Lohkoketjujen kerrokset

article image

AVAINKOHDAT

  1. Lohkoketjuekosysteemi koostuu yleensä kerroksista (layers).
  2. Usean kerroksen käytön tavoitteena on mahdollistaa lohkoketjun turvallisuuden, skaalautuvuuden ja hajautuneisuuden samanaikainen toteutuminen.
  3. Kerrosrakenteita on useita erilaisia, ja niillä kaikilla on omat vahvuutensa ja haasteensa.

Johdanto: Mitkä kerrokset?

Lohkoketjuteknologia saattaa niihin ensi kertaa tutustuvalle olla hämmentävä kokemus. Mitä ovat layer-1 ja layer-2 ? Mitä ovat sovellukset? Layer-3? Jossakin puhutaan jopa layer-0:sta? Mitä ihmettä nämä kaikki ovat?

Aivan ensimmäisenä on hyödyllistä ottaa yksi askel taaksepäin, ja katsoa lohkoketjuja yhtenä informaatioteknologiana muiden joukossa. Lähes kaikille informaatioteknologioille on tyypillistä kerroksellinen rakenne. Tämä tarkoittaa yksinkertaisesti toteutusta, jossa tietoa käsitellään eri kerroksissa, ja käsitellystä tiedosta siirretään jonkinlainen lopputuote ylempään tai alempaan kerrokseen.

Toisena on hyvä tiedostaa, että kypsissä informaatioteknologioissa tämä kerroksellisuus usein lainkaan välity loppukäyttäjälle. Joka päivä käyttämämme “Internet” näyttää peruskäyttäjän silmään yhdeltä, koherentilta teknologialta. Todellisuudessa myös se koostuu useista päällekkäisistä teknologiakerroksista, jotka toimivat (pääosin) saumattomasti yhteen loppukäyttäjältä piilotettuina.

Kuva 1. Internetin kerrokset, OSI-malli. Lähde: Wikimedia Commons
Kuva 1. Internetin kerrokset, OSI-malli. Lähde: Wikimedia Commons

Kypsissä teknologioissa peruskäyttäjän ei siis juuri tarvitse vaivata päätään, tai edes olla tietoinen kaikista käyttäjäkokemuksen tuottamiseen osallistuvista teknologiakerroksista. Lohkoketjuteknologian ja sitä hyödyntävien kryptovaluuttojen erityispiirre (vielä tänä päivänä) on, että

  1. Teknologia on huomattavan nuorta ja vielä kehitysvaiheessa
  2. Krypto-tokenien likvidistä luonteesta johtuen niistä on tullut jo varhaisessa vaiheessa julkisen kaupankäynnin ja tämän vuoksi sijoittajien kiinnostuksen kohteita.

Näistä tekijöistä johtuen tekniset kysymykset, kuten kerroksellisuus, jotka kypsemmissä teknologioissa on tyypillisesti jo abstraktoitu loppukäyttäjältä piiloon, ovat lohkoketjuissa vahvasti huomion kohteena. Meillä ei ole vielä lopullisia vastauksia moniin lohkoketjuteknologian keskeisiin kysymyksiin. Vielä avoimia kysymyksiä ovat mm.

  1. Moneenko lohkoketjuun toiminta tulee lopulta keskittymään? Bitcoin-maksimalismin vision mukaan yhteen? Kenties kymmeneen? Cosmos-vision mukaan kenties tuhansiin?
  2. Missä tuotetaan lohkoketjujen käytön skaalautumiselle välttämätön riittävä läpimenokapasiteetti? Layer-1:ssa (Solanan visio)? Layer-2:ssa? (Ethereum roll-up-visio)? Layer-0:ssa? (Cosmoksen visio)
  3. Kuinka paljon hajautuneisuutta on riittävästi? Pitäisikö verkon ylläpitoon osallistumisen onnistua keneltä tahansa (Bitcoinin visio) vai pienemmältä joukolta ammattimaisia toimijoita (Solanan visio)?

Avoimet kysymykset, ja erityisesti niihin tarjolla olevat vastausvaihtoehdot, voivat tuntua lohkoketjuihin vasta tutustuvasta ylivoimaisilta. Sijoittajan näkökulmasta on kuitenkin syytä pitää mielessä, että varhaisen vaiheen teknologiasijoittamisen tuottopotentiaali liittyy vahvasti juuri nykyhetkessä vallitsevaan epävarmuuteen. Mikäli lohkoketjuteknologia tulevaisuudessa on vakiinnuttanut paikkansa uudenlaisen luottamusinfrastruktuurin pohjana, ja myös sen sisällä lopulliset teknologiaratkaisut on selvitetty, tulee tämä selkeys luultavasti näkymään myös voittavien teknologioiden markkina-arvostuksissa.

Layer-1: Lohkoketjun ydin

Kaiken lohkoketjuteknologian ytimessä on sen Layer-1. Layer-1 on kerros, jossa lohkoketjun transaktiot validoidaan ja niistä tulee lopullisia. Layer-1 on siis lohkoketjun totuuden lähde, jaettu tilikirja, joka kertoo kaiken mitä lohkoketjussa on sen historian aikana tapahtunut ja mikä sen tila tällä hetkellä on. Suurimpia layer-1 lohkoketjuja ovat mm. Bitcoin, Ethereum ja Solana.

Periaatteessa lohkoketju ei välttämättä tarvitse muita kerroksia kuin Layer-1. Erityisesti Bitcoin-lohkoketjua käytetään laajalti pelkän Layer-1:en kautta. Layer-1 sisältää usein kuitenkin joitakin haasteita:

1. Käyttämisen vaikeus

Mikäli lohkoketjua käytetään kirjoittamalla transaktiot suoraan Layer-1:een, vaatii yksinkertaista siirtoa monimutkaisempien transaktioiden tekeminen käyttäjältä melko paljon teknisiä valmiuksia. Bitcoinin käyttö perustuu pitkälti vain siirtoihin, mutta ns. älysopimus-alustat mahdollistaisivat riittävällä osaamisella huomattavasti kompleksisemmatkin transaktiot.

2. Skaalautuvuus

Erityisesti lohkoketjujen, joissa on priorisoitu hajautuneisuutta, hyödyntämisen pullonkaulaksi muodostuu usein niiden rajallinen transaktiokapasiteetti. Lohkoketjun, jonka koko transaktiohistoria on tarkoitus mahtua peruskäyttäjän kovalevylle (Ethereum-lohkoketjun koko oli syyskuussa 2023 noin 1 200 gigatavua), transaktioiden määrä on väistämättä rajoitettu. Esimerkiksi Ethereum-lohkoketju kykenee käsittelemään vain noin 15 transaktioita sekunnissa. Tämä tarkoittaa, että transaktioista tulee väistämättä hitaita ja/tai kalliita, mikä rajoittaa lohkoketjun skaalautuvuutta eri käyttötarkoituksiin.

Mikäli taas Layer-1 kapasiteettia kasvatetaan, harvemmalla taholla on edellytyksiä osallistua verkon tapahtumien validointiin, mikä heikentää verkon hajautuneisuutta. Suurimmista lohkoketjuista Ethereumia pidetään tyyppiesimerkkinä hajautuneisuuden priorisoinnista skaalautumisen edelle, kun taas Solanan katsotaan priorisoivan skaalautuvuutta yli hajautuneisuuden.

Kuva 2. Lohkoketjun trilemma. Trilemmalla kuvataan sitä, että kunkin ominaisuuden vaatimukset ovat osin ristiriitaisia toistensa kanssa, ja siksi lohkoketjun designissa joudutaan valitsemaan kuinka paljon niistä kutakin priorisoidaan.
Kuva 2. Lohkoketjun trilemma. Trilemmalla kuvataan sitä, että kunkin ominaisuuden vaatimukset ovat osin ristiriitaisia toistensa kanssa, ja siksi lohkoketjun designissa joudutaan valitsemaan kuinka paljon niistä kutakin priorisoidaan.

3. Kankeus ja yhteensopimattomuus

Yhden ainoan layer-1 käyttäminen kaikkiin mahdollisiin käyttötapauksiin saattaa olla hankalaa, mikäli käyttötapausten tarpeet poikkeavat dramaattisesti toisistaan. Toisaalta erillisten, spesifeihin käyttötapauksiin räätälöityjen lohkoketjujen käyttöä rajoittaa se, että layer-1 lohkoketjut eivät tyypillisesti ole yhteensopivia keskenään.

Yksinkertaistaen voidaan sanoa, että näitä layer-1 haasteita ratkomaan ovat kehittyneet muut lohkoketju-layerit.

Käyttötapaukset: Sovelluskerros (Layer-3)

Layer-3:lla tarkoitetaan sovelluksia, jotka kirjoittavat niissä tapahtuneet transaktiot layer-1:een. Karkeasti layer-3:a voi ajatella lohkoketjun “käyttöliittymänä”, jonka kautta on huomattavasti helpompaa tehdä monimutkaisempia transaktiota kuin kirjoittamalla niitä suoraan layer-1:een. Tyypillinen esimerkki tällaisesta layer-3:sta on hajautettu kryptopörssi Uniswap-protokolla, jonka avulla käyttäjät voivat käydä keskenään kauppaa kryptotokeneilla, ilman keskittynyttä vastapuolta tai välittäjää.

Tulevaisuudessa voimme odottaa näkevämme myös layer-4 sovelluksia, jotka hyödyntävät layer-3 tason sovelluksia infrastruktuurinaan. Tällainen voisi olla esimerkiksi online-tietokonepeli, jossa ansaittavia tokeneita olisi mahdollista Uniswapin avulla vaihtaa muihin tokeneihin.

Periaatteessa layer-3:sta voi käyttää suoraan layer-1 kanssa. Esimerkiksi Uniswapia on täysin mahdollista käyttää suoraan layer-1 Ethereumin kanssa. Lohkoketjun käyttöasteen noustessa rajoittavaksi tekijäksi usein muodostuu transaktiomaksujen nouseminen niin ylös, että vähemmän arvokkaiden transaktioiden toteuttamisesta tulee liian kallista. Tämä puolestaan luo tarpeen seuraavalle kerrokselle, eli layer-1 kapasiteettia layer-3:den käyttöön skaalaavalle layer-2:lle.

Kapasiteetti: Skaalauskerros (Layer-2)

Layer-2 lohkoketjut pyrkivät ratkomaan layer-1 tyypillistä “lohkoketjun trilemmaa” , eli riittävän hajautuneisuuden ja riittävän transaktiokapasiteetin saavuttamista, tinkimättä turvallisuudesta.

Niiden idea on, että joka ikistä transaktiota ei kirjoiteta suoraan layer-1 lohkoketjuun, jossa se vie layer-1 niukkaa lohkotilaa ja aiheuttaa transaktion tekijälle kustannuksia. Sen sijaan yksittäisistä transaktioista luodaan suurempia “nippuja” (roll-up), jotka viedään yhtenä transaktiona layer-1 lohkoketjuun. Hieman leikkisästi layer-2:ta onkin kutsuttu lohkoketjun “kimppatilauksiksi”, joissa transaktiokustannukset jakautuvat kaikkien osallistuvien kesken. Layer-1 Ethereumiin verrattuna layer-2 ratkaisuilla voidaankin saavuttaa kymmeniä, jopa satoja kertoja suurempia transaktiokapasiteetti.

Kuva 3. Sovellusten käyttäminen ilman layer-2 ratkaisuja ja niiden kanssa.
Kuva 3. Sovellusten käyttäminen ilman layer-2 ratkaisuja ja niiden kanssa.

Yhteensopivuus: Layer-0

Layer-1 ja layer-2-mallien pohjalla on yksi monoliittinen layer-1, jonka kapasiteettia skaalataan joko suoraan layer-1:ssa, tai sen päälle rakennettuilla layer-2-ratkaisuilla. Layer 0-lohkoketjuissa tämä malli käännetään kokonaan päälaelleen. Layer-0 perustuu ajatukseen, että lohkoketjuekosysteemin ei tulisi perustua yhteen ketjuun, vaan ketjuja tulisi olla useita. Jopa jokaisella sovelluksella voi olla oma lohkoketjunsa, mikä voi tarkoittaa tuhansia lohkoketjuja.

Etuina tällaisessa mallissa on, että kukin lohkoketju ominaisuuksineen on voitu räätälöidä suoraan sitä käyttävän sovelluksen tarpeeseen. Tämä on päinvastoin kuin Ethereumissa, jossa sovellukset joutuvat sopeutumaan Ethereum-lohkoketjun ominaisuuksiin. Omassa lohkoketjussaan toimiva sovellus ei myöskään joudu maksamaan Ethreumille “vuokraa” käyttämästään layer-1 lohkotilasta.

Layer-0 lohkoketjut perustuvat tällaiseen useiden sovelluskohtaisten lohkoketjujen visioon. Niiden tarkoituksena on toimia alustana, jonka päälle sovelluskohtaisia lohkoketjuja on helppo rakentaa, ja jonka kautta sovelluskohtaiset ketjut voivat toimia sujuvasti ja turvallisesti yhteen.

Kuva 4. Layer-0 lohkoketjuekosysteemin kerrokset.
Kuva 4. Layer-0 lohkoketjuekosysteemin kerrokset.

Yhteenveto

Tässä artikkelissa on kuvattu lyhyesti, mitkä ovat layereiden 0, 1, 2 ja 3 idea ja käyttötarkoitukset. Kunkin kerroksen perusteellinen tarkastelu ansaitsisi helposti oman artikkelinsa.

Lopuksi voidaan kuitenkin palata artikkelin alussa esitettyyn ajatukseen siitä, että lohkoketjujen lopulliset voittavat arkkitehtuurit eivät ole vielä täysin selvillä. Kussakin ratkaisussa on omat vahvuutensa ja haasteensa, ja voittajien tulee tarjota paitsi teoreettisesti elegantti ratkaisu, myös niitä ominaisuuksia joita vapaat markkinat käytännössä eniten arvostavat.

Kuva 5. Eri lohkoketjujen keskeisiä piirteitä.
Kuva 5. Eri lohkoketjujen keskeisiä piirteitä.

Tällä hetkellä (syyskuu 2023) Ethereumin malli, jossa Ethereum layer-1:ta skaalataan layer-2 ratkaisuilla, hallitsee selvästi kryptomarkkinaa. Toisaalta Solanan malli, jossa layer-1 on kapasiteetti on hajautuneisuudesta tinkien rakennettu niin korkeaksi, että layer-2:ta ei tarvittaisi, on vasta muutaman vuoden vanha, ja sen täysin potentiaali lienee vielä edessä päin. Layer-0 malli, jota edustavat mm. Cosmos ja Polkadot, näyttää tällä hetkellä hieman jääneen jälkeen kahdesta edellisestä, mutta sitäkään ei voida missään tapauksessa sulkea pois lohkoketjujen kilpailussa.

Kvarn Learning-materiaalin sisältämä aineisto on tuotettu ainoastaan markkinointiviestinnän tarkoitukseen. Mitään Kvarn Learning-materiaalin kautta välitettävää informaatiota ei tule käsittää tarjouksena tai kehotuksena tehdä mitään osto- tai myyntipäätöksiä eikä muuksi kehotukseksi sijoitustoimenpiteisiin mistään sijoituskohteesta. Learning-materiaalin kopiointi tai sen sisällön lainaaminen ilman Kvarnin antamaa nimenomaista hyväksyntää on kielletty. Learning-materiaalissa esitetyt tiedot koskevat materiaalin kirjoittamisaikaan vallinnutta tilannetta, ja tiedot voivat tai ovat voineet muuttua. Kvarn Capital Oy ei takaa Learning-materiaaliin sisältyvän tai Learning-materiaalissa viitatun tiedon oikeellisuutta tai täydellisyyttä.