Lohkoketjut — mitä ne ovat ja mitä eroa niillä on?

Jos olet käyttänyt DeFi-palveluita äskettäin, olet todennäköisesti ihmetellyt korkeita transaktiomaksuja. Kun Ethereum-pohjaisten DeFi-palveluiden kysyntä on kasvanut, kymmenien tai jopa satojen eurojen transaktiomaksuista on tullut “normaalia”. Tämä on luonut kysyntää niin kutsutuille Layer 2 -ratkaisuille. Mikä on Layer 2? Miten L1 ja L2 eroavat toisistaan? Lukemalla artikkelin saat vastauksen näihin kysymyksiin.

L1- vs L2-lohkoketjut

​​Lohkoketjujen skaalautuvuus on ikuisuusongelma. Skaalaus viittaa verkon nopeuden kasvuun, eli siihen, kuinka paljon transaktioita verkossa voi suorittaa sekunnissa.

Lohkoketjuteknologiassa termi “skaalaus” viittaa järjestelmän suoritusnopeuden kasvuun, joka mitataan sekunnissa suoritettujen tapahtumien lukumäärällä. Kryptovaluuttojen ja samalla lohkoketjujen käytön yleistyessä on tullut välttämättömäksi luoda lohkoketjujen päälle kerroksia turvallisuuden, arkistoinnin ja yksityisyyden parantamiseksi. 

Hajautetun ekosysteemin 1. kerros, eli Layer 1 on lohkoketjun perustaso. Se on lohkoketjuverkon päärakenne. Esimerkiksi Bitcoin ja Vitalik Buterinin kehittämä Ethereum ovat Layer 1 -lohkoketjuja. Layer 1 -ratkaisu muuttaa alkuperäisen lohkoketjun sääntöjä ja mekanismeja suoraan.

Layer 2 on puolestaan kolmannen osapuolen rakentama integraatio lohkoketjun päälle. Layer 2 -ratkaisu käyttää ulkoista lohkoketjuun integroitavaa verkkoa tehostaakseen pääketjun toimintaa. Markkinoilla on rakenteille lukuisia Layer 2 -ratkaisuja, joista tunnettuja ovat mm. Bitcoinin päälle rakennettu Salamaverkko, Polygon (Matic), Immutable X (IMX) ja Loopring (LRC). Layer 2:n ajatuksena on hyödyntää pääketjun turvallisuutta ja lisätä suorituskykyä, mikä tarkoittaisi isompaa transaktiokapasiteettia pienemmillä kustannuksilla.

Lue myös: Kryptomaailman avainhenkilöt – #2 Vitalik Buterin

Mitä ovat lohkoketjut?

Lohkoketju on erityinen hajautettu tietokanta. Olet ehkä kuullut myös termin hajautettu pääkirjateknologia (distributed ledger technology, DLT) – monissa tapauksissa ne viittaavat samaan asiaan. Tietojen lisäämiseen lohkoketjuun on olemassa sääntöjä, ja kun tiedot on tallennettu, niitä on käytännössä mahdotonta muokata tai poistaa jälkeepäin.

Tietoa lisätään ajan myötä lohkoiksi kutsuttuihin rakenteisiin. Jokainen lohko on rakennettu edellisen päälle ja lohkot ovat yhteydessä toisiinsa. Tarkastelemalla viimeisintä lohkoa voimme tarkistaa lohkon tiedoista, että se on luotu viimeisen jälkeen. Jos siis jatkamme “ketjua” aina alaspäin, saavutamme ensimmäisenä luodun lohkon, jota kutsutaan genesis blockiksi.

Lohkoketjuteknologian etuina ovat korkea tietoturvataso, huoleton sekä ei-luvanvarainen (eng. permissionless) kaupankäynti sekä mahdollisuus arkistointiin. Mahdollisuuksien lisäksi lohkoketjuissa on myös haasteita, joista yksi suurimmista on skaalautuvuus.

Jokaisen lohkoketjussa tehtävän tapahtuman on käytävä hajautetussa järjestelmässä läpi useita vaiheita, jotka vaativat huomattavasti verkon laskentatehoa ja aikaa. Lohkoketjujen kehittäjät ovat kehittäneet lohkoketjun päälle ratkaisuja nopeuden ja käsittelytehon parantamiseksi, jotta lohkoketju pystyy käsittelemään enemmän transaktioita. Näitä kutsutaan Layer 2 -ratkaisuiksi. 

Miksi lohkoketjun skaalautuminen on tärkeää?

Koska lohkoketjun, solmujen ja muiden termien sisäistäminen voi olla haastavaa, otetaan lohkoketjujen skaalautuvuushaasteille vertauskuva suomalaisille varsin tutusta ja turhauttavasta ongelmasta: liikenneruuhkista.

Kuvittele, että kaupunkien välille rakennetaan uusi moottoritie. Kun liikenteen määrä moottoritiellä kasvaa esimerkiksi ruuhka-aikoina, ajaminen paikasta A paikkaan B kestää tavallista kauemmin. Tämä johtuu siitä, että tiellä on vain rajallinen määrä kaistoja, eli sen kapasiteetti on rajallinen. 

Jotta matkantekoa voidaan nopeuttaa ja helpottaa, viranomaisten täytyy kehittää ruuhkaongelmaan ratkaisu. Yksi ratkaisu on muuttaa alkuperäistä infrastruktuuria lisäämällä moottoritielle kaistoja. Se ei ole kuitenkaan hirveän käytännöllinen tai edullinen ratkaisu, ja siitä aiheutuisi vaivaa tien käyttäjille. Toinen vaihtoehto olisi jättää ydininfrastruktuuri rauhaan ja rakentaa vaihtoehtoisia reittejä tai avata raideliikenne paikkojen välille.

Kun moottoritiedilemmaa verrataan lohkoketjuihin, itse moottoritie olisi Layer 1 eli pääverkko, kun taas lisäreitit olisivat Layer 2 -ratkaisuja, joilla pyritään parantamaan ensisijaisen verkon kokonaiskapasiteettia.

Skaalautuvuuden määritelmä vaihtelee, mutta kryptovaluuttojen kontekstissa se viittaa pohjimmiltaan lohkoketjun kykyyn tarjota jokaiselle käyttäjälle erinomainen kokemus verkon koosta ja käyttäjämäärästä riippumatta.

Layer 1:n ongelmat

DeFi-buumin aikaan Ethereumin suosio räjähti, mutta se toi mukanaan surullisenkuuluisan ongelman; vain joitain kymmeniä transaktioita sekunnissa käsittelemään suunniteltu verkko ruuhkautui pahasti käyttäjämäärän kasvaessa. Tämä johti yksittäisten transaktiomaksujen (eng. gas fee) raketointiin, joka vei hetkellisesti tuulen hajautetun rahoituksen purjeista. Ei ollut epätavallista, että siirtäessäsi Ethereumia DeFi-palveluun jouduit pulittamaan jopa satojen dollarien edestä Etheriä transaktiomaksuna. 

Käsitellään seuraavaksi Layer 1:n haasteita.

Konsensusprotokolla

Proof-of-Work on äärimmäisen turvallinen konsensumekanismi, mutta siihen on syynsä, miksi niin moni uusi projekti käyttää tai Ethereumin tapauksessa siirtyy käyttämään Proof-of-Stakea. PoW on ensimmäinen mekanismi ja se on tietyissä tapauksissa hidas ja kömpelö. Se käyttää louhijoita salausalgoritmien ratkaisemiseen, joka vaatii enemmän laskentatehoa ja aikaa.

Vaihtoehto on Proof-of-Stake, jota mm. Ethereum 2.0 tulee käyttämään. Tämä konsensusmekanismi validoi uudet lohkot osallistujien panostamien vakuuksien mukaan, mikä tekee prosessista tehokkaamman.

Liiallinen työmäärä

Kun käyttäjien määrä kasvaa, myös Layer 1 -lohkoketjun työmäärä kasvaa. Siksi käsittelynopeudet ja kapasiteetit ovat laskeneet. Tämä johtaa huomattavasti korkeampiin kaasumaksuihin.

Ethereum pyrkii ratkaisemaan skaalausratkaisun käyttämällä sirpalointia. Sirpalointi tarkoittaa transaktioiden validoinnin ja autentikoinnin purkamista pieniin osiin, jolloin työmäärä voidaan jakaa koko hajautetulle verkolle useamman solmun laskentatehon valjastamiseksi.

Koska verkko käsittelee näitä “sirpaleita” samanaikaisesti rinnakkain, se mahdollistaa huomattavasti useamman transaktion samanaikaisen käsittelyn.

Lue lisää: Ethereumin tulevaisuus

Skaalautuminen on reitti massa-adoptioon

Skaalautuminen on siis tärkeää verkon toiminnan, mutta myös globaalin adoption kannalta. Bitcoinista ei koskaan voi tulla maailmanlaajuista maksuverkkoa, jos sen lohkoketju pystyy käsittelemään vain nykyiset 3-7 transaktiota sekunnissa. Maksuyhtiö Visa pystyy esimerkiksi käsittelemään vastaavasti lähes 20 000 transaktiota sekunnissa.

Kapasiteetin ero on järkyttävän suuri, mutta sen takana on yksinkertainen selitys. Bitcoin käyttää hajautettua järjestelmää, kun taas Visa toimii keskitetyn järjestelmän voimin. Hajautettu verkko käyttää enemmän prosessointitehoa ja aikaa turvatakseen käyttäjiensä yksityisyyden. Transaktio käy hajautetussa verkossa läpi huomattavasti useampia vaiheita, joihin kuuluvat hyväksyminen, louhiminen, jakelu ja validointi. Tästä syystä Bitcoin vaatii L2-ratkaisua, jotta verkkoa voidaan käyttää useiden maksutapahtumien samanaikaiseen tekemiseen. Bitcoinin lohkoketjun päälle rakennettu Salamaverkko on vielä elinkaarensa alkuvaiheessa, mutta sen avulla Bitcoinin verkon pitäisi pystyä keskimäärin miljoonaan transaktioon sekunnissa.

Kryptovaluuttojen odotetaan vähitellen nousevan mukaan liike-elämään, joten lohkoketjujen kehittäjät yrittävät luonnollisesti parantaa verkon kapasiteettia. Luomalla lohkoketjujen päälle kerroksia ja optimoimalla niitä kehittäjät pyrkivät nopeuttamaan käsittelyaikoja ja kasvattamaan transaktioiden määrää sekunnissa.

Skaalausratkaisut – L1 vs L2

Ekosysteemissä innovoidaan jatkuvasti skaalautuvuushaasteen selättämiseksi, ja sille on jo olemassa useitakin vaihtoehtoja sekä L1- että L2-puolella. 

Layer 1 skaalausratkaisut

Skaalausratkaisut voivat lisätä Layer 1:n suorituskykyä ja verkon kokonaiskapasiteettia. 

Konsensusmekanismin vaihtaminen

Proof-of-Workia käyttävien lohkoketjujen tapauksessa siirtyminen Proof-of-Stakeen voisi olla vaihtoehto transaktionopeuden kasvattamiseksi ja samalla siirtomaksujen pienentämiseksi. Yhteisössä on kuitenkin ristiriitaisia ​​näkemyksiä Proof-of-Staken eduista ja pitkän aikavälin vaikutuksista.

Lohkokoon kasvattaminen

Yhteen lohkoon mahtuu aina ennaltamääritelty määrä dataa. Kun lohko täyttyy, seuraava lohko täytyy luoda. On mahdollista kasvattaa lohkoketjun lohkon kokoa, jotta siihen mahtuu enemmän dataa.

Layer 1 -verkkojen skaalausratkaisut esittelee yleensä projektin kehitystiimi. Ratkaisusta riippuen kehittäjien on tehtävä verkkoon soft fork tai hard fork. Jotkut pienet muutokset ovat taaksepäin yhteensopivia, kuten Bitcoinin SegWit-päivitys. Suuremmat muutokset, kuten Bitcoinin lohkokoon kasvattaminen 8 megatavuun, vaativat hard forkia. 

Hard fork luo lohkoketjusta kaksi versiota; yksi versio on päivitetty ja toinen jatkaa olemassaoloa ilman päivitystä. 

Ketjun sirpalointi

Toinen vaihtoehto verkon suorituskyvyn lisäämiseksi on sirpalointi. Tämä jakaa lohkoketjun toiminnot useisiin pienempiin osiin, jotka voivat käsitellä tietoja samanaikaisesti eikä peräkkäin.

Layer 2 skaalausratkaisut

Toinen vaihtoehto verkon suorituskyvyn lisäämiseksi on sirpalointi. Tämä jakaa lohkoketjun toiminnot useisiin pienempiin osiin, jotka voivat käsitellä tietoja samanaikaisesti eikä peräkkäin.

Layer 2 blockchain toimii alkuperäisen verkon päällä parantaakseen sen tehokkuutta. Layer 2 ottaa osan lohkoketjun työtaakasta ja siirtää sen uuteen infraan. Sitten Layer 2 käsittelee työkuorman ja raportoi tuloksista lohkoketjulle. Verkko ei ruuhkaudu niin paljoa, koska osa työvastuusta annetaan auttavalle arkkitehtuurille. Lisäksi lohkoketjusta tulee skaalautuvampi.

Bitcoin on Layer 1 -lohkoketju ja sen päällä toimiva Salamaverkko on Layer 2 -skaalausratkaisu. Salamaverkko ottaa kuormaa pois Bitcoinin pääverkosta ja raportoi sille. Salamaverkko lisää Bitcoin-transaktioiden käsittelynopeutta ja tuo älysopimuksia Bitcoinin lohkoketjuun.

Entä mitä muita Layer 2 -skaalausratkaisuja on olemassa?

Sisäkkäinen lohkoketju

Sisäkkäinen Layer 2 -lohkoketju toimii toisen lohkoketjun päällä. Pohjimmiltaan Layer 1 asettaa parametrit, kun taas sisäkkäinen Layer 2 -lohkoketju suorittaa prosessit. Yhdessä pääketjussa voi olla useita sisäkkäisiä lohkoketjuja. 

Voit ajatella sitä yrityksen rakenteena: sen sijaan, että johtaja tekisi kaiken työn, hän delegoi tehtävät alaisille, jotka raportoivat niiden suorittamisesta takaisin johtajalle. Näin johtajan taakka pienenee ja skaalautuvuus paranee.

Esimerkki sisäkkäisestä lohkoketjusta on OMG Plasma Project, joka toimii Layer 2 -lohkoketjuna Ethereumin päällä varmistaakseen halvemmat ja nopeammat tapahtumat.

Tilakanavat

Tilakanavat mahdollistavat kaksisuuntaisen viestinnän lohkoketjun osallistujien välillä. Näin osallistujat voivat lyhentää odotusaikaa, koska prosessiin ei osallistu kolmatta osapuolta, kuten louhijoita.

Osallistujat sopivat älysopimusten raamien sisällä sopia etukäteen sulkevansa osan pohjalayeristä ja avaavansa kommunikointikanavan. He voivat sen jälkeen olla suoraan vuorovaikutuksessa keskenään, mikä eliminoi tarpeen louhijalle. Suoritettuaan koko tapahtumasarjan he lisäävät lopullisen kanavan tilan lohkoketjuun.

Bitcoinin Salamaverkko on esimerkki tilakanavasta. Salamaverkon avulla osallistujat voivat suorittaa useita mikrotapahtumia tietyn ajanjakson aikana. 

Sivuketjut

Sivuketju on tapahtumaketju, joka mahdollistaa suuren määrän tapahtumia. Sillä on konsensusmekanismi, joka on riippumaton alkuperäisestä lohkoketjusta. Mekanismia voidaan optimoida skaalautuvuuden ja käsittelynopeuden parantamiseksi. Tässä tilanteessa pääketjun on vahvistettava tapahtumatietueet, ylläpidettävä turvallisuutta ja hoidettava ristiriidat.

Sivuketjut eroavat tilakanavista siinä, että ne tallentavat julkisesti kaikki tapahtumat lohkoketjuun.

Rollupit

Rollupit suorittavat tapahtumia Layer 1 -lohkoketjun ulkopuolella ja lähettävät tapahtumien tiedot sille.

Rolluppeja on kahta erilaista.

Optimistiset rollupit: Nämä olettavat, että tapahtumat ovat oletusarvoisesti valideja. Siksi ne suorittavat laskelmia häiriöiden tai petosten havaitsemiseksi vain, jos yhteisö haastaa ne tekemään niin.

Zero-Knowledge Rollupit: ZK rollupit suorittavat laskelmia ketjun ulkopuolella. Myöhemmin ne toimittavat todisteen validoinnista lohkoketjulle.

Rollupit auttavat parantamaan transaktioiden läpimenoa, osallistamaan ja vähentämään käyttäjien transaktiomaksuja skaalautuvuuden parantamiseksi.

Lue myös: Ethereum 2.0 on merkittävä parannus Ethereumin lohkoketjuun

Mitä Layer 1:n ja Layer 2:n jälkeen tulee?

Tarvitsemmeko edes Layer 2 -ratkaisuja, kun Layer 1:t tulevat entistä skaalautuvammiksi? Nykyiset lohkoketjut ovat parantuneet, ja uudet verkot ovat alusta alkaen hyvin skaalautuvia.

Kestää kuitenkin kauan ennen kuin suuret, olemassaolevat verkot parantavat skaalautuvuuttaan, eikä sille edes ole takeita. Todennäköisin vaihtoehto on, että Layer 1:t keskittyvät turvallisuuteen, joka puolestaan mahdollistaa Layer 2 -ratkaisujen räätälöimisen tiettyihin tarkoituksiin.

Lähitulevaisuudessa on todennäköistä, että suuret ekosysteemit, kuten Ethereum, hallitsevat edelleen suuren käyttäjä- ja kehittäjäyhteisönsä vuoksi. Sen suuri, hajautettu validointi ja luotettava maine luovat kuitenkin vankan pohjan kohdistetuille Layer 2 -ratkaisuille.

Haluatko sijoittaa Ethereumiin? Coinmotion on suomalainen kryptopalvelujen tarjoaja, jonka valikoimasta löytyy vaihtoehtoja yksityishenkilöille, yrityksille sekä organisaatioille. Lue lisää Coinmotionista täältä.

Usein kysytyt kysymykset

Vastuuvapauslauseke: Esitetyt mielipiteet ovat kirjoittajan omia, eikä niitä voida pitää Coinmotionin virallisina kantoina. Annetut tiedot voivat muuttua ilman erillistä ilmoitusta, sekä myös erityisesti markkinan nopean vaihtelun vuoksi. Artikkeleissa esitettyjä tietoja tai näkemyksiä ei tule koskaan tulkita suosituksiksi tai sijoitusneuvonnaksi.