स्केलिंग सॉल्यूशंस: लेयर-1 और लेयर-2 प्रोटोकॉल क्या हैं

पिछले कुछ वर्षों में, क्रिप्टो और ब्लॉकचेन उद्योगों में जबरदस्त उछाल आया, और उपयोगकर्ताओं तथा लेन-देन की संख्या में भी उल्लेखनीय वृद्धि हुई है। भले ही इस तकनीक की क्रांतिकारी प्रकृति से कोई इनकार नहीं कर सकता, लेकिन इसे स्केलेबिलिटी से जुड़ी समस्याओं का सामना करना शुरू करना पड़ा — यानी मांग बढ़ने के साथ सिस्टम के बढ़ने की क्षमता।

स्केलिंग सॉल्यूशंस किसलिए होते हैं?

विकेंद्रीकरण का मतलब है कि कंप्यूटिंग पावर और कंसेंसस नेटवर्क में वितरित होते हैं, जबकि सुरक्षा ब्लॉकचेन को दुर्भावनापूर्ण तत्वों और हैकर हमलों से बचाव को दर्शाती है। दोनों ही विशेषताएँ ब्लॉकचेन नेटवर्क के लिए आवश्यक मानी जाती हैं। 

उच्च-सुरक्षा वाले विकेंद्रीकृत सिस्टम अक्सर ट्रांज़ैक्शन थ्रूपुट की समस्याओं का सामना करते हैं, जिससे एक समस्या पैदा हुई जिसे ब्लॉकचेन ट्राइलेमा कहा जाता है। इसका कहना है कि एक साथ सुरक्षा, विकेंद्रीकरण और स्केलेबिलिटी के उच्च स्तर हासिल करना लगभग असंभव है, और वास्तविकता में ब्लॉकचेन नेटवर्क अधिकतम तीन में से दो कारक ही हासिल कर सकते हैं। 

लेकिन कई डेवलपर इस समस्या को दूर करने पर काम कर रहे हैं, और उन्होंने कुछ महत्वपूर्ण परिणाम भी हासिल किए हैं। ब्लॉकचेन नेटवर्क की स्केलेबिलिटी में सुधार को Layer-1 और Layer-2 समाधानों में वर्गीकृत किया जा सकता है। इनमें से प्रत्येक की अलग कार्यप्रणाली, अपने फायदे और अपनी जटिलताएँ हैं। 

स्केलिंग सॉल्यूशंस का महत्व

जहाँ ब्लॉकचेन पैसा रखने और प्रबंधित करने का अधिक न्यायसंगत और सुरक्षित तरीका है, वहीं केंद्रीकृत वित्तीय संस्थान थ्रूपुट के मामले में कहीं अधिक प्रभावी हैं। उदाहरण के लिए, Visa 65 हजार ट्रांज़ैक्शन प्रति सेकंड का दावा करता है, जबकि Bitcoin के लिए यह संख्या केवल 7 है और Ethereum के लिए 15। 

केंद्रीकृत पेमेंट प्रोसेसिंग सिस्टम्स से प्रतिस्पर्धा करने के लिए, ब्लॉकचेन नेटवर्क को अधिक स्केलेबल होना होगा ताकि वे बढ़ती हुई उपयोगकर्ता संख्या, ट्रांज़ैक्शन और डेटा को संभाल सकें। यदि कुछ नहीं किया गया, तो ब्लॉकचेन ट्रांज़ैक्शन से भर जाएंगे जो एक के बाद एक अटकते रहेंगे। सिस्टम उन सभी को एक साथ प्रोसेस नहीं कर पाएगा, और इससे उपयोगकर्ता अनुभव में असमानता पैदा होगी। 

Layer-1 ब्लॉकचेन क्या है?

Layer-1 स्केलिंग सॉल्यूशंस ऑन-चेन सुधारों पर ध्यान केंद्रित करते हैं। वे बेहतर थ्रूपुट देने के लिए बेसिक प्रोटोकॉल और नेटवर्क की आर्किटेक्चर में बदलाव करते हैं। उदाहरण के लिए, Bitcoin, Ethereum, Binance Smart Chain, और Litecoin Layer-1 ब्लॉकचेन नेटवर्क हैं। Layer-1 स्केलिंग सॉल्यूशन बेस लेयर, यानी स्वयं प्रोटोकॉल को बढ़ाता है।

Sharding

Sharding को डिस्ट्रीब्यूटेड डेटाबेस से अपनाया गया और यह सबसे लोकप्रिय Layer-1 स्केलिंग सॉल्यूशन बन गया। Sharding में पूरे ब्लॉकचेन नेटवर्क को shards नामक हिस्सों या डेटासेट्स में विभाजित किया जाता है, जिससे नोड्स के लिए पूरे नेटवर्क की बजाय shards को बनाए रखना आसान हो जाता है। सभी shards एक ही समय में प्रोसेस किए जाते हैं, जिससे अनेक ट्रांज़ैक्शनों पर क्रमिक रूप से काम करना संभव होता है। 

हर नोड को भी अलग-अलग shards में असाइन किया जाता है। अलग-अलग shards mainchain को proofs प्रदान करते हैं और cross-shards communication protocols के माध्यम से एक-दूसरे के साथ इंटरैक्ट करते हैं, ताकि addresses, general states, और balances साझा किए जा सकें। 

Ethereum 2.0, Ethereum blockchain का नया संस्करण, स्केलिंग सॉल्यूशन के रूप में sharding को लागू करता है।

sharding का उपयोग करने वाला एक और Layer-1 ब्लॉकचेन Elrond है। इसने Adaptive State Sharding और एक सुरक्षित Proof-of-Stake consensus mechanism के माध्यम से 100 000 TPS (transactions per second) का थ्रूपुट हासिल किया। 

Harmony blockchain network एक और उदाहरण है, जो उच्च स्केलेबिलिटी हासिल करने के लिए shards लागू करता है। यह zero-knowledge proof और Decentralized Autonomous Organisations के उपयोग पर केंद्रित है। 

Consensus Mechanism Improvements

कुछ consensus mechanisms दूसरों की तुलना में अधिक कुशल होते हैं। उदाहरण के लिए, Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Doge आदि द्वारा उपयोग किया जाने वाला Proof-of-Work उच्च स्तर का विकेंद्रीकरण और सुरक्षा प्रदान करता है। लेकिन साथ ही, यह काफी धीमा है, इसलिए कई डेवलपर नेटवर्क विकसित करते समय Proof-of-Stake को चुनते हैं। 

मौजूदा ब्लॉकचेन भी consensus mechanism बदल सकते हैं, और इसका सबसे अच्छा उदाहरण Ethereum है, जो ब्लॉकचेन की क्षमता और विकेंद्रीकरण बढ़ाने के लिए Proof-of-Stake consensus mechanism की ओर जाने की योजना बना रहा है, जबकि उच्च सुरक्षा स्तर को बनाए रखेगा। 

सामान्य रूप से, आजकल सबसे उन्नत Layer-1 और Layer-2 ब्लॉकचेन Proof-of-Stake consensus mechanism या उसके वेरिएशन्स को अपनाते हैं। क्योंकि यह कंप्यूटरों को वैलिडेशन के लिए प्रतिस्पर्धा करने की आवश्यकता को समाप्त करता है, PoS में पहले से ही स्केलिंग के लिए अधिक गुंजाइश है।

Kava blockchain Layer-1 नेटवर्क का एक अच्छा उदाहरण हो सकता है, जो EVM co-chain पर ट्रांज़ैक्शनों को बेहतर बनाने के लिए Tendermint Proof-of-Stake consensus algorithm का उपयोग करके स्केलेबिलिटी हासिल करता है। 

Solana को नई पीढ़ी का Layer-1 blockchain protocol माना जाता है, जो एक नया और आशाजनक Proof-of-History consensus mechanism उपयोग करता है और 3000 से अधिक transactions per second के साथ थ्रूपुट में उल्लेखनीय वृद्धि हासिल कर चुका है। 

क्रिप्टो के लिए अन्य, थोड़े कम लोकप्रिय, Layer-1 समाधानों में reparameterization और वैकल्पिक Data Structures बनाना शामिल है। इन सभी तरीकों का मुख्य लाभ यह है कि वे सबसे प्रभावी बड़े पैमाने के सुधार प्रदान करते हैं।

Layer-1 समाधानों की समस्याएँ 

Layer-1 समाधान की प्रमुख समस्याओं में से एक यह है कि नेटवर्क वैलिडेटर को hard fork के माध्यम से बदलाव पर सहमति देनी होती है। और यह हमेशा आसान नहीं होता, क्योंकि कुछ मामलों में उन्हें लाभ में कमी झेलनी पड़ सकती है। उदाहरण के लिए, जब ब्लॉकचेन Proof-of-Work से Proof-of-Stake की ओर जाता है, तो miners की आय कम हो जाएगी और वे स्केलेबिलिटी की आवश्यकता को नकार भी सकते हैं। 

Layer-2 ब्लॉकचेन क्या है?

Layer-2 समाधान ऑफ-चेन समाधान बनाने पर केंद्रित है, जिसके लिए एक समानांतर ब्लॉकचेन चलाया जाता है या मूल नेटवर्क के ऊपर किसी तृतीय-पक्ष नेटवर्क का निर्माण किया जाता है। इस दूसरी परत को, दूसरे शब्दों में computational layer कहा जाता है, जिसका उपयोग मुख्य या parent नेटवर्क पर भीड़ कम करने के लिए किया जाता है। यह ब्लॉकचेन की स्केलेबिलिटी सुधारने का सबसे आसान और तेज़ तरीका है।

प्रोटोकॉल के लेन-देन का एक हिस्सा समीपवर्ती ब्लॉकचेन आर्किटेक्चर में स्थानांतरित हो जाता है, जो ट्रांज़ैक्शन को प्रोसेस करता है और परिणामों को अंतिम रूप देने के लिए केवल parent chain को संदर्भित करता है। Layer-2 समाधान अक्सर Layer-1 समाधानों के साथ मिलाकर उपयोग किए जाते हैं। 

सबसे अच्छे layer-2 समाधानों में legacy chains और decentralized applications के बीच scalable bridges शामिल हैं, जिन्होंने Liquid Proof-of-Stake, delegated Proof-of-Stake, Hybrid PoS, और अन्य जैसी PoS की नई वेरिएशन्स के विकास को जन्म दिया। 

Layer-2 समाधान लागू करने के मुख्य तरीके Nestchains, Rollups, State Channels, और Sidechains हैं। 

Nested Blockchains 

एक nested blockchain आमतौर पर किसी अन्य blockchain के ऊपर बनी अतिरिक्त नेटवर्क होती है। इसके लिए आमतौर पर एक मूल blockchain की आवश्यकता होती है, जो व्यापक नेटवर्क के लिए पैरामीटर निर्धारित करती है, जबकि ट्रांज़ैक्शंस और smart contracts के निष्पादन interconnected secondary chains पर होते हैं। कई नेटवर्क child chains के रूप में मुख्य chain के ऊपर बनाए जा सकते हैं। मुख्य chain ऑपरेशन को child chain को सौंपती है, जो उसे main chain से स्वतंत्र रूप से प्रोसेस करती है और फिर उसे parent को वापस लौटाती है। यदि कोई विवाद सुलझाना हो, तभी main chain की भागीदारी आवश्यक होती है।  

Sidechains 

एक sidechain मुख्य chain से जुड़ी हुई अतिरिक्त chain होती है। इसका उपयोग आमतौर पर बड़े-बैच ट्रांज़ैक्शनों के लिए किया जाता है। Sidechains एक स्वतंत्र consensus algorithm का उपयोग करती हैं, जो main chain से अलग होता है और शुरू से स्वतंत्र रूप से बनाया जाता है। यह तंत्र गति और स्केलेबिलिटी के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। यहाँ main chain सुरक्षा बनाए रखती है, ट्रांज़ैक्शनों के बैच की पुष्टि करती है, और conflicts को हल करती है। 

sidechains और state channels के बीच अंतर इंटीग्रल तरीकों की संख्या है। सभी ट्रांज़ैक्शन public ledger पर रिकॉर्ड होते हैं और सभी प्रतिभागियों को दिखाई देते हैं। महत्वपूर्ण बात यह है कि sidechains में हुई breaches main chain को प्रभावित नहीं करतीं। 

Ethereum के लिए Plasma network sidechain Layer-2 समाधान का एक उदाहरण है। इसमें छोटे-छोटे blockchains होते हैं जो tree-like structure में जुड़े होते हैं। 

State Channels

State channels को blockchain के समग्र प्रदर्शन को सुगम बनाने के लिए लागू किया जाता है। ये blockchain और off-chain transactional channels के बीच द्विदिश संचार को भी बेहतर बनाते हैं। State channel को Layer-1 के nodes द्वारा validation की आवश्यकता नहीं होती; इसके बजाय यह multi-signature या smart contract mechanism का उपयोग करता है। पूर्ण किए गए ट्रांज़ैक्शन अंतर्निहित नेटवर्क पर रिकॉर्ड किए जाते हैं। 

State Channels के उदाहरण हैं Celer, Bitcoin Lightning, और Ethereum’s Lightning Network. इस तरीके की मुख्य समस्या यह है कि अधिक स्केलेबिलिटी हासिल करने के लिए state channels कुछ हद तक विकेंद्रीकरण खो देते हैं। 

Roll-Ups 

Roll-ups मुख्य blockchain के बाहर ट्रांज़ैक्शन ऑपरेशन करते हैं, लेकिन संबंधित डेटा Layer-1 पर पोस्ट करते हैं, जिससे मूल लेयर पर ट्रांज़ैक्शनों की सुरक्षा सुनिश्चित होती है। ऑफ-लेवल निष्पादन की बदौलत फीस कम हो जाती है। Smart contracts Layer-1 पर चलते हैं, लेकिन मुख्य blockchain के डेटा का उपयोग करके Layer 2 पर ट्रांज़ैक्शनों को निष्पादित करते हैं। Optimistic roll-ups होते हैं जो मानते हैं कि ट्रांज़ैक्शन डिफ़ॉल्ट रूप से सही हैं और केवल fraud-proof के माध्यम से challenge के रूप में computation चलाते हैं। Zero-knowledge roll-ups computation को off-chain चलाते हैं और validity proofs main chain को जमा करते हैं। 

Cartesi, Fuel Network, Optimism, और Boba Layer-2 blockchains हैं जो optimistic roll-ups का उपयोग करते हैं। Loopring, Immutable X, Starkware, और Polygon Hermez Layer-2 समाधान हैं जो zero-knowledge roll-ups का उपयोग करते हैं। 

Layer-2 समाधानों की समस्याएँ

Layer-2 crypto की मुख्य समस्या यह है कि यहाँ सुरक्षा खोने की संभावना कहीं अधिक होती है, इसलिए उपयोगकर्ता सुरक्षा के अपने रिकॉर्ड के कारण Bitcoin या Ethereum जैसे मजबूत प्रोजेक्ट पर अधिक आसानी से भरोसा करते हैं। लेकिन अब वे ट्रांज़ैक्शन की गति और लागत के कारण अधिक बार Layer-2 नेटवर्क की ओर रुख करेंगे। इसलिए विशेषज्ञों का मानना है कि Layer-2 का भविष्य लक्षित क्षेत्रों में है, जबकि बड़े ब्लॉकचेन अभी भी प्रभुत्व बनाए रखेंगे और सुरक्षा पर ध्यान देंगे। 

निष्कर्ष 

वैश्विक क्रिप्टो अपनाने की राह में स्केलेबिलिटी मुख्य बाधा है। समाधान ऐसे ब्लॉकचेन बनाना है जो स्केलेबिलिटी ट्राइलेमा से निपट सकें, और साथ ही मौजूदा नेटवर्क को बेहतर करके bottleneck से बचा जा सके। फिलहाल सभी संभावित समाधानों को Layer-1 और Layer-2 में विभाजित किया जा सकता है। Layer-1 बनाम Layer-2 समाधानों की तुलना करना कठिन है, क्योंकि दोनों के अपने फायदे और नुकसान हैं, हालांकि यह संभव है कि भविष्य दोनों के संयोजन में हो।