Предисловие

Будучи крупнейшей децентрализованной блокчейн-сетью, поддерживающей смарт-контракты, Ethereum может предоставлять различные децентрализованные приложения и услуги. Однако по мере увеличения числа пользователей Ethereum сталкивается с такими проблемами, как низкая скорость транзакций, высокие комиссии и ограниченная масштабируемость. Для решения этих проблем многие разработчики и проектные команды приняли сайдчейны, которые предполагают создание одного или нескольких параллельных блокчейнов вне Ethereum Mainnet и взаимодействие с Mainnet через определенные механизмы.

Сайдчейн может разрабатывать свои собственные алгоритмы консенсуса, правила транзакций, механизмы безопасности и т.д., исходя из различных потребностей и сценариев, тем самым повышая эффективность, снижая затраты и увеличивая гибкость. Благодаря интеграции с виртуальной машиной Ethereum Virtual Machine (EVM), сайдчейны могут поддерживать совместимость и взаимодействие с Ethereum Mainnet.

В настоящее время средняя пропускная способность Ethereum Mainnet составляет всего 15 транзакций в секунду, в то время как традиционные платежные компании, такие как Visa, могут обрабатывать тысячи или даже десятки тысяч транзакций в секунду. Ожидается, что благодаря использованию сайдчейнов Ethereum значительно увеличит свою пропускную способность. В этом уроке мы познакомимся с основными понятиями, принципами и типами сайдчейнов, а также проанализируем роль и проблемы сайдчейнов в экосистеме Ethereum.

Как работают сайдчейны

• Алгоритмы консенсуса
  Сайдчейн - это блокчейн, который работает вне Главной сети Ethereum и позволяет обмениваться активами и данными с Главной сетью. В зависимости от своих специфических потребностей и целей, сайдчейн может создать свой собственный механизм и правила консенсуса, чтобы повысить масштабируемость и эффективность, уменьшить нагрузку на мэйннет и снизить стоимость транзакций, не затрагивая при этом мэйннет.

В настоящее время в Ethereum используется механизм консенсуса Proof of Stake (PoS). Однако сайдчейны имеют возможность гибко выбирать альтернативные алгоритмы консенсуса, которые лучше всего подходят для их нужд. Обычно используемые алгоритмы консенсуса для сайдчейнов включают в себя Proof of Authority (PoA), Delegated Proof of Stake (DPoS), Proof of Stake (PoS), Proof of Work (PoW) или гибридные модели.

Для повышения скорости генерации блоков и пропускной способности сайдчейнов часто используются различные механизмы консенсуса. Блокчейн-параметры сайдчейнов, такие как размер блока, время блока, вознаграждение за блок и регулировка сложности, часто устанавливаются иначе, чем в Ethereum Mainnet. Эти параметры оказывают существенное влияние на производительность и экономические модели блокчейна, а также могут повлиять на совместимость и баланс между различными блокчейн-сетями.

• Параметры блока
  В Ethereum Mainnet обычно используются консервативные настройки параметров блока, такие как более медленное время блока и меньший размер блока, для обеспечения децентрализации и безопасности блокчейна. Напротив, сайдчейны часто используют более быстрое время блокировки и больший размер блока для достижения более высокой пропускной способности, скорости транзакций и снижения стоимости транзакций.

Однако такой подход может нанести вред децентрализации и безопасности сайдчейна. Быстрое время блокировки и большие размеры блоков могут увеличить сложность работы полных узлов, что приведет к тому, что за безопасность цепи будет отвечать небольшое количество "суперузлов". В таких случаях возрастает вероятность сговора между проверяющими узлами или злонамеренных атак на цепочку.

• Совместимость с EVM
  Некоторые сайдчейны разработаны с учетом совместимости с EVM и способны исполнять смарт-контракты, развернутые в сети Ethereum. Они могут напрямую использовать экосистему Ethereum и средства разработки, а также поддерживать смарт-контракты, написанные на Solidity, и другие языки смарт-контрактов EVM.

Для разработчиков, стремящихся выйти за пределы экосистемы Ethereum, сайдчейн служит эффективным решением для масштабирования, которое может снизить транзакционные издержки и обеспечить более быстрое выполнение децентрализованных приложений.

Однако использование сайдчейнов также сопряжено с определенными рисками. Каждый сайдчейн сам отвечает за свою безопасность и не наследует свойства безопасности Ethereum. Поэтому сайдчейны более восприимчивы к злонамеренному поведению или другим атакам.

• Передача активов
  Чтобы стать сайдчейном для Ethereum Mainnet, блокчейн должен быть способен облегчить передачу активов из Ethereum Mainnet и в Ethereum Mainnet. Это достигается с помощью моста блокчейн. Мосты используют смарт-контракты, развернутые на Ethereum Mainnet и сайдчейне, для управления мостом средств между ними, позволяя им общаться и обмениваться данными друг с другом.

При использовании моста активы не переносятся физически с одной блокчейн на другую. Вместо этого используется механизм чеканки и сжигания жетонов. Активы, отправленные на мостовой смарт-контракт, блокируются и принимаются ретрансляторами, ответственными за верификацию транзакций пользователей. После прохождения проверок безопасности генерируется квитанция, известная как "Simple Payment Verification" (SPV), и межцепочечная транзакция передается в цепочку назначения. На другом конце моста чеканятся эквивалентные жетоны.

Этот метод транзакций также известен как "двусторонняя привязка", с помощью которой можно легко передавать активы путем закладывания и разблокирования эквивалентных активов на разных цепочках с помощью смарт-контрактов.

Источник изображения: Университет Web3

Преимущества сайдчейнов

• Облегчение перегруженности сайдчейнов Ethereum
  может снизить нагрузку на мэйннет, повысив общую пропускную способность и эффективность системы блокчейн.

• Поддержка различных механизмов консенсуса
  Сайдчейны могут использовать различные механизмы консенсуса для обеспечения индивидуальных сервисных приложений.

• Предлагая повышенную конфиденциальность
  Сайдчейн может использовать более совершенную технологию шифрования для защиты конфиденциальности и безопасности транзакций.

• Обеспечение большей совместимости и композитности
  Сайдчейны могут масштабироваться горизонтально и вертикально, создавая многоцепочечную экосистему, которая способствует лучшей совместимости между различными блокчейнами.

• Открыть больше возможностей для расширения приложений
  EVM-совместимые сайдчейны позволяют dApps распространяться на другие сети блокчейн, способствуя расширению сообщества пользователей.

Недостатки сайдчейнов

• Более низкая безопасность
  Безопасность сайдчейнов зависит от механизма консенсуса, а также от количества и качества валидаторов. Если механизм консенсуса слаб или валидаторы не заслуживают доверия, сайдчейн может быть уязвим для атак или сбоев, что приведет к потере или фальсификации данных.

• Проблемы совместимости
  Сайдчейн и мэйннет могут использовать различные структуры блоков, языки смарт-контрактов, правила перехода в состояние и т.д. Это может привести к ошибкам или сбоям при передаче активов или исполнении контрактов.

• Ограничения доступности
  На сайдчейн могут влиять сетевые задержки, проблемы с отключением узлов или перегруженность межцепочечных мостов, что не позволяет пользователям своевременно отправлять или получать данные о транзакциях.

• Риски централизации
  Сайдчейны обычно работают независимо от мэйннета и имеют свои собственные механизмы консенсуса и валидаторы. Если большинство валидаторов сосредоточено в нескольких учреждениях или частных лицах, надежность и безопасность сайдчейна может быть поставлена под угрозу.

• Высокая сложность разработки
  Сети Sidechain имеют множество параметров, отличающихся от Mainnet, что требует учета совместимости, балансировки нагрузки, узких мест в производительности и потенциальных проблем, которые могут возникнуть в процессе использования, что требует более высокой технической квалификации.

Ведущие проекты в области сайдчейна

• Polygon
  Блокчейн Polygon - одно из популярных решений для масштабирования в Ethereum, использующее механизм консенсуса PoS для повышения эффективности и масштабируемости блокчейн-сетей. Это достигается путем создания множества параллельных цепочек, также известных как дочерние цепочки, которые подключены к Ethereum Mainnet и могут настраивать свои механизмы безопасности, управления и консенсуса.

К основным преимуществам Polygon относятся снижение транзакционных издержек, повышение скорости транзакций и поддержка широкого спектра сценариев использования при сохранении совместимости и интероперабельности с Ethereum. Кроме того, Polygon - это открытая платформа, на которой любой разработчик может создавать и развертывать свои собственные дочерние или параллельные цепочки.

Являясь сайдчейном Ethereum, Polygon обеспечивает быстрые, экономически эффективные и безопасные транзакции на цепи, а его модель консенсуса с многоцепочечным масштабированием позволяет взаимодействовать и интегрировать dApps на разных цепях.

В последнее время компания Polygon добилась значительных успехов, в том числе представила Polygon zkEVM, решение для масштабирования виртуальной машины Ethereum Virtual Machine (EVM) с использованием доказательств с нулевым знанием (ZK). Она отличается эквивалентностью EVM, безопасностью и более низкой стоимостью за счет пакетной обработки транзакций. Кроме того, в нем используется технология Polygon Zero, которая на сегодняшний день является самой быстрой ZK-защитой в мире, обеспечивая лучшую финальность по сравнению с другими решениями Уровня 2, такими как оптимистичное сворачивание.

Polygon zkEVM имеет открытый исходный код и выпущен в публичную тестовую сеть. Венчурная фирма Seven Seven Six также запустила инициативу в размере $200 млн. для поддержки развития новых проектов с Polygon. В настоящее время Polygon стал вторым по величине блокчейном GameFi, в котором ежедневно принимают участие более 130 000 активных геймеров.

• Skale
  Блокчейн Skale - это проект, ориентированный на разработку сайдчейна Ethereum. Он использует механизм консенсуса PoS и применяет уникальный подход под названием Elastic Sidechains для достижения высокой производительности при сохранении совместимости с блокчейном Ethereum. Skale предоставляет эффективную, безопасную и экономически выгодную инфраструктуру для dApps и смарт-контрактов.

С момента запуска своего мейннета в июне 2020 года Skale завоевал популярность среди разработчиков и пользователей, ищущих масштабируемые и эффективные решения для децентрализованных приложений. Ключевой особенностью сети Skale является использование Elastic Sidechains, которые, по сути, являются независимыми блокчейн-сетями, подключенными к Ethereum Mainnet. Разработчики могут создавать и настраивать эти сайдчейны в соответствии со своими потребностями для поддержки различных dApp и смарт-контрактов.

Сеть Skale предлагает дополнительные функциональные возможности и преимущества для разработчиков и пользователей. Например, он поддерживает множество языков программирования и фреймворков, что делает его удобным для разработчиков при создании и развертывании своих dApps и смарт-контрактов. Кроме того, она обеспечивает низкие комиссии за транзакции и быстрое время проведения операций, предлагая пользователям экономически выгодное и эффективное решение.

Что касается токеномики, то сеть Skale использует SKL в качестве своей родной криптовалюты, общий запас которой составляет 4 млрд. токенов. Значительная часть токенов направляется на развитие экосистемы и вознаграждение сообщества.

• Gnosis Chain
  Gnosis Chain, ранее известный как xDai Chain, является сайдчейн-проектом Ethereum, целью которого является создание высокомасштабируемого, безопасного и интероперабельного блокчейн-решения для dApps. Gnosis Chain поддерживает скорость транзакций до 1,000 TPS (Transactions Per Second) и использует механизм консенсуса PoS и верификацию смарт-контрактов для обеспечения безопасности сети. Кроме того, Gnosis Chain совместим с сетью Ethereum, что обеспечивает взаимодействие с экосистемой Ethereum.

В последнее время компания Gnosis Chain добилась значительных технологических успехов. Во-первых, она представила новую версию с улучшенными характеристиками, такими как более высокая скорость транзакций и повышенная безопасность. Кроме того, Gnosis Chain сотрудничает с компанией Polygon, интегрируя кошелек Gnosis Safe в сеть Polygon для достижения более высокой скорости транзакций и снижения комиссий. Наконец, Gnosis Chain заключила партнерство с DeFi страховой компанией Nexus Mutual для предоставления страховых услуг для кошелька Gnosis Safe.

Технология xOmniBridge позволяет осуществлять межцепочечные переводы активов между Gnosis Chain и другими сетями, такими как Ethereum и Binance Smart Chain. Это позволяет пользователям переводить активы между различными сетями, не полагаясь на централизованные биржи. В настоящее время многие Ethereum-приложения, такие как Chainlink и Aave, перешли на Gnosis Chain, которая имеет хорошо развитую экосистему, включающую протоколы DeFi, игровые и NFT-рынки.

Заключение

В этом уроке мы рассмотрели применение технологии sidechain при масштабировании блокчейна Ethereum. Сайдчейны - это независимые блокчейны, которые работают параллельно с Главной сетью и взаимодействуют с ней через специальные механизмы обмена данными и передачи активов, обеспечивая масштабируемость и поддержку приложений для Главной сети. Сайдчейн обладает потенциалом для повышения скорости транзакций, снижения затрат и поддержки различных сценариев применения, привнося больше инновационных возможностей в децентрализованные приложения. Однако они все еще сталкиваются с некоторыми ограничениями и проблемами в плане безопасности и децентрализации.

Помимо Polygon, Skale и Gnosis Chain, существуют и другие проекты, такие как Loom Network, Metis Andromeda и CrossBell, которые активно разрабатывают сайдчейн. Благодаря этому уроку Вы, возможно, получили значительное представление о сайдчейнах. В следующем уроке мы изучим долгожданную технологию Rollups и углубимся в различные решения по масштабируемости Ethereum.

Основные моменты

• Ethereum сталкивается с проблемами масштабируемости и нуждается в решении вопросов скорости и стоимости транзакций. Технология сайдчейн - это одно из решений.
• Сайдчейны - это независимые блокчейны, которые работают параллельно с Mainnet и обеспечивают обмен данными и передачу активов с помощью специальных механизмов, достигая масштабируемости и поддержки приложений для Mainnet.
• Преимущества сайдчейнов заключаются в снижении перегруженности блокчейна Ethereum, поддержке различных механизмов консенсуса и параметров блоков, обеспечении большей конфиденциальности, поддержке большей совместимости и композитности, а также открытии новых возможностей для приложений.
• К недостаткам сайдчейнов относятся более низкая безопасность, проблемы совместимости, ограничения в доступности, риски централизации и более высокая сложность разработки.
• Polygon, Skale и Gnosis Chain - известные сайдчейн-проекты.