработать сеть Ethereum. На этом этапе пользователь определяет стоимость транзакции, включая цену и лимит газа. Конкретный процесс сильно зависит от сети и часто скрыт поставщиком кошелька. Ethereum и Solana реализуют его через базовую и приоритетную комиссию (чаевые), но отличаются реализацией и степенью детерминированности включения транзакций.

3. Передача

Пользователь подписывает транзакцию закрытым ключом — цифровой подписью, подтверждающей его полномочия. После этого транзакция передается в сеть, обычно через RPC-провайдера, интегрированного с кошельком. Как правило, она попадает в публичный мемпул или на частный аукцион потока ордеров, где ожидает обработки.

4. Подтверждение включения

На последнем этапе транзакция завершается. Пользователь получает подтверждение ее успешного включения в блок с уровнем финальности, зависящим от протокола. Финальность завершает процесс и позволяет проверить результат, например обновленные балансы или состояния контрактов.

Цепочка поставок Ethereum

Ethereum стремится быть достоверно нейтральным инфраструктурным уровнем для устойчивых к цензуре приложений, поэтому механизм его цепочки поставок значительно изменился. Изначально сеть использовала Proof of Work (PoW), и включением и упорядочиванием транзакций управляли майнеры. Это привело к появлению аукционов приоритетного газа (PGA), где поисковики конкурировали за пространство в блоках, перегружая мемпул и снижая эффективность сети. Flashbots Auction — внепротокольный ретранслятор пакетов MEV — ослабил часть централизующего воздействия MEV, переместив рынки MEV за пределы сети, однако полагался на честность оператора ретранслятора и майнеров.

После перехода на Proof of Stake (PoS) создание блоков Ethereum перешло к валидаторам со стейком, что породило новую динамику и потенциальные проблемы централизации. При PoS эффект масштаба в извлечении MEV может привести к централизации стейка и угрожать устойчивости Ethereum к цензуре.

Чтобы снизить риск централизации стейка, Flashbots предложила разделение предлагающего и сборщика блоков (PBS). Изначально оно было реализовано как MEV-Boost — новый режим создания блоков. В этой системе поисковики отправляют пакеты сборщикам блоков, которые формируют блоки и делают ставки предлагающему через ретрансляторы. MEV-Boost переносит централизующие силы на уровень сборщиков блоков и требует доверять сборщикам и ретрансляторам. На декабрь 2023 года более 93% блоков Ethereum предлагали валидаторы с MEV-Boost.

Однако MEV-Boost и PBS не лишены проблем. Ретранслятор MEV-Boost под управлением Flashbots обеспечивает соблюдение требований OFAC, что нежелательно для справедливой системы без разрешений. Централизация ретрансляторов создает риск цензуры и недобросовестного поведения, поскольку они становятся важнейшими посредниками между сборщиками и валидаторами. Кроме того, Ethereum сильно зависит от внепротокольного ПО вроде MEV-Boost, что повышает уязвимость к эксплойтам и атакам. Это подтверждают такие инциденты, как эксплойт low-carb-crusader. Продолжается обсуждение встраивания PBS (ePBS) в основной протокол Ethereum с использованием значительной части разработок, профинансированных Flashbots. Еще одна проблема — централизация сборщиков: несколько участников доминируют на рынке и потенциально могут цензурировать сеть и влиять на нее. Новые решения, такие как SUAVE, призваны снизить эти риски.

Цепочка поставок Solana

Запущенная в 2020 году отдельная сеть L1 Solana реализовала множество усовершенствований, чтобы решить проблему масштабирования на базовом уровне без сторонних решений вроде L2. Ориентация Solana на возможность для приложений «совместно использовать состояние» обеспечивает нативную компонуемость между ними. Разработчикам приложений не требуются значительные дополнительные усилия, а пользователям — сложные дополнительные операции и предположения о доверии, характерные для мостов.

Транзакция Solana состоит из трех основных компонентов: набора инструкций, определяющих операции транзакции; списка счетов с соответствующими разрешениями, с которыми она будет взаимодействовать; и подписей для ее аутентификации. После подтверждения пользователем транзакция отправляется на RPC-сервер Solana, который пересылает ее текущему лидеру сети, отвечающему за создание блока. Этот механизм называется Gulf Stream и входит в число восьми уникальных инноваций Solana.

Получив транзакцию, лидер проверяет ее и планирует исполнение. Модель параллельного исполнения Solana позволяет одновременно обрабатывать несколько транзакций, обеспечивая параллелизм и «локальные рынки комиссий». Для этого используется многопоточный планировщик, где транзакции ставятся в очередь с учетом приоритетных комиссий и времени.

После исполнения лидер записывает транзакцию в реестр и распространяет ее по сети. Затем статус транзакции обновляется поэтапно: от исполнения до «подтверждена» после получения достаточного числа голосов консенсуса и, наконец, до «финализирована», когда поверх нее надежно построено необходимое количество дополнительных блоков — не менее 31.

В отличие от Ethereum, где эмпирически действуют гораздо более надежные гарантии упорядочивания транзакций по комиссиям, Solana не использует детерминированный порядок транзакций. Более высокая приоритетная комиссия обычно повышает вероятность размещения транзакции ближе к началу блока, а конкуренция за состояние часто требует повышенных комиссий, но результат не гарантирован. Вероятность зависит от недетерминированного алгоритма планирования Solana по умолчанию, который определяет включение транзакции и ее позицию в блоке. Это стимулирует внепротокольную активность, включая отдельные соглашения между поисковиками и валидаторами, что создает негативные внешние эффекты для обычного пользователя.

Разумеется, рынок MEV в Ethereum намного крупнее: после Merge было извлечено более $750 млн (373 701 ETH). Поэтому на MEV выделено больше времени и ресурсов, а сама тема значительно лучше изучена, в том числе с точки зрения механизмов, согласующих стимулы.

Это одно из ключевых философских различий Ethereum и Solana, которое отражается в распределении ресурсов и культуре каждой экосистемы. Ethereum активно инвестирует в исследование и проектирование механизмов, согласующих стимулы, например PBS, включая продолжающееся обсуждение ePBS. Основной протокол Solana, напротив, специально разработан для синхронизации глобального состояния, а специализированные услуги и гарантии упорядочивания делегируются командам экосистемы, таким как Jito. Анатолий, CEO Solana Labs, ясно изложил свою позицию: текущее состояние Solana обеспечивает лучшее, пусть и временное, равновесие для обычного пользователя.

Пользовательский опыт (UX) в L1

С точки зрения пользователя отправка транзакции в блокчейн уровня 1, например Ethereum или Solana, — одно из самых простых действий в криптоиндустрии. Обычно оно включает следующие этапы:

1. Настройка кошелька

Сначала пользователь должен скачать кошелек. Это может быть программный кошелек вроде MetaMask, мобильное приложение или более безопасный аппаратный кошелек.

2. Получение нативного токена L1

Убедитесь, что в кошельке достаточно ETH/SOL для оплаты транзакции и газа. ETH можно купить на разных централизованных биржах. Команды и протоколы работают над абстракцией аккаунта, одна из функций которой — оплата газа любым токеном, а не только нативным токеном L1. Ethereum реализует это через EIP-4337. В протокол Solana встроена нативная абстракция аккаунта, а Octane обеспечивает ретрансляцию транзакций без газа.

3. Ввод данных транзакции

Откройте кошелек и выберите отправку ETH или токенов. Введите адрес Ethereum получателя, сумму ETH или количество токенов и при необходимости дополнительные данные для взаимодействия со смарт-контрактом. При работе с приложением его разработчик обычно заранее формирует транзакцию.

4. Установка цены и лимита газа

Кошелек задаст их автоматически или предложит выбрать значения. Конкретная реализация газа зависит от L1, с которым вы взаимодействуете.

5. Подписание и отправка

Подпишите транзакцию в кошельке — процесс зависит от конкретного кошелька. Затем кошелек передаст транзакцию в сеть, обычно через RPC-ноду.

6. Подтверждение

Транзакция считается подтвержденной после включения в блок и добавления в блокчейн. Большинство кошельков уведомляют о завершении транзакции. Ее также можно отслеживать через обозреватель блокчейна, например Etherscan или Solscan.

Пользовательский опыт (UX) в L2

Взаимодействие с L2 заметно отличается с точки зрения UX. Так новый пользователь начинает работу с Optimism — одним из крупнейших Ethereum L2:

1. Скачайте кошелек

Если кошелька нет, скачайте и настройте его. Обычно в разных экосистемах EVM используется один и тот же кошелек, например Metamask.

2. Добавьте сеть Optimism

3. Внесите ETH в Optimism

• В крупных L2 это часто можно сделать непосредственно в кошельке.
• Также можно воспользоваться официальным мостом Optimism.
• Выберите количество ETH для перевода в Optimism и подтвердите транзакцию.

4. Переключитесь на сеть Optimism в кошельке

Откройте кошелек и выберите "Optimism" в раскрывающемся списке сетей.

5. Взаимодействуйте с приложениями и интерфейсами, совместимыми с Optimism

В приложениях с поддержкой сети Optimism выберите «Optimism».

L2 значительно улучшили UX, особенно в отношении нативных активов и подключения пользователей. Circle, управляющая USDC, предлагает нативные версии USDC в большинстве крупных L2. Это устраняет дополнительный риск контрагента, обычно связанный с мостами и обернутыми токенами. Кроме того, преимущество Coinbase в дистрибуции позволило тесно интегрировать платформу Coinbase с Base — Ethereum L2, где Coinbase выступает единственным оператором секвенсора.

Компоненты L2

После перевода средств в L2 через мост — процесса, который может быть неочевидным и сложным в зависимости от L2, — взаимодействие с транзакциями часто напоминает L1. Раньше L2 преимущественно использовали Ethereum для разных частей блокчейн-стека, но сегодня многие переходят к «модульному» подходу. Он позволяет комбинировать разные экосистемы и инфраструктуры, разделяя ключевые компоненты L2: исполнение, расчеты и доступность данных. Ранее L2 использовали Ethereum для всего, кроме исполнения, но новые решения для расчетов и доступности данных быстро меняют ситуацию. L1, напротив, предлагают все эти компоненты в интегрированном виде и с заранее выбранной архитектурой. Разработчики не могут изменить ее без одобрения системы управления.

Исполнение

Цель исполнения — применить функцию перехода состояния к исходному состоянию и получить итоговое. Для управления переходами используются стандарты разных виртуальных машин (VM), включая Ethereum Virtual Machine (EVM), Sealevel от Solana (SVM), MoveVM и FuelVM. Каждая VM обладает уникальными особенностями, влияющими на совместимость, доступность инструментов разработки и эффективность обработки транзакций. Они создают среду исполнения смарт-контрактов и протоколов.

На уровне исполнения разработчики приложений развертывают код, выполняются транзакции, а пользователи взаимодействуют с состоянием блокчейна. Этот уровень предназначен для быстрой обработки транзакций, а безопасность и доступность данных делегируются другим специализированным уровням.

Виртуальная машина L2 не обязана совпадать с виртуальной машиной L1. Исторически это часто было так — большинство L2 представляют собой роллапы на EVM или совместимые с EVM, — однако все больше команд исследуют архитектуры, в которых другие виртуальные машины выполняют «расчеты» в Ethereum, например Eclipse и Movement Labs.

Расчеты

Сегодня многие считают слово «расчеты» перегруженным термином. Чтобы понять расчеты, важно различать точки зрения «роллапа» и «моста». Мосты часто используют недельный процесс финализации, но мост — это не роллап. С точки зрения роллапа финализация происходит после проверки перехода состояния и публикации соответствующих данных на уровне доступности данных.

Уровни расчетов выполняют несколько ключевых функций для роллапов:

• Проверка и разрешение споров: они служат платформами, где роллапы публикуют доказательства для внешней проверки. Это особенно важно для оптимистических роллапов, зависящих от интерактивных доказательств ошибок.
• Центр мостов: выступая центральной точкой, уровни расчетов позволяют роллапам взаимодействовать без отдельных мостов между каждой парой роллапов.
• Источник ликвидности: все связанные роллапы могут использовать ликвидность уровня расчетов, упрощая транзакции и взаимодействия.

Как отмечалось выше, Ethereum располагает наиболее интересными и номинально ценными активами в криптоиндустрии: люди хотят взаимодействовать с состоянием Ethereum. Ethereum используется как «уровень расчетов», поскольку пользователи явно предпочитают встроенный мост в отдельную сеть — Ethereum L2, с которым они работают. Рынок иначе воспринимает мосты L1–L1, вероятно, из-за прежних взломов и более сложного UX. Мост L1–L2 часто можно тесно интегрировать в один кошелек. UX быстро улучшается: Phantom поддерживает Ethereum и Solana, а Metamask выпустил Snaps. Если говорить формальнее, пользователи готовы взаимодействовать со встроенным мостом, определенным конкретным роллапом.

Поведение пользователей быстро меняется. За последние 30 дней через Wormhole прошло более $500 млн, что приближает его к 30-дневному объему моста Optimism в $825 млн.

Можно утверждать, что мосты L1–L1 столкнулись с проблемами из-за зависимости от предшествующего пути развития и крупных взломов, таких как взлом Wormhole в начале 2022 года. Совместное использование DA создает особые инженерные предположения о доверии, но фактические реализации мостов L1–L2 и L1–L1 часто защищены мультиподписью.

Главный вывод: роллапы «проводят расчеты в Ethereum» — точнее, финализируют встроенный мост в Ethereum, — чтобы получить доступ к состоянию Ethereum ради пользователей и ликвидности. Сами расчеты не приносят Ethereum значительной прибыли: такие роллапы, как Optimism, платят Ethereum менее $50 в ETH в день за расчеты. Более 80% расходов роллапов приходится на публикацию данных в блоках Ethereum L1 в виде calldata. Именно поэтому сегодня так высока конкуренция между решениями доступности данных. В общей сложности L2 формируют примерно ~6% комиссий Ethereum L1, используя Ethereum для доступности данных.

Доступность данных (DA)

Доступность данных в блокчейнах означает гарантию того, что все данные блока действительно опубликованы и доступны сети. Это понятие критически важно для работы и безопасности блокчейнов, особенно при масштабировании. Обычно блок состоит из заголовка и данных транзакций. Полные ноды загружают и проверяют каждую транзакцию, а менее ресурсоемкие легкие клиенты используют только заголовок блока и предполагают, что транзакции действительны. Проблема доступности данных возникает, когда производитель блока публикует заголовок, но скрывает часть или все данные транзакций.

Хотя таких случаев пока не было, атаки с сокрытием данных угрожают блокчейн-сетям. При такой атаке злоумышленник, создающий блок, намеренно скрывает часть данных транзакций нового блока. Это мешает другим участникам сети проверять транзакции блока. Последствия могут варьироваться от сбоев сети до более серьезных проблем, включая мошеннические транзакции. Тяжесть и влияние атак зависят от структуры блокчейна — уровня 1 или 2 — и от того, управляется ли доступность данных внутри сети или вне ее. Этот риск подчеркивает важность надежных механизмов обеспечения доступности данных и эффективных стратегий защиты от таких атак.

Проблему доступности данных можно решать разными способами. Например, все полные ноды могут загружать все данные, что требует значительных ресурсов. Существуют и инновационные подходы: доказательства доступности данных и выборочная проверка доступности данных (DAS). Такие доказательства используют, например, помехоустойчивое кодирование, позволяя клиентам проверять доступность данных, загружая лишь небольшую часть блока.

Согласно актуальной терминологии, настоящий «роллап Ethereum» должен использовать Ethereum для доступности данных. Чтобы считаться роллапом, он обязан публиковать данные транзакций в Ethereum L1 как calldata. Ethereum работает над внедрением EIP-4844, который создаст отдельный рынок пространства для блобов с данными транзакций и позволит публиковать блобы данных по еще более низкой цене. Даже после запуска 4844 доступность данных вырастет лишь примерно в ~7 раз, что соответствует примерно 100 TPS — транзакциям в секунду — для всех роллапов вместе. Для сравнения, спрос на пространство в блоках Solana составляет около 500 TPS, а сеть продемонстрировала способность обрабатывать более 2000 TPS. Кроме того, Solana спроектирована так, чтобы масштабироваться вместе с развитием оборудования по закону Мура и ПО, такого как Firedancer.

Хотя доступность данных может создавать небольшой сетевой эффект, конкуренция, вероятно, приблизит стоимость публикации данных в соответствующем решении к предельным операционным издержкам.

DA гарантирует доступность всех данных транзакций, необходимых для восстановления состояния L2 за заранее определенный период. В краткосрочной перспективе валидиумы и волишены используют отдельные уровни доступности данных, тогда как долгосрочная дорожная карта Ethereum предусматривает улучшение доступности данных через обновления вроде EIP-4844. Ожидается, что альтернативные решения, включая Polygon Avail, Celestia и EigenDA, будут играть важную роль и позволят исследовать разные архитектуры DA. Однако важно отметить, что эти решения еще не запущены. Исключение — Celestia, которая недавно запустила основную сеть, но роллапы пока не публикуют в ней данные. Все они построены на новых системах, еще не проверены в промышленной эксплуатации при высокой нагрузке и используют широкий спектр уникальных предположений о безопасности и доверии. Эти решения предлагают временную меру до запуска полноценного уровня доступности данных Ethereum и могут сохранить сетевые эффекты даже после его интеграции.

Жизненный цикл транзакции L2

Жизненный цикл транзакции в протоколе уровня 2 Arbitrum состоит из нескольких этапов — от создания до подтверждения и финализации:

1. Секвенсор получает транзакцию

Транзакции поступают секвенсору: напрямую или вне сети для транзакций L2 либо из L1 через Delayed Inbox для депозитов.

2. Секвенсор упорядочивает транзакцию вне сети

Секвенсор упорядочивает транзакцию в своем внецепочечном Inbox и исполняет ее с помощью Arbitrum Nitro VM, предоставляя клиенту «мгновенную» квитанцию. Финальность на этом этапе зависит от доверия к секвенсору.

3. Секвенсор публикует транзакцию в составе пакета в сети

Секвенсор регулярно публикует пакеты транзакций L2 в L1, включая соответствующие данные как calldata. Если секвенсор не включает транзакцию, клиент может принудительно включить ее после задержки. На этом этапе при наличии хотя бы одного корректно работающего активного валидатора Arbitrum финальность транзакции эквивалентна финальности транзакции Ethereum.

4. Валидатор подтверждает блок роллапа (RBlock), содержащий транзакцию

Валидаторы регулярно подтверждают состояние сети L2 в L1. Утверждения RBlock включают сведения о состоянии Outbox для сообщений из L2 в L1. При оспаривании: в случае спора валидаторы проводят детальную проверку вплоть до одной операции, а арбитрами выступают контракты в L1.‍

5. RBlock подтверждается в L1

После разрешения спора и истечения достаточного периода RBlock подтверждается в L1, а корень Outbox обновляется.

Благодаря этому после подтверждения транзакции L1, записывающей пакет, входящая в него транзакция L2 получает тот же уровень финальности, что и обычная транзакция Ethereum. Если транзакция содержит сообщения из L2 в L1, они становятся исполняемыми в L1 только после подтверждения RBlock.

Поскольку роллапы существуют за пределами Ethereum — это не следует путать с тем, что многие современные роллапы построены на EVM или эквивалентны EVM, — в цепочке поставок транзакций появляются дополнительные факторы и участники. Ниже перечислены характеристики Arbitrum и Optimism — ведущих роллапов Ethereum:

• Централизованный секвенсор: Arbitrum и Optimism, крупнейшие оптимистические роллапы Ethereum, сейчас используют по одному централизованному секвенсору. Он отвечает за упорядочивание всех транзакций. В будущем эту роль планируется децентрализовать, возможно, передав ее нодам L2, выбранным сообществом, но подробности и сроки пока неясны. Пользователи доверяют секвенсору и рассчитывают, что он не будет продавать поток ордеров, переупорядочивать транзакции или иным способом извлекать MEV. Доказательства ошибок включены в дорожную карту, но свободное оспаривание пока недоступно.
• Предположение о доверии: финальность на этом этапе зависит от доверия к секвенсору. Он может только упорядочивать или задерживать транзакции, но не изменять их. Arbitrum позволяет принудительно включать транзакции, задержанные более чем на 24 часа, а Optimism автоматически включает транзакции L1 в следующий доступный блок L2.
• Реорганизации L1: политика продолжения и обработки блоков L2 при реорганизации L1 подробно не определена. Поэтому финальность транзакций во время реорганизаций L1 остается отчасти неопределенной.
• Финальность: секвенсоры объединяют транзакции L2 в пакеты и публикуют их в Ethereum как calldata, достигая «жесткой финальности», эквивалентной финальности содержащего их блока Ethereum. Затем корень дерева состояния L2, представляющий последнее состояние роллапа, обновляется в L1, обеспечивая необратимость изменений состояния.
• Период оспаривания и вывод средств: валидаторы Arbitrum могут оспаривать корни состояния, запуская процесс разрешения спора. Если обязательство о состоянии не оспаривается в течение установленного периода, оно становится окончательным. После завершения периода оспаривания разрешается вывод средств из L2 в L1 на основе окончательного состояния.
• Мосты: протоколы мостов учитывают разные уровни финальности — от мгновенных квитанций с «мягкой финальностью» до пакетной calldata с «жесткой финальностью». В зависимости от типа транзакции, требований клиента и оценки риска мосты могут использовать более быструю передачу сообщений или придерживаться более строгих стандартов финальности.

Где уместны L2

L2 — это системы с состоянием. Каждый дополнительный L2 фрагментирует состояние между разными L2. Хотя при этом теряется атомарная компонуемость — возможно, ее значимость переоценена, — для некоторых приложений развертывание в L2 имеет смысл. Кроме того, крайне важно выбрать подходящий L2, даже если он работает в популярной среде выполнения, такой как EVM. Разные L2 значительно различаются по пользовательскому опыту, интеграциям и дистрибуции.

Не углубляясь в технические детали, L2 можно разделить на роллапы для конкретных приложений и роллапы общего назначения.

Роллапы для конкретных приложений

В отличие от L1 и других упомянутых ранее L2, роллапы для конкретных приложений не делят пространство блока с другими приложениями. Это выделенные блокчейны для конкретного приложения или набора приложений. Поэтому вы отвечаете за работу всей соответствующей инфраструктуры.

Некоторые команды используют вертикальную интеграцию и фактически самостоятельно управляют своей инфраструктурой, как dydx. Однако это масштабная инженерная задача, с которой обычно успешно справляются лишь команды, уже достигшие соответствия продукта рынку (PMF). В случае dydx у проекта есть соответствие продукта рынку, сильное сообщество и достаточно ресурсов — после достижения PMF сначала в Ethereum, а затем в одном из L2 Ethereum. Другие проекты, например Maker, изучают такие архитектуры, как аппчейн на SVM. На практике большинство команд не используют собственное оборудование. Вместо этого они полагаются на поставщиков rollup-as-a-service (RaaS), которые стремятся заполнить эту нишу, например Caldera и Conduit.

Остается открытым вопрос, смогут ли специализированные цепочки для приложений приносить достаточно дохода, чтобы оставаться прибыльными в долгосрочной перспективе. В таких случаях важно понимать риск контрагента и структуру расходов поставщиков RaaS. Поставщики RaaS часто взимают фиксированную плату — обычно от $5 000 до $100 000 в зависимости от размера приложения — и процент от прибыли секвенсора. Большинство поставщиков RaaS используют общепринятые стандарты, такие как OP Stack, чтобы избежать зависимости от одного поставщика. Поэтому, даже если поставщик RaaS прекратит работу, вы сможете использовать собственное оборудование при условии, что сумеете преодолеть краткосрочное нарушение работоспособности сети.

Поскольку игры представляют собой более специализированный сценарий использования, активно разрабатываются новые реализации и протоколы, например World Engine от Argus. 5 декабря Dark Frontiers запустили как шард выполнения поверх L2 Argus на EVM для игр, полностью работающих ончейн. Это отличает проект от существующих ончейн-игр, которые записывают в блокчейн только простые игровые предметы. Результаты еще предстоит увидеть, но, похоже, это решение находится где-то между роллапами для конкретных приложений и роллапами общего назначения.

Роллапы общего назначения

Роллапы работают в изолированной среде, где на кону стоит меньше экономического капитала. Поэтому у них есть определенный стимул экспериментировать с отдельными уровнями стека, например с выполнением и консенсусом, чтобы предложить дифференцированный продукт. Однако большинство роллапов используют готовые версии существующих VM, за исключением Fuel. Причина в том, что они стремятся максимально упростить развертывание существующих приложений в своем L2. В результате команды, внедряющие инновации на уровне выполнения и консенсуса, запускают собственные L1, как Monad.

В ближайшем будущем на уровне выполнения может стать больше экспериментов, поскольку число роллапов значительно превышает разумное равновесие. Особенно это касается роллапов, которым сложно привлекать пользователей и ликвидность.

Текущее состояние роллапов общего назначения

Роллапы общего назначения, такие как Arbitrum, Optimism и Base, продемонстрировали сильные сетевые эффекты и привлекли множество существующих и новых приложений для запуска в L2, включая GMX и friend.tech. Наличие нативных активов и состояния Ethereum в этих L2, где Ethereum часто используется для номинирования gas-токена, обеспечивает пользователям и разработчикам доступ к богатой и зрелой экосистеме. Этот доступ критически важен для приложений, которым нужна ликвидность и взаимодействие с существующими протоколами и активами на базе Ethereum. Для улучшения пользовательского опыта такие платформы, как Coinbase, добавили нативный кошелек и поддержку платежей для Base, где они управляют единственным секвенсором. Это делает взаимодействие простым и удобным.

При оценке разных L2 важно учитывать альтернативные среды выполнения для развертывания, ликвидность и инфраструктуру самого L2. При принятии решения следует рассматривать такие факторы, как структура затрат на доступность данных, возможные будущие изменения сетевых комиссий и развитие рынка поставщиков инфраструктуры. Разработчикам приложений необходимо понимать текущую структуру расходов пользователей и делать обоснованные прогнозы на будущее с учетом различных факторов, особенно стоимости доступности данных. Разработчикам, рассматривающим развертывание в L2, критически важно понимать особенности систем, уделяя особое внимание выбранной среде выполнения и альтернативным вариантам развертывания.

Новые исследования под руководством Ethereum Foundation, например посвященные секвенируемым на L1 «based-роллапам», означают, что роллапы продолжат улучшаться с точки зрения работоспособности, децентрализации и пользовательского опыта. Децентрализованные секвенсоры или хотя бы ротация нескольких секвенсоров для поддержания работоспособности все еще находятся на стадии исследования. Однако они предлагают перспективные способы повысить надежность и снизить существующие риски, связанные с секвенсорами. Сегодня пользователи доверяют секвенсору, которым управляет основная команда L2, справедливо упорядочивать транзакции и не извлекать MEV злонамеренно путем изменения их порядка. В случае цензуры со стороны секвенсора пользователи также могут отправлять транзакции напрямую в L1 через принудительное включение.

С другой стороны, существующим сегодня роллапам не хватает некоторых ключевых функций, которые активно разрабатываются в соответствии с их планами развития. Например, ни один из основных optimistic-роллапов не поддерживает доказательства ошибок без разрешений, а доступ к ним часто контролируют обновляемые контракты через мультиподписи. Кроме того, во многих роллапах отсутствуют механизмы аварийного выхода, позволяющие пользователям вывести средства при злонамеренных действиях секвенсора.

Итоговая модель роллапов общего назначения

Один из возможных результатов — итоговая модель роллапа общего назначения с «мощным» секвенсором или набором секвенсоров. Если Ethereum сохранит позицию цепочки с наиболее интересным состоянием, а пользователи по-прежнему будут явно предпочитать мосты между L1 и L2, один или несколько L2-роллапов общего назначения смогут обеспечить значительные преимущества выполнения и гораздо более качественный пользовательский опыт. 

Фактически L1 будет существовать лишь для обеспечения свойств, необходимых роллапу. Это устранит для L2 риск реорганизации L1 и позволит L2 оптимизировать параметры, важные конечным пользователям: задержку и максимально эффективное обновление состояния, обычно выраженное в виде более выгодных цен. Ethereum — выбранный L1 — по-прежнему играет важную роль, поскольку социальный консенсус сохраняет ценность состояния Ethereum по меметическим причинам: участие сторон с подтвержденной децентрализацией, справедливый запуск и так далее. L2 существует как внешняя по отношению к L1 сущность.

Роллап или роллапы будут обладать следующими функциями и свойствами:

• Инновации без разрешений — любой может создавать и развертывать новые приложения
• Устойчивость к цензуре — благодаря принудительному включению в L1
• Доступность данных — непосредственно в L1 или в отдельном слое DA
• Корректность — доказательства ошибок или zk-доказательства
• Параллельная среда выполнения — транзакции обрабатываются чрезвычайно эффективно

В этой итоговой модели существует несколько — возможно, два — роллапов со значимым числом пользователей и объемом операций. Очередное приложение выбирает развертывание в таком роллапе, поскольку издержки совместного использования пространства блока, амортизированные почти до нуля, компенсируются доступом к огромной аудитории. Выявленные предпочтения пользователей показывают, что для них особенно важен максимально простой UX. Если мы когда-нибудь придем к этому сценарию, криптоиндустрия фактически заново изобретет традиционные финансы, добавив несколько ключевых улучшений: инновации без разрешений, устойчивость к цензуре, отсутствие кастодиального хранения и прозрачность. На традиционных финансовых рынках право записи есть лишь у небольшой группы участников. NYSE и другие биржи — строго регулируемые рынки с разрешительным доступом, которые могут подвергать отдельных лиц цензуре в соответствии с законами и нормативными требованиями.

В этом сценарии задержка и совместное размещение с секвенсорами сохранятся, как и в традиционных финансах с серверами книг ордеров. Сегодня доступ по разрешению, определяемый политикой и зависимостью от предыдущего пути развития, устанавливает, какие организации вправе размещать оборудование рядом с серверами NYSE. Многолетний опыт Citadel в оптимизации инфраструктуры и алгоритмов, обеспечивающих конечным пользователям более выгодные цены, останется актуальным и в среде без разрешений. В итоговой модели роллапов отдельные специалисты и команды будут конкурировать со всеми талантливыми участниками мира исключительно по эффективности. Это приведет к более выгодным ценам и лучшему пользовательскому опыту.

В теории все это звучит хорошо, но текущее состояние L2 рисует совершенно иную картину. Единственным секвенсором или набором секвенсоров управляет основная команда, что создает единую точку отказа для работоспособности сети. Кроме того, эта команда часто контролирует важнейшие операции, будь то контракт моста или доказательства ошибок с разрешительным доступом. Многие L2 планируют децентрализацию и отказ от мультиподписи, но сегодня ситуация остается именно такой.

Где уместны L1

Концепция общего состояния в блокчейнах первого уровня, таких как Solana и Ethereum, обеспечивает компонуемость без разрешений. Это позволяет приложениям безопасно взаимодействовать друг с другом без необходимости в доверии. Одно из полезных применений — маркетинговые стратегии, например целевые аирдропы. Используя общее состояние, проект может определить конкретные NFT-сообщества и вознаградить их, создавая точные и эффективные механизмы поощрения. Недавно Pyth, мультичейн-оракул данных, провел аирдроп $PYTH в Solana для всех, кто взаимодействовал с его протоколом в более чем 40 блокчейнах. Анализируя модели владения и активность сообщества в блокчейне, проекты могут адаптировать вознаграждения — например, эксклюзивные токены или доступ к новым сервисам — для привлечения и стимулирования конкретных сегментов блокчейн-сообщества. Так маркетинговые инициативы становятся более точными и эффективными.

Общее состояние уникальным образом обеспечивает такую ончейн-атрибуцию для вознаграждений и действий. Jupiter — единый торговый агрегатор, гарантирующий пользователям наилучшие доступные цены. Это пример приложения, которое возможно только в цепочке с общим состоянием, такой как Solana.

Наряду с DeFi платежи — один из важнейших сценариев использования криптовалют. Они позволяют пользователям передавать произвольные суммы без посредников с завышенными комиссиями, таких как Western Union. Платежи включают как одноранговые транзакции по аналогии с Venmo, так и транзакции между компаниями и потребителями, например при покупках в интернете. Важно, чтобы платежи были настолько дешевыми и быстрыми, что пользователям не приходилось учитывать стоимость gas при отправке денег. В Solana более половины переводов USDC составляют менее $5. Это возможно только в блокчейнах с чрезвычайно низкой стоимостью gas, таких как Solana.

Это позволяет создавать новые сервисы, такие как Tiplink, с помощью которого можно отправлять деньги по URL без предварительной настройки кошелька — зарегистрироваться можно даже с учетными данными Google. Shopify интегрировала Solana Pay, чтобы покупатели могли оплачивать заказы в USDC через Solana. Visa выбрала интеграцию с Solana для расчетов в USDC с глобальными эквайерами Worldpay и Nuvei. Code использовала долговечные nonce, чтобы создать псевдоасинхронную среду выполнения для чрезвычайно быстрой системы платежных уведомлений и удобного пользовательского опыта. Некоторые называют это L2, но у решения нет доказательств ошибок, и оно оптимизировано исключительно для улучшения опыта конечных пользователей.

В Solana нет L2, потому что транзакции уже очень дешевы, а состояние внутри блока изначально разделяется и тарифицируется независимо. Solana с самого начала оптимизировали для синхронизации состояния с максимально допустимой законами физики скоростью и снижения стоимости транзакции почти до предельных операционных издержек. В Ethereum транзакции гораздо дороже, отчасти из-за однопоточной EVM. Раздельно тарифицировать состояние можно только при запуске другого экземпляра виртуальной машины — именно это делают L2. Solana и другие блокчейны с параллельными VM поддерживают локальные рынки комиссий, где для разных частей состояния устанавливаются разные комиссии в зависимости от уровня конкуренции за конкретную часть. Локальную горячую точку состояния можно контролировать без роста конкуренции или комиссий во всем блокчейне. На практике это означает, что минт NFT или аирдроп почти не создает внешних эффектов для вашего отдельного приложения. 

В отличие от L2, итоговая модель Solana не указана в планах развития — она уже существует. Solana активно поддерживают и улучшают с помощью SIMD, но это уже функциональный и надежно нейтральный реестр активов, который не требует дополнительного доверия к мультиподписям, согласованности интересов или субъективным ощущениям.

Какое решение лучше всего подойдет мне?

Все зависит от того, что именно вы хотите оптимизировать. Как правило, разработчику приложения или владельцу бизнеса следует тратить минимум необходимого времени на обслуживание блокчейн-инфраструктуры и как можно больше времени на развитие продукта, чтобы создать наилучший пользовательский опыт. Вопрос в том, сколько времени необходимо именно вам.

При выборе конкретной цепочки следует внимательно изучить доступные в ней примитивы. Например, приложение Drip использует примитивы своей цепочки и уже выпустило более 60 млн NFT для 500 000 коллекционеров.

Ваши цели оптимизации в итоге сузят выбор цепочки. С учетом приведенного выше обзора разных L1 и L2 следует рассмотреть следующие параметры:

1. Число ончейн-пользователей
2. Ончейн-активность. Если вы оптимизируете приложение для конкретной ончейн-функции, например торговли, стоит изучить цепочки с низкими комиссиями, такие как Solana, Sui или Optimism. Также необходимо понимать технические компромиссы и ограничения короткого времени блока, увеличенного размера блоков и других параметров
3. Время выполнения
4. Ончейн-ликвидность
5. Ончейн-киты и ликвидность. Например, в экосистеме EVM обычно больше ликвидности благодаря предыдущей эпохе запусков токенов, но ситуация быстро меняется
6. Доступ к конкретным ончейн-сообществам: художникам, трейдерам и другим
7. Доступность грантов и венчурного капитала. В новых экосистемах больше грантового, но меньше венчурного капитала
8. Техническая сложность и накладные расходы на управление. Например, Code достаточно двух инженеров для работы приложения в Solana, тогда как dydx требуется более 30 инженеров и исследователей
9. Программируемость и суверенитет правил цепочки, например особые правила расчетов по сделкам
10. Доступ к институциональным участникам, например Coinbase в Base, а также Visa и Shopify в Solana
11. Компонуемость с другими приложениями экосистемы, например DeFi и платежными приложениями

Развертывание в определенных архитектурах роллапов может быть оправдано для отдельных приложений, которые понимают упомянутые свойства и могут использовать их уникальным образом. Для большинства приложений Solana предоставляет необходимые для успеха примитивы. Уникальные архитектурные решения сделали ее быстрой, дешевой и производительной, а в рабочей среде она функционирует уже много лет.

Заключение

Чтобы разобраться в блокчейн-ландшафте и, в частности, выбрать между платформами первого (L1) и второго (L2) уровня, необходимо глубоко понимать соответствующие компромиссы. Выбор между L1 и L2 — не просто техническое решение. Это важнейшая бизнес-стратегия, влияющая на масштабируемость, безопасность и общую жизнеспособность проекта. Рефакторинг всей кодовой базы также увеличит технический долг и снизит вероятность создания успешного приложения.

Значение пользовательского опыта для распространения блокчейна трудно переоценить. По мере развития технологии необходимо уделять все больше внимания созданию интуитивных, удобных и целостных интерфейсов, способных преодолеть разрыв между сложной блокчейн-инфраструктурой и конечным пользователем. Разным приложениям нужен разный уровень гибкости, но большинству разработчиков следует выбирать платформу, которая позволит им тратить как можно больше времени на создание наилучшего продукта.

Спасибо Akshay, 0xIchigo и Jon Charbonneau за проверку и комментарии.