souhrn

Počet transakcí, které může blockchain zpracovat za sekundu, je omezen. Například bitcoinová síť zvládne přibližně sedm transakcí za sekundu. Poté, co bude technologie blockchain široce přijata, se možnosti a rychlost zpracování dat výrazně zlepší a nárůst počtu uživatelů nezpomalí síť ani nezvýší náklady. Základní principy návrhu mnoha decentralizovaných sítí se však zaměřují na zlepšení škálovatelnosti, často na úkor decentralizace nebo bezpečnosti. Jedná se o takzvané „blockchainové trilema“. Vývojáři experimentují s různými mechanismy konsenzu a také s řešeními škálovatelnosti, jako je sharding, postranní řetězce a státní kanály, v naději, že tento problém vyřeší.

Úvod

Stručně řečeno, blockchain je distribuovaná digitální databáze. Datové bloky jsou uspořádány v chronologickém pořadí. Bloky jsou propojeny pomocí kryptografických nátisků a zabezpečeny. Tato technologie, implementovaná napříč průmyslovými odvětvími, již mění způsob, jakým pracujeme a žijeme.

Myšlenka je taková, že s příchodem bezpečných, decentralizovaných blockchainů mohou lidé udržet svět v chodu, aniž by se spoléhali na sítě nebo trhy třetích stran. Odborníci se však obecně domnívají, že má-li být tato technologie popularizována ve velkém měřítku, musí být nejprve vyřešen základní problém, a to velmi diskutovaný problém „blockchain ternárního paradoxu“.

Termín zpopularizoval spoluzakladatel Etherea Vitalik Buterin. Abyste pochopili tento koncept, musíte nejprve znát tři hlavní prvky blockchainu: decentralizace, bezpečnost a škálovatelnost. Pojem „Blockchain Trilemma“ odkazuje na obtížnost blockchainu při dosahování optimální úrovně těchto tří atributů současně. Zvýšení jednoho atributu často vede ke snížení jiného atributu.

Tento článek prostuduje tři hlavní prvky trilematu a jeden po druhém je podrobně vysvětlí. Hluboká diskuse o každém prvku a o tom, jak se vzájemně kombinuje, pomůže prohloubit naše pochopení toho, jak a proč existuje trilema blockchainu. Tento článek také upozorní na několik řešení navržených vývojáři.

Co je decentralizace?

Bitcoin, stejně jako jiné podobné blockchainové sítě, je decentralizovaný designem. Celková architektura tohoto typu sítě není řízena jednotlivcem ani jednou organizací, ale je decentralizovaná. Úroveň sítě je otevřená všem účastníkům. V důsledku toho je kontrola zcela decentralizovaná, nikoli v rukou jediného subjektu. Všichni mají přístup ke stejným datům. Pokud se někdo pokusí ošidit systém zásahem do záznamů podle své vlastní vůle, ostatní účastníci mohou chybná data odmítnout.

Tato operace je poměrně technická, vezměme si bitcoinovou síť jako příklad, která nezahrnuje kontrolu třetí stranou. Porovnáváme to se spoléháním se na banky ve finančním systému. Banky posilují důvěru mezi stranami transakcí a zajišťují řádné vedení všech záznamů. Bitcoinový blockchain však sdílí data se všemi v síti, aby bylo zajištěno, že data budou ověřena před přidáním do digitální databáze. Výsledkem je systém, který nevyžaduje zásah třetí strany.

Decentralizace poskytuje možnost pro tzv. Web3. Náš současný internet je ve fázi Web2. Webové stránky a aplikace ve Web2 jsou řízeny velkými společnostmi, ale uživatelé vytvářejí obsah. Web3 je dalším vývojovým trendem. Na internetu Web3 lidé ovládají svá vlastní data a online život pomocí decentralizované technologie blockchain.​

Jedna věc, kterou je třeba poznamenat, je, že způsob, jakým tyto distribuované systémy fungují, vyžaduje, aby se velký počet účastníků dohodl na platnosti všech dat, což vyžaduje sdílení a zpracování informací, což má za následek pomalejší transakční časy. Proto se blockchain potřebuje škálovat, tj. být schopen zpracovávat více dat vyšší rychlostí. Budeme v tom pokračovat, až budeme diskutovat o škálovatelnosti.

Navíc, aby bylo dosaženo decentralizace, musí být nejprve zajištěna bezpečnost základního blockchainu. Pokud blockchain postrádá zabezpečení, zločinci budou mít možnost manipulovat s daty. To vede k druhé části trilematu: bezpečnost.

Co je zabezpečení blockchainu?

Bez ohledu na to, jak decentralizovaný je blockchain, nepomůže, pokud postrádá zabezpečení. Robustní blockchain síť musí být odolná vůči útokům škodlivých subjektů. Centralizované systémy jsou uzavřeny, čímž je zajištěna bezpečnost. Správce může zajistit, aby data nebyla narušena. Jak ale dosáhnout bezpečnosti v decentralizovaném systému, kde se může zúčastnit každý?

Toto je složité téma. Vraťme se jako příklad k bitcoinu a jeho decentralizovanému zabezpečení blockchainu. Bitcoin blockchain využívá kombinaci kryptografie a mechanismu síťového konsenzu zvaného Proof of Work (PoW). Z kryptografického hlediska má každý blok digitální podpis neboli „hash“. Jakákoli úprava změní hash bloku, takže každý blok dat je připojen způsobem, který nelze zfalšovat. Každý pokus o změnu dat je rychle rozpoznán zbytkem sítě.

Svou roli v tom hraje i mechanismus proof-of-work konsenzu, který efektivně zajišťuje bezpečnost účetní knihy kryptoměn. Pochopení Proof-of-Work je samo o sobě velký problém, ale pro účely tohoto článku si pamatujte, že členové sítě mohou nové transakce ověřovat a přidávat je do účetní knihy pouze prostřednictvím činnosti „těžby“. To zahrnuje využití výpočetního výkonu k řešení obtížných matematických problémů. Proces výpočtu vyžaduje, aby tyto počítače prováděly velké množství hašovacích funkcí. I když je mechanismus proof-of-work bezpečný, je relativně pomalý, což vyvolává problémy se škálovatelností.

Všimněte si také, že čím více účastníků (uzlů) v síti, tím je síť bezpečnější. Čím větší je počet účastníků, tím těžší je pro špatné hráče získat kontrolu nad systémem. Jedná se o takzvaný „51% útok“. Obecným významem tohoto konceptu je, že pokud jediný subjekt (nebo skupina zločinců) kontroluje více než 50 % hash rate celé blockchainové sítě, může libovolně zvrátit konsenzus a manipulovat s daty v řetězci, např. jako žetony dvojité útraty.​

Stručně řečeno, bezpečnost je základem úspěchu blockchainu. Bez zabezpečení a útočníků, kteří převezmou kontrolu podle libosti, je blockchain bezcenný.

Co je škálovatelnost?

Škálovatelnost odkazuje na cíl vybudovat blockchain ke zvýšení rychlosti transakcí za sekundu. Pokud má technologie blockchain sloužit širší společnosti nebo miliardám uživatelů, je expanze nezbytná. To je však něco, s čím mnoho blockchainů stále bojuje.​

Důvodem je, že decentralizace a bezpečnost jsou základními problémy blockchainu, a proto jim vždy věnujeme prioritní pozornost. Decentralizace je jádrem filozofie a cílů blockchainu. Většina známých blockchainů se drží tohoto jádra. Jak již bylo zmíněno výše, bezpečnost je základním požadavkem pro úspěch a hodnotu blockchainu.

Upřednostnění decentralizace a zabezpečení však činí škálovatelnost výzvou. Počet transakcí, které může jeden řetězec zpracovat, je značně omezený. Centralizované platební systémy jako Visa tvrdí, že jsou schopny zpracovat 24 000 transakcí za sekundu, protože síť je uzavřená a není ovlivněna veřejnými uzly a konsensem. Pojďme porovnat různé známé blockchainy.

Podle agentury Bloomberg v roce 2022: „V září se bitcoin snažil zpracovat více než 7 transakcí za sekundu, zatímco druhá nejoblíbenější síť Ethereum byla omezena na přibližně 15 transakcí za sekundu Ve srovnání s tradičními obchodními platformami je to prostě tak pomalé že člověk pochybuje o životě."

Jak již bylo zmíněno dříve, transakční rychlosti na těchto blockchainech jsou omezené kvůli způsobu, jakým musí účastníci v decentralizované síti zpracovávat informace, a také kvůli povaze samotného mechanismu konsenzu proof-of-work. Pokud ve společnosti začne technologii blockchain využívat stále více lidí, bude kapacita sítě pro zpracování transakcí omezena, což povede k zahlcení sítě.

Proč existuje ternární paradox blockchainu?

Nejviditelnějším a nejzákladnějším řešením výše uvedeného problému je rozšíření sítě a zvýšení rychlosti snížením počtu účastníků potvrzujících a přidávání síťových dat. To však snižuje decentralizaci a svěřuje kontrolu do rukou několika účastníků. Méně účastníků znamená zvýšené šance na napadení, což může také vést ke slabšímu zabezpečení.

Vzniká tak trilema: v základním návrhu principu fungování blockchainu jsou dva nezbytné atributy decentralizace a bezpečnost úzce propojeny, což ztěžuje dosažení škálovatelnosti. Ti tři jsou ve stavu přílivu a odlivu. Jak můžeme zlepšit škálovatelnost, aniž bychom ohrozili decentralizaci, bezpečnost nebo obojí?

Řešení blockchainového trilematu

Na trilema neexistuje žádné univerzální řešení. Vzhledem k důležitosti řešení tohoto problému komunita přišla s řadou různých řešení se slibnými výsledky. Pojďme nastínit hlavní trendy, abychom každému poskytli představu o nejnovějším vývoji v této oblasti.

1. Stříhání

Takto je blockchain nebo jiný typ databáze rozdělen na menší části blockchainu pro správu konkrétních segmentů dat. Toto nastavení uvolňuje tlak na jediný řetězec, který zvládá všechny síťové transakce a interakce. Každý oddíl blockchainu se nazývá „shard“ a má svou specifickou účetní knihu. Tyto fragmenty pak mohou zpracovávat transakce samy o sobě, ale řetězec majáku nebo hlavní řetězec řídí interakce mezi fragmenty. Toto je změna blockchainového mainnetu, takže sharding se stává upgradem škálovatelnosti pro sítě vrstvy 1.

2. Různé mechanismy konsenzu

Jedním z důvodů, proč v bitcoinové síti existuje ternární paradox, je způsob, jakým funguje proof-of-work pro zajištění bezpečnosti. K dosažení bezpečnosti systému jsou nezbytné těžaři, kryptoměnové algoritmy a obrovský decentralizovaný výpočetní výkon, ale také vedou k pomalému systému. Hledání jiných způsobů, jak zajistit konsensus, je také způsob, jak vyřešit trilema. To je jeden z důvodů, proč Ethereum přešlo z Proof-of-Work na Proof-of-Stake (PoS).

V blockchainu typu proof-of-stake musí účastníci vsadit (zamknout) své tokeny, aby se mohli zúčastnit ověřování transakcí, ale vysoce specializované těžební stroje nejsou vyžadovány. Je jednodušší a pohodlnější přidat do sítě více validátorů. Mechanismy konsenzu „proof-of-stake“ jsou jen jedním z mnoha způsobů, jak řešit škálovatelnost.

3. Řešení vrstvy 2

Sdílení a různé mechanismy konsenzu jsou takzvaná řešení vrstvy 1, jejichž cílem je změnit základní návrh základní sítě. Jiní vývojáři se však ve snaze vyřešit problém trilematu snaží vybudovat řešení nad stávající síťové struktury. Jinými slovy, věří, že řešení spočívá v síti na vrstvě 2 nebo „vrstvě 2“. Mezi relevantní příklady patří postranní řetězce a stavové kanály.

Postranní řetězce jsou v podstatě nezávislé blockchainy spojené s hlavním řetězcem. Díky tomuto nastavení mohou aktiva volně proudit mezi dvěma řetězci. Důležité je, že postranní řetězce mohou fungovat podle různých pravidel, aby bylo dosaženo zrychlení a škálovatelnosti. Podobně jsou stavové kanály dalším způsobem, jak uvolnit vrstvu 1 odstraněním transakcí z hlavního řetězce. Namísto použití samostatného řetězce státní kanály používají chytré smlouvy, které uživatelům umožňují vzájemnou interakci bez publikování transakcí na blockchainu. Blockchain potřebuje pouze zaznamenat začátek a konec kanálu.

Shrnout

Blockchainové trilema brání potenciálu blockchainové technologie pomoci změnit svět. Pokud blockchainová síť dokáže zpracovat pouze malý počet transakcí za sekundu, aby zůstala decentralizovaná a bezpečná, bude obtížné dosáhnout masového přijetí. Nicméně soudě podle nejnovějších řešení navržených vývojáři k vyřešení tohoto problému mohou blockchainové sítě doufat, že v budoucnu dosáhnou skoku ve schopnostech zpracování dat, pokud budou pokračovat v pokroku současného technologického pokroku.