Škálovatelnost blockchainu

Základní struktura decentralizovaných sítí blockchainu v současnosti čelí jedinečné výzvě zvané Blockchain Trilemma: balancování mezi decentralizací, bezpečností a škálovatelností v blockchainové infrastruktuře.

Decentralizace blockchainu se týká smysluplného rozložení výpočetního výkonu a konsensu v celé síti. Zatímco zabezpečení odráží obranu blockchainového protokolu proti zlomyslným aktérům a kybernetickým útokům. Oba jsou považovány za nezbytné pro fungování blockchainové sítě.

Škálovatelnost označuje schopnost blockchainové sítě podporovat vysokou transakční propustnost a budoucí růst. Škálovatelnost je důležitá, protože představuje jediný způsob, jak mohou blockchainové sítě rozumně konkurovat centralizovaným platformám s rychlými časy vypořádání.

Běžně používané srovnání, které poukazuje na mezery ve škálovatelnosti, je, že bitcoin zpracovává 4–7 transakcí za sekundu (TPS). Na druhou stranu Visa zpracovává tisíce TPS. Aby mohla konkurovat těmto stávajícím systémům, musí technologie blockchainu odpovídat nebo překonat tuto vysokou úroveň škálovatelnosti.

Řešení škálování Layer-1 a Layer-2 byla zrozena, aby tyto problémy překonala.

Základní pojmy Vrstva 1 a Vrstva 2

Vrstva-1 (Layer 1) odkazuje na základní blockchain, jako je bitcoin, Ethereum.

Vrstva 2 (Layer 2) je překryvná síťová vrstva umístěná na základních blockchainech, jako je Lightning Network, Polygon..., kterou lze použít s blockchainem vrstvy 1.

Řešení rozšíření vrstvy 1

Řešení pro škálování vrstvy 1 vylepšují základní vrstvu samotného protokolu blockchain, aby se zlepšila škálovatelnost.

Takto funguje vrstva 1: Řešení vrstvy 1 přímo mění pravidla protokolu, aby zvýšila transakční kapacitu a rychlost, a zároveň pojala více uživatelů a dat.

Řešení škálování vrstvy 1 mohou zahrnovat požadavky, jako je zvýšení množství dat obsažených v každém bloku nebo zvýšení rychlosti potvrzování bloků, aby se zvýšila celková propustnost sítě.

Dvě populární řešení vrstvy 1 jsou:

• Změňte konsensuální protokol

• Sharding

Změňte konsensuální protokol

Proof of Work (PoW) je konsensuální protokol, který se v současnosti používá na populárních blockchainech, jako je bitcoin. Přestože je PoW bezpečný, je pomalý. To je důvod, proč mnoho nových blockchainů upřednostňuje mechanismus konsenzu Proof of Stake (PoS).

Namísto toho, aby těžaři museli řešit kryptografické algoritmy pomocí výpočetního výkonu jako v PoW, systémy PoS zpracovávají a ověřují nové bloky transakčních dat na základě účastníků vkládajících aktiva v síti hypotéky.

Ethereum 2.0 přejde na PoS, od kterého se očekává, že výrazně zvýší kapacitu sítě a zároveň zvýší decentralizaci a ochrání bezpečnost sítě.

Sharding

Sharding je mechanismus upravený z distribuovaných databází, který se stal jedním z nejoblíbenějších řešení škálování vrstvy 1.

Sdílení znamená rozdělení stavu celé blockchainové sítě do samostatných souborů dat nazývaných „střepy“. Tyto segmenty jsou současně paralelně zpracovávány sítí, což umožňuje provádět sekvenční práci na více transakcích.

Kromě toho je každý uzel přiřazen ke konkrétnímu fragmentu namísto udržování celé kopie blockchainu. Jednotlivé fragmenty poskytují důkaz hlavnímu řetězci a interagují spolu za účelem sdílení adres, zůstatků a společného stavu pomocí komunikačních protokolů mezi segmenty.

Ethereum 2.0 je špičkový blockchain protokol, který zkoumá úlomky spolu se Zilliqa, Tezos a Qtum.

Řešení rozšíření vrstvy 2

Vrstva-2 označuje síť nebo technologii, která funguje nad základním blockchainovým protokolem, aby zlepšila škálovatelnost a efektivitu blockchainu.

Řešení škálování vrstvy 2 znamená přesunutí části transakční zátěže protokolu blockchainu na sousední systémovou architekturu, která pak zpracovává a podává zprávy hlavnímu blockchainu. Díky tomu je blockchain základní vrstvy méně přetížený – a nakonec více škálovatelný.

Řešení vrstvy 2 zahrnují:

• Vnořený blockchain

• Státní kanál.

• Postranní řetězec.

Vnořené blockchainy

Vnořený blockchain je v podstatě blockchain uvnitř, nebo spíše na jiném blockchainu. Vnořená architektura blockchainu obvykle zahrnuje hlavní blockchain, který nastavuje parametry pro širší síť. Zatímco poprava probíhá na propojené pavučině sekundárních řetězců.

Na hlavním řetězci lze postavit více úrovní blockchainu, přičemž každá úroveň využívá spojení rodič-dítě. Nadřazené vlákno deleguje zpracování na podřízená vlákna a po dokončení vrátí výsledky nadřazenému vláknu. Základní blockchain se nepodílí na síťových funkcích sekundárního řetězce, pokud není nutné řešení sporů.

Distribuce práce podle tohoto modelu snižuje procesní zátěž hlavního řetězce a exponenciálně zlepšuje škálovatelnost. Projekt OMG Plasma je příkladem vnořené blockchainové infrastruktury vrstvy 2, která se používá nad protokolem Ethereum vrstvy 1 k usnadnění rychlejších a levnějších transakcí.

Státní kanál

Státní kanály usnadňují obousměrnou komunikaci mezi blockchainovými a mimořetězovými transakčními kanály a zlepšují celkovou transakční kapacitu a rychlost.

Stavový kanál nevyžaduje potvrzení síťovými uzly vrstvy 1. Místo toho se jedná o síťový zdroj, který je blokován pomocí mechanismu multisig nebo inteligentní smlouvy.

Když je transakce nebo série transakcí dokončena na státním kanálu, konečný „stav“ „kanálu“ a všechny jeho inherentní přechody jsou zaznamenány do základního blockchainu. Liquid network, Celer, Bitcoin Lightning a Ethereum's Raiden Network jsou příklady státních kanálů.

V rovnováze mezi trojicí Blockchain musí kanál obětovaného stavu obětovat určitý stupeň decentralizace, aby dosáhl větší škálovatelnosti.

Postranní řetězec

Sidechain je řetězec transakcí sousedících s blockchainem, který se často používá pro velké dávkové transakce. Postranní řetězce používají nezávislý mechanismus konsensu – tedy oddělený od původního řetězce –, který lze optimalizovat z hlediska rychlosti a škálovatelnosti.

U architektury sidechain je hlavní úlohou hlavního řetězce udržovat celkovou bezpečnost, potvrzovat záznamy transakcí v dávkách a řešit spory. Postranní řetězce se od stavových kanálů odlišují řadou integrovaných způsobů.

Za prvé, transakce postranního řetězce nejsou tajné, jsou veřejně evidovány v hlavní knize. Kromě toho narušení bezpečnosti postranního řetězce neovlivní hlavní řetězec ani jiné postranní řetězce. Nastavení sidechainu může vyžadovat značné úsilí, protože infrastruktura je často budována od nuly.

Výhody 2 řešení

Vrstva-1 nepotřebuje ke stávající architektuře nic přidávat.

Vrstva-2 se neplete se základním blockchainovým protokolem. Řešení na druhé vrstvě, jako jsou státní kanály a zejména Lightning Network, umožňují provádět více mikrotransakcí bez plýtvání časem ověřováním těžařů a placení zbytečných transakčních poplatků.

Problém existuje pro obě řešení

Řešení škálovatelnosti vrstvy 1 a vrstvy 2 má dva důležité problémy.

Za prvé, existují potíže s přidáváním těchto řešení do stávajících protokolů.

Ethereum i bitcoin mají tržní kapitalizaci miliardy dolarů. Každý den se obchoduje s miliony dolarů. To je důvod, proč nemá smysl přidávat zbytečný kód a komplikace k experimentování s těmito protokoly, experimentování se spoustou peněz.

Zadruhé, i když vytvoříte protokol od začátku, který tyto techniky zahrnuje, stále nemusí vyřešit dilema škálovatelnosti.

Termín „triáda škálovatelnosti“ vymyslel zakladatel Etherea Vitalik Buterin. To je kompromis, který musí blockchainové projekty udělat, když se rozhodují, jak optimalizovat svou architekturu, vyvážením následujících tří vlastností – decentralizace, zabezpečení a škálovatelnost.

Například: Bitcoin chce optimalizovat zabezpečení a decentralizaci, a proto musí slevit ze škálovatelnosti.

Řešení k vyřešení

Řešením je vytvořit protokol od nuly s těmito integrovanými řešeními. Navíc může také vyřešit dilema škálovatelnosti.

Vítěz Turingovy ceny Silvio Micali buduje projekt s názvem „Algorand“, který se přesně o to pokouší. Algorand používá konsensuální protokol nazývaný čistý důkaz o sázce (PPoS).

V PPoS:

• Vedoucí a vybraní ověřovatelé (SV) jsou vybráni z každého kroku byzantské dohody.

• Výpočetní náklady, kterým uživatel čelí, souvisí pouze s generováním a ověřováním podpisů a také s jednoduchými operacemi počítání.

• Cena nezávisí na počtu uživatelů vybraných pro každý blok. Toto číslo je konstantní a není ovlivněno velikostí celé sítě.

• Zvýšení výpočetního výkonu přímo zlepšuje výkon, díky čemuž je Algorand dokonale škálovatelný. To znamená, že jak se síť zvětšuje, bude si udržovat vysoké transakční rychlosti, aniž by vznikaly další náklady.

Uzavřít

Škálovatelnost je největším důvodem, který brání mainstreamovému přijetí kryptoměn. Abychom zajistili, že kryptoměny budou škálovatelné a dostatečně rychlé pro každodenní transakce, potřebujeme protokoly speciálně vytvořené pro řešení tohoto problému.

Řešení škálování vrstvy 1 a vrstvy 2 jsou dvě strany téže kryptoměnové mince. Jsou to strategie navržené tak, aby byly blockchainové sítě rychlejší a lépe reagující na rychle rostoucí uživatelskou základnu.

Tyto strategie se také vzájemně nevylučují. Mnoho blockchainových sítí zkoumá kombinaci škálovacích řešení vrstvy 1 a 2, aby dosáhli zvýšené škálovatelnosti, aniž by se obětovala bezpečnost nebo plná decentralizace.

Zdroj: Kompilováno (Gemini-Cryptopedia, Petro Wallace)