Quando si parla di Blockchain e critpovalute, spesso si sentono nominare termini come Layer1 e layer2. Ma di cosa si tratta? Scoprilo in questa guida!

Il Layer 1 in un ecosistema decentralizzato è la blockchain. Il Layer 2 è un’integrazione che aumenta il throughput del sistema. Il termine “throughput” si riferisce al numero di transazioni gestite al secondo da un sistema.

blockchain layer 1 layer 2

Mentre grandi aziende e canali di pagamento come Visa elaborano quasi 20.000 TPS (Transazioni per secondo) con la rete di pagamento elettronico VisaNet, la catena principale di Bitcoin può eseguire solo da 3 a 7 TPS.

La differenza di capacità è notevole, c’è una semplice spiegazione dietro. Bitcoin adotta un sistema decentralizzato, mentre VisaNet funziona su un sistema centralizzato. Il primo utilizza più potenza di elaborazione e quindi tempo per salvaguardare la privacy dei suoi utenti.

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Il problema dei Layer 1

Un layer 1 è una blockchain. Due esempi classici sono Bitcoin ed Ethereum.

Nel ridimensionamento del layer 1, il protocollo blockchain sottostante viene modificato per rendere possibile la scalabilità. Con queste soluzioni, le regole del protocollo vengono modificate per aumentare la capacità e la velocità delle transazioni, ospitando così più dati e più utenti.

Il ridimensionamento del layer 1 potrebbe essere inteso come:

  • Un miglioramento della velocità di conferma di un blocco;
  • Un aumento della capacità di storage per i dati di un blocco.

Insieme, queste soluzioni di scalabilità aumentano il throughput della rete. Tuttavia, il layer 1 sembra non essere all’altezza del numero di utenti in costante crescita. Vediamo di seguito alcune inefficienze del sistema.

Proof-of-Work

La blockchain di layer 1 utilizzano ancora il vecchio meccanismo di consenso proof-of-work.

Sebbene questo meccanismo sia più sicuro di altri, la sua velocità lo limita. I miner sono necessari poiché utilizzano la potenza di calcolo dei loro dispositivi per risolvere algoritmi crittografici. Pertanto, è necessario possedere complessivamente più potenza di calcolo e più tempo.

La soluzione: il proof of stake

Un consenso alternativo è il proof-of-stake, che sarà adottato da Ethereum 2.0. Questo meccanismo di consenso convalida i nuovi blocchi di dati delle transazioni in base alla garanzia di staking dei partecipanti alla rete, rendendo il processo più efficiente.

Carico di lavoro eccessivo

Con l’aumento del numero di utenti, è aumentato anche il carico di lavoro sulla blockchain di layer 1. Per questo motivo, le velocità e le capacità di elaborazione sono diminuite.

La soluzione: lo sharding

La soluzione di ridimensionamento per questo problema è lo sharding (frammentazione). In poche parole, lo sharding divide il lavoro di convalida e di autenticazione delle transazioni in bit più piccoli e quindi più gestibili. Pertanto, il carico di lavoro può essere distribuito sulla rete per sfruttare la potenza di calcolo attraverso più nodi.

Poiché la rete elabora questi frammenti contemporaneamente in parallelo, l’elaborazione di più transazioni può avvenire contemporaneamente.

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Le soluzioni di scalabilità dei Layer 2

La blockchain di layer 2 opera sul layer nativo per migliorarne l’efficienza. Scaricando efficacemente le transazioni, il layer 2 prende una parte del carico transazionale della blockchain di layer 1 e lo trasferisce ad un’altra architettura di sistema.

La blockchain di layer 2 quindi gestisce il carico di elaborazione e lo riporta al layer 1 per la finalizzazione dei risultati. Poiché la maggior parte del carico di elaborazione dei dati viene assegnato a questa architettura ausiliaria adiacente, la congestione della rete viene ridotta: non solo la blockchain di layer 1 diventa meno congestionata, ma diventa anche più scalabile.

Un esempio è Lightning Network, una soluzione di ridimensionamento di layer 2 che prende il carico da Bitcoin e successivamente lo riporta ad esso. Così facendo, Lighting Network aumenta la velocità di elaborazione sulla blockchain di Bitcoin.

Ecco alcune altre soluzioni di ridimensionamento di layer2:

Nested Blockchain (Plasma)

Una blockchain nidificata di layer 2 opera sopra un’altra blockchain. Fondamentalmente, il layer 1 imposta i parametri mentre la blockchain nidificata del layer 2 esegue i processi.

Possono esserci diversi livelli di blockchain su una catena principale. Può essere visualizzata come una tipica struttura aziendale. Invece di avere una persona (ad esempio, il manager) che fa tutto il lavoro, il manager delega i compiti ai subordinati, che riferiscono al manager una volta che finito i rispettivi compiti. In questo modo, l’onere per il gestore viene ridotto mentre la scalabilità viene migliorata.

Un esempio di ciò è l’OMG Plasma Project, che funge da blockchain di layer 2 per il protocollo di layer 1 di Ethereum per garantire transazioni più economiche e veloci.

State Channels

Gli state channels consentono la comunicazione bidirezionale tra i partecipanti alla blockchain. In tal modo, i partecipanti possono ridurre i tempi di attesa poiché non ci sono terze parti, ad esempio un miner, coinvolte nel processo.

Ecco come funziona:

  1. Tramite smart contract, i partecipanti accettano di bloccare l’accesso ad una parte del layer di base;
  2. Possono a questo punto interagire direttamente tra loro, eliminando la necessità di coinvolgere i minatori;
  3. Dopo aver eseguito l’intero set di transazioni, aggiungono lo stato del canale finale alla blockchain.

Sia Raiden Network su Ethereum che Lightning Network su Bitcoin sono esempi di state channels. Lightning Network consente ai partecipanti di eseguire diverse microtransazioni durante una determinato intervallo di tempo. Raiden invece consente ai partecipanti di gestire contratti intelligenti tramite canali personali.

Anche i canali statali come Lightning Network sono completamente sicuri, poiché solo i partecipanti conoscono le transazioni. La blockchain di Ethereum invece registra tutte le transazioni in un registro consultabile pubblicamente.

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Sidechains

Anche le sidechain sono una soluzione di scalabilità per la tecnologia blockchain di layer 2. Una sidechain è una catena transazionale che esegue un gran numero di transazioni. Ha un meccanismo di consenso indipendente dal layer nativo. Il meccanismo può essere ottimizzato per migliorare la scalabilità e la velocità di elaborazione. In questa situazione, la catena principale deve confermare i record delle transazioni, mantenere la sicurezza e gestire le controversie.

Le sidechain differiscono dai canali statali in quanto registrano pubblicamente tutte le transazioni nel libro mastro. Inoltre, se una sidechain subisce una violazione della sicurezza, non ha alcun impatto sulle altre sidechain o sulla stessa mainchain del layer base.

Rollups

I rollups sono soluzioni di scalabilità blockchain di layer 2 che eseguono transazioni al di fuori della blockchain di layer 1 e pubblicano i dati delle transazioni su di essa. Poiché i dati si trovano sul layer di base, consente al layer 1 di mantenere i rollups al sicuro.

I rollups hanno due diversi modelli di sicurezza:

  • Rollup ottimistici: presuppongono che le transazioni siano valide per impostazione predefinita. Pertanto, conducono calcoli solo per rilevare le frodi in caso di problemi.
  • Rollup a conoscenza zero: questi rollup eseguono calcoli off-chain. Successivamente, presentano la prova di validità al layer base o alla catena principale.

I rollup aiutano ad aumentare il throughput delle transazioni, aprire la partecipazione e ridurre le tariffe del gas per gli utenti.

Limiti del Layer 1 e del Layer 2

La stratificazione Blockchain ha diversi vantaggi. Ad esempio, il vantaggio principale delle soluzioni di layer 1 è che gli sviluppatori non devono aggiungere nulla all’architettura esistente, poiché il layer di base può essere modificato.

Le soluzioni Layer 2 invece non manomettono il protocollo del layer di base. Inoltre, queste soluzioni consentono più microtransazioni senza richiedere agli utenti di pagare commissioni di transazione elevatissime o perdere tempo con le verifiche.

Tuttavia, entrambi questi livelli della blockchain hanno dei limiti che devono essere presi in considerazione.

Aggiunta ai protocolli esistenti

Il problema principale con i layer blockchain è aggiungerli ai protocolli esistenti. Sia Bitcoin che Etherium hanno capitalizzazioni di mercato di miliardi di dollari. Gli utenti scambiano milioni di dollari ogni giorno. Pertanto, non ha senso complicare il processo attraverso esperimenti non necessari, poiché ciò richiederebbe molti soldi.

Qual è il futuro dopo il Layer 1 e il Layer 2?

La scalabilità è uno dei motivi per cui l’adozione di massa delle criptovalute non è al momento possibile. Con l’aumento della domanda per le criptovalute, aumenterà anche la pressione per scalare i protocolli blockchain. Poiché entrambi i layer hanno limiti, la soluzione in futuro sarà quella di costruire un protocollo unico in grado di affrontare il trilemma della scalabilità nel complesso.