Чому Bitcoin потребує рішень другого рівня

Обмеження першого рівня (Layer-1) біткоїн-мережі

Блокчейн Bitcoin здійснює транзакції на основі децентралізованого, глобального консенсусного механізму. Орієнтовно кожні 10 хвилин майнери об’єднують всі невиконані транзакції у блок і додають його до ланцюга. Такий фіксований інтервал створення блоків разом із лімітом розміру блоку 1–4 МБ обмежує пропускну здатність мережі приблизно до 7 транзакцій на секунду. Це значно менше, ніж потрібно для сучасної фінансової інфраструктури на глобальному рівні.

Ці обмеження закладені навмисно. Bitcoin зробив вибір на користь децентралізації та безпеки, поступившись швидкістю й гнучкістю. Його скриптова мова навмисно не є Тюрінг-повною, що мінімізує можливі уразливості й забезпечує передбачувану та прозору роботу мережі. Натомість це також обмежує програмованість і не дає змоги нативно підтримувати складну бізнес-логіку чи масштабні транзакційні системи.

Внаслідок цього Layer-1 Bitcoin характеризується високою затримкою й заторами під час пікового навантаження. Коли обсяг невиконаних транзакцій перевищує ємність блоку, користувачі змушені конкурувати за швидше підтвердження, підвищуючи комісії за перекази. Така динаміка яскраво проявилася під час важливих ринкових подій: буму 2017 року, зростання популярності Ordinals у 2023-му та стрибків попиту через ETF на початку 2025-го, коли плата досягала сотень сатоші за віртуальний байт. Для дрібних чи повсякденних розрахунків — наприклад, міжнародних переказів, мікроплатежів або розрахунків у роздрібній торгівлі — такі комісії часто роблять Bitcoin економічно недоцільним.

Хоча ринок комісій — ключовий інструмент стимулювання майнерів і фундамент забезпечення безпеки мережі в довгостроковій перспективі, водночас це серйозний бар’єр для масового впровадження. Layer-1 Bitcoin залишається одним із найбезпечніших і найдецентралізованіших блокчейнів, але він структурно обмежений у масштабованості та програмованості. Саме тому з’явилися рішення другого рівня (Layer-2), спрямовані на впровадження швидших, дешевших і більш гнучких моделей взаєморозрахунків.

Моделі проектування Layer-2 в блокчейн-архітектурі

Layer-2 — це протоколи, які працюють над базовим рівнем, наприклад, Bitcoin. Їх завдання — розвантажити основний ланцюг, водночас зберігаючи фундаментальні гарантії розрахунків Bitcoin. Такі рішення агрегують, стискають або абстрагують дані транзакцій так, що основний ланцюг використовується мінімально.

У блокчейн-архітектурі розрізняють кілька основних моделей Layer-2. Одна з них — платіжні канали, які відкривають двостороннє з’єднання між користувачами для багаторазового обміну транзакціями без запису кожної до блокчейну, до моменту закриття каналу. Ще одна — сайдчейни, тобто незалежні блокчейни, що працюють паралельно основному та використовують механізми peg-in і peg-out для передачі активів.

Rollups — це ще одна ключова категорія. Вони агрегують численні транзакції поза ланцюгом і публікують до основного рівня стислий доказ або пакет даних. За способом перевірки транзакцій rollups бувають оптимістичними або на основі нульового розголошення даних (zero-knowledge). Хоча такий підхід зародився на Ethereum, завдяки останнім інноваціям його впроваджують і у Bitcoin.

Окрему групу становлять федеративні системи. У них група довірених сторін спільно керує зберіганням і підтвердженням транзакцій. До них належать Chaumian eCash-моделі чи об’єднані UTXO-структури. Такі рішення дозволяють анонімність або просте управління активами, однак вимагають довіри до певної групи підписантів.

Серед нових підходів — BitVM, який дає змогу верифікувати довільні обчислення у Bitcoin завдяки логіці challenge-response. Наразі це експериментальна технологія, але вона відкриває шлях до універсального виконання програм на другому рівні Bitcoin.

Кожна з моделей вирішує власне коло завдань: деякі орієнтовано на масштабованість, інші — на приватність чи програмованість. Їх спільна риса — використання Bitcoin як остаточного шару розрахунків з виконанням основної бізнес-логіки на зовнішньому рівні.

Компроміси між безпекою, децентралізацією та масштабованістю

Будь-яке Layer-2-рішення потребує тонкого балансу між трьома основними характеристиками: безпекою, децентралізацією та масштабованістю. Цю концепцію називають трілемою масштабованості: зазвичай посилення двох характеристик вимагає поступок по третій.

Базовий рівень Bitcoin забезпечує максимальну безпеку й децентралізацію, але жертвує пропускною здатністю. Layer-2 покликаний повернути масштабованість із мінімальними поступками по інших напрямах, хоча компромісів уникнути неможливо.

Платіжні канали на кшталт Lightning Network успадковують безпеку Bitcoin, але мають свої виклики у сфері децентралізації й ефективності маршрутизації. Канали потрібно фінансувати безпосередньо в ланцюгу, а оплати проходять лише поміж підключеними вузлами. Ліквідність каналів часто розподілена нерівномірно, а мобільні користувачі можуть стикатися зі збоями. Крім того, для захисту від шахрайства під час спірних ситуацій необхідно використовувати «watchtowers» або активний моніторинг.

Федеративні системи на зразок Fedimint досягають більшої приватності та легкості старту, жертвуючи частиною децентралізації. Опікуни можуть цензурувати або неправильно керувати активами, навіть якщо самі протоколи намагаються мінімізувати ці ризики через мультисторонню опіку та вибір спільнотою. Користувачам необхідно довіряти, що кворум членів залишається чесним.

Сайдчейни, як-от Liquid чи Rootstock, дозволяють масштабованість і програмованість, але переносять довіру до окремої групи валідаторів. Вони не мають захисту мережі «proof-of-work» від Bitcoin. Активи, що переводяться у сайдчейн, блокуються через федерацію або смартконтракт, а їх безпеку гарантує внутрішній консенсус сайдчейну.

«Rollups» забезпечують кращу цілісність даних і масштабованість, особливо з появою доказів із нульовим розголошенням (zero-knowledge proofs). Однак для впровадження «rollups» у Bitcoin розробники вимушені обходити обмеження скриптової мови та відсутність прямої підтримки. Команди Citrea й Botanix працюють над «rollups» з використанням Taproot та інших «soft fork», але дефіцит гнучких опкодів ускладнює розробку.

BitVM хоч і відкриває нові можливості, проте залучає інноваційні моделі довіри й стимулювання, які ще не випробувані на практиці. Він дає змогу виконувати довільну бізнес-логіку у Bitcoin без зміни консенсусних правил, але вимагає складного вирішення суперечок із додатковою затримкою.

Вибір архітектури Layer-2 — це балансування між цими трьома осями. Одні рішення акцентують на швидкості та низькій вартості, інші — на стійкості до цензури чи більшій гнучкості для розробників. Кожен користувач або бізнес вирішує сам, які компроміси для нього прийнятні.

Типи Layer-2 для Bitcoin

За останні роки екосистема Layer-2 для Bitcoin значно подорослішала. Від простих платіжних каналів вона трансформувалася у багатовекторний набір інструментів масштабування та розширення функціоналу. Кожен тип Layer-2-рішення призначений для певного кола користувачів і бізнес-завдань.

Lightning Network — наймасовіше впроваджене Layer-2-рішення для Bitcoin. Система дає змогу здійснювати миттєві та дешеві платежі в мережі двосторонніх каналів. Після відкриття каналу користувач може передавати кошти різними маршрутами через декілька вузлів. Lightning ідеально підходить для дрібних і частих платежів — чайові, мікропокупки, грошові перекази. Мережа працює без кастодіальних посередників і мінімізує довіру до учасників, однак модель ліквідності може бути складною для бізнесу та новачків.

Федеративні системи, такі як Fedimint і Ark, роблять акцент на приватності й простоті використання. Fedimint базується на Chaumian eCash — користувачі депонують BTC у групу довірених опікунів, які випускають анонімізовані токени. Ними можна розраховуватися приватно, а потім обміняти на BTC у мережі або провести оплату в Lightning. Ark — інноваційна модель, що підтримує анонімні разові платежі через вузол-агрегатор, який збирає та транслює транзакції відразу від багатьох користувачів. Обидва підходи підсилюють анонімність, але потребують певної довіри або координації зі сторони користувачів.

Сайдчейни розширюють функціональність Bitcoin завдяки паралельним ланцюгам із власними правилами та ізольованими середовищами виконання. Liquid (від Blockstream) — це федеративний сайдчейн, оптимізований для швидких, конфіденційних переказів між біржами. Rootstock додає до Bitcoin віртуальну машину, сумісну з Ethereum, що відкриває можливості для смартконтрактів і децентралізованих застосунків. Такі рішення дозволяють складні фінансові операції, але вимагають довіри до алгоритмів прив'язки (peg) та валідаторів.

«Rollups» лише починають з’являтися у Bitcoin-екосистемі. Citrea розробляє «rollup» з нульовим розголошенням, що використовує Bitcoin для фінального розрахунку, виконуючи контракти поза ланцюгом. Botanix створює «rollup» з підтримкою «EVM», в якому дані транзакцій анкеруються до блоків Bitcoin. Такі проекти прагнуть перенести переваги масштабованості з Ethereum до Bitcoin, однак стикаються з технічними викликами через консервативний характер скриптової мови Bitcoin.

BitVM — це нова експериментальна модель Layer-2, запропонована у 2023 році. Вона дозволяє верифікувати довільні обчислення у Bitcoin за допомогою інтерактивної системи доказів шахрайства. Використовуючи логіку challenge-response й Тюрінг-повну логіку, BitVM потенційно дозволяє запускати складні рішення — мости, оракули чи «rollups» — без «hard fork». Система знаходиться на етапі лабораторного тестування й ще не запроваджена масово.