Co jsou to layer-2 řešení?

Kryptoměny jako Bitcoin a Ethereum v současnosti stále ještě nejsou schopné procesovat tisícovky transakcí za vteřinu. Z toho důvodu je možnost jejich využití bez různých nástaveb značně omezena. Zde ale přichází na scénu řešení škálovatelnosti zvané layer-2, o kterém se více dozvíš právě v dnešním článku.

Potřebu zvýšení propustnosti sítě v kontextu s transakcemi nejlépe ilustruje srovnání právě Bitcoinu a Etherea s např. Visa a MasterCard. Ač sice není úplně stoprocentně objektivní a vypovídající (kdy tyto kryptoměny představují mnohem více než jen zpracovávání plateb), ukazuje, jak dalekou cestu před sebou ještě samotné tyto blockchainy mají. Konkrétně totiž podle dat z posledních let potřebuje v průměru Visa zpracovat přes 1 500 transakcí za vteřinu (s tím, že maxima jsou ještě výrazně výše). Bitcoin oproti tomu spolehlivě umožňuje pouze přibližně 4,6 transakce za vteřinu (často uváděno 7 jako maximum) a Ethereum přinejlepším okolo 30 (v různých analýzách se dočteš o cca 15-30).

Proč tedy nepoužíváme některý z nových blockchainů, které se prezentují schopností zpracovat tisícovky transakcí za vteřinu? Jednoduše z důvodu nedostatečné decentralizace či neověřené bezpečnosti. I když tedy není nereálné, že by nějaká jiná kryptoměna mohla tyto 2 nejznámější překonat, v současnosti tomu zatím stále nic nenasvědčuje. Proč tomu tak je si můžeš přečíst v článku popisujícím nutnost kompromisů u Proof of Work sítí mezi právě škálovatelností a bezpečností s decentralizací, což nazýváme trilema škálovatelnosti či blockchainové trilema.

Když se potom nezaměříme na přechod na Ethereum 2.0 či změny nastavení celého blockchainu Bitcoinu (které se, jak ukazují forky Bitcoinu, nesetkávají s úspěchem), co nám zbývá? Možností je více, ale tou v současnosti nejzajímavější a nejsledovanější jsou jistě řešení na 'druhé vrstvě', tedy layer-2.

Co to jsou layer-2 řešení škálovatelnosti?

Layer-2 sama o sobě představuje sekundární rozhraní či protokol, který je vybudován na existující síti (hodně zjednodušeně jako její další vrstva, jak již vychází z doslovného překladu). Jejím hlavním cílem je často navýšení škálovatelnosti (transakcí) na síti původní, ale může se jednat i např. o přidání další funkcionality a podobné.

V kontextu s blockchainy se tedy jedná o nástavbu blockchainu původního, která zde, stejně jako je zmíněno výše, řeší primárně problém se škálovatelností tradičních blockchainů. Když to úvodem vezmeme trošku ze široka, tak layer-2 protokoly vlastně představují sekundární prostředí, kde probíhají blockchainové transakce a další procesy téměř nezávisle na hlavním blockchainu (tzv. main chainu, kterého bezpečnost však často využívají). Proto se o layer-2 řešeních často mluví jako o off-chain řešení škálovatelnosti.

Velkou výhodou je zde tedy primárně to, že hlavní chain (např. přímo Bitcoin či Ethereum) nemusí procházet žádnými změnami, protože layer-2 je přidána jako další vrstva. Proto je díky těmto vrstvám možné výrazně zvýšit maximální počet transakcí za vteřinu na daném blockchainu či přidat nové funkce i bez toho, abychom museli obětovat bezpečnost main chainu. Hlavní blockchain zde tak zajišťuje bezpečnost, zatímco druhé vrstvy nabídnou vyšší propustnost transakcí.

Mimo samotné škálovatelnosti a nenarušení hlavního protokolu některé řešení (např. state channels) nabízí i výrazné snížení transakčních poplatků. Můžeš na nich tak provádět mikrotransakce i bez toho, abys s nimi plýtval čas těžařů a platil za ně obrovské poplatky, se kterými se v době velkého vytížení daných blockchainů v současnosti často setkáváme.

Layer-1 

Setkat se můžeš také s termínem layer-1, u kterého rozhodně nejde o nic složitého. Jak již název napovídá, tak se jedná o první vrstvu, tedy o samotnou architekturu hlavního blockchainu. To si nejlépe ukážeme na jednom z tradičních layer-2 řešení, tedy Lightning Network u Bitcoinu. Bitcoin je totiž layer-1 sítí a Lightning Network poté jeho nástavbou ve formě Layer-2.

V kontextu se škálovatelností nám nabízí několik řešení i přímo úpravy na layer-1, tedy na hlavním blockchainu. Zde se jedná primárně o změny přímo v mechanismu konsenzu protokolu (kam patří i např. změna velikosti bloků, přechod na PoS apod.), které se však u např. Bitcoinu nejeví jako ideální možnost. Mimo to se také jedná o sharding (tedy roztříštění hlavního blockchainu na víc jednotlivých, které je jednodušší spravovat), který je jednou z věcí, které přinese Ethereum 2.0.

Zajímá Tě více o shardingu? Mrkni na video z technologického seriálu, kde jej pro Tebe blíže rozebíráme.

Jaké známe layer-2 řešení?

Nejznámějšími tzv. layer-2 řešeními současnosti jsou rozhodně Lightning Network u Bitcoinu a Plasma u Etherea. Ty také zároveň představují typické příklady dvou nejznámějších způsobů layer-2 řešení. Konkrétně se jedná o tzv. state channels (Lightning Network) a nested blockchains (Plasma). Oblíbenými jsou ale také různá řešení ve formě tzv. sidechainů a rollups. Pojďme se ale na některé z nich podívat jednotlivě.

O Lightning Network se více dozvíš ve videu zde.

State Channels

State channel je dvoustranný komunikační kanál mezi účastníky na této síti, který umožňuje provádění interakcí mezi sebou. Ty se tak typicky projeví přímo na blockchainu, ale zároveň probíhají v první řadě off-chain (tedy mimo hlavní blockchain). Účastníci na daném kanálu totiž mohou mezi sebou provést neomezené množství transakcí, které nepotřebují potvrzení těžařů (jak probíhá validace záleží na jednotlivých řešeních, ale často využívají multi-signature kontraktů, smart kontraktů a dalších, které jsou pro uživatele předem známé).

Tato metoda tak umožňuje opravdu extrémní zvýšení škálovatelnosti, kdy na hlavní blockchain zapisujeme pouze finální výsledek z daného kanálu, tedy pouhé dvě transakce. Nejznámějšími řešeními jsou pak zmíněná Lightning Network u Bitcoinu a Raiden Network u Etherea. Oba tyto způsoby poté využívají tzv. Hashed Timelock Contracts (HTLCs).

Sidechainy

Sidechain představuje samostatný separátní blockchain, který však běží paralelně k hlavnímu blockchainu. Operuje však víceméně úplně samostatně. K hlavnímu blockchainu je pak připojen pomocí tzv. oboustranného mostu (two-way bridge), pomocí kterého si vyměňují informace o transakcích. Zajímavostí je zde to, že sidechain často využívá i úplně jiný mechanismus konsenzu než blockchain hlavní. Kvůli tomu také sidechainy technicky vlastně ani nejsou layer-2 řešeními, protože nevyužívají bezpečnost z hlavního blockchainu. Naopak ale často nabízejí nejvíce možností z ostatních řešení, kdy třeba v případě některých sidechain řešení k Ethereu jsou kompatibilní i s Ethereum Virtual Machine. Typickými příklady zde jsou třeba projekty Skale a POA Network na Ethereu, nebo Liquid Network a RSK (které mimo jiné umožňuje vykonání smart kontraktů) u Bitcoinu.

I k sidechainům jsme pro Tebe připravili celé video, které najdeš zde.

Nested Blockchains

Typickým příkladem tohoto řešení je známá Plasma na blockchainu Etherea, za kterou stojí projekt OmiseGO. To spadá pod kategorii nested blockchains, tedy vlastně jakýchsi zakotvených či uhnízděných blockchainů. To funguje zjednodušeně tak, že jsou na blockchain vrstveny další levely blockchainu, které jsou ukotveny v blockchainu hlavním, který stanovuje základní pravidla celého systému. Tyto blockchainy jsou formovány do parent-child chain propojení, tedy rodičovských a dětských chainů. Parent chain pak deleguje práci napříč child chiany, které je dále vykonávají a výsledky odesílají zase zpět na parent chain.

V současnosti se potom opravdu hodně řeší tzv. rollups na Ethereu, které jsou dalším z layer-2 řešení. Kvůli aktualitě této zprávy se jim však budeme věnovat v článku úplně samostatném, který vyjde ještě tento týden.

Obecně jsou pak často layer-2 řešení odborníky považovány za v současnosti jedny z nejzajímavějších technologií, kdy budoucností světa kryptoměn můžou být právě tradiční kryptoměny jako Bitcoin s nástavbou ve formě layer-2. Problémem je zde však kromě zmíněného trilematu škálovatelnosti i to, že jsou v současnosti lidé již zvyklí využívat Bitcoin či Ethereum samotné a ani vysoké poplatky je často nedonutí k využívání layer-2 řešení. Mimo to je obvykle nutné kryptoměny také na tyto další vrstvy dostat a zase z nich vybrat, kdy se poplatkům stejně nevyhneme. Proto spousta lidí spekuluje nad tím, že větší smysl mohou dávat úplně nové projekty, které mají již tyto nástavby zabudované přímo v sobě, nebo které řeší škálovatelnost přímo na layer-1, tedy hlavním chainu.