Blokķēdes mērogojamība

Blokķēdes decentralizēto tīklu pamatā esošā struktūra pašlaik saskaras ar unikālu izaicinājumu, ko sauc par Blockchain Trilemma: līdzsvara darbību starp decentralizāciju, drošību un mērogojamību blokķēdes infrastruktūrā.

Blokķēdes decentralizācija attiecas uz jēgpilnu skaitļošanas jaudas sadalījumu un vienprātību visā tīklā. Lai gan drošība atspoguļo blokķēdes protokola aizsardzību pret ļaunprātīgiem dalībniekiem un kiberuzbrukumiem. Abi tiek uzskatīti par neaizstājamiem blokķēdes tīkla darbībai.

Mērogojamība attiecas uz blokķēdes tīkla spēju atbalstīt augstu darījumu caurlaidspēju un turpmāko izaugsmi. Mērogojamība ir svarīga, jo tā ir vienīgais veids, kā blokķēdes tīkli var saprātīgi konkurēt ar centralizētām platformām ar ātru norēķinu laiku.

Parasti izmantotais salīdzinājums, lai norādītu uz mērogojamības nepilnībām, ir tāds, ka Bitcoin apstrādā 4–7 darījumus sekundē (TPS). No otras puses, Visa apstrādā tūkstošiem TPS. Lai konkurētu ar šīm esošajām sistēmām, blokķēdes tehnoloģijai ir jāatbilst vai jāpārspēj šis augstais mērogojamības līmenis.

Slāņa 1 un 2. slāņa mērogošanas risinājumi tika radīti, lai pārvarētu šīs problēmas.

1. un 2. slāņa pamatjēdzieni

Layer-1 (Layer 1) attiecas uz pamatā esošu blokķēdi, piemēram, Bitcoin, Ethereum.

2. slānis (2. slānis) ir pārklājuma tīkla slānis virs platformas blokķēdēm, piemēram, Lightning Network, Polygon..., ko var izmantot ar 1. slāņa blokķēdi.

Layer-1 pagarinājuma risinājums

1. slāņa mērogošanas risinājumi uzlabo paša blokķēdes protokola bāzes slāni, lai uzlabotu mērogojamību.

Lūk, kā darbojas slānis-1: Layer-1 risinājumi tieši maina protokola noteikumus, lai palielinātu transakciju jaudu un ātrumu, vienlaikus uzņemot vairāk lietotāju un datu.

1. slāņa mērogošanas risinājumi var ietvert prasības, piemēram, katrā blokā ietverto datu apjoma palielināšanu vai bloku apstiprināšanas ātruma palielināšanu, lai palielinātu kopējo tīkla caurlaidspēju.

Divi populāri pirmā slāņa risinājumi ir:

• Mainiet vienprātības protokolu

• Sadalīšana

Mainiet vienprātības protokolu

Darba apliecinājums (PoW) ir konsensa protokols, ko pašlaik izmanto tādās populārās blokķēdes kā Bitcoin. Lai gan PoW ir drošs, tas ir lēns. Tāpēc daudzas jaunas blokķēdes atbalsta Proof of Stake (PoS) vienprātības mehānismu.

Tā vietā, lai pieprasītu kalnračiem atrisināt kriptogrāfijas algoritmus, izmantojot skaitļošanas jaudu, kā tas ir PoW, PoS sistēmas apstrādā un apstiprina jaunus darījumu datu blokus, pamatojoties uz dalībniekiem, kuri iegulda līdzekļus tīklā hipotēku.

Ethereum 2.0 pāriet uz PoS, kas, domājams, ievērojami palielinās tīkla jaudu, vienlaikus palielinot decentralizāciju un aizsargājot tīkla drošību.

Sadalīšana

Sharding ir mehānisms, kas pielāgots no izplatītām datu bāzēm, kas ir kļuvis par vienu no populārākajiem 1. slāņa mērogošanas risinājumiem.

Dalīšana ietver visa blokķēdes tīkla stāvokļa sadalīšanu atsevišķās datu kopās, ko sauc par “shards”. Šos segmentus tīkls vienlaikus apstrādā paralēli, ļaujot veikt secīgu darbu pie vairākiem darījumiem.

Turklāt katrs mezgls tiek piešķirts noteiktai fragmentam, nevis tiek uzturēta visa blokķēdes kopija. Atsevišķas shards nodrošina pierādījumus galvenajai ķēdei un mijiedarbojas savā starpā, lai koplietotu adreses, atlikumus un kopējo stāvokli, izmantojot savstarpējos sakaru protokolus.

Ethereum 2.0 ir augstākās klases blokķēdes protokols, kas pēta fragmentus, kā arī Zilliqa, Tezos un Qtum.

Layer-2 paplašināšanas risinājums

2. slānis attiecas uz tīklu vai tehnoloģiju, kas darbojas uz pamata blokķēdes protokola, lai uzlabotu blokķēdes mērogojamību un efektivitāti.

2. slāņa mērogošanas risinājums nozīmē, ka daļa blokķēdes protokola darījumu sloga tiek pārvietota uz blakus esošās sistēmas arhitektūru, kas pēc tam apstrādā un ziņo galvenajai blokķēdei. Tādējādi bāzes slāņa blokķēde ir mazāk pārslogota un galu galā vairāk mērogojama.

2. slāņa risinājumi ietver:

• Ligzdota blokķēde

• Valsts kanāls.

• Sānu ķēde.

Ligzdotas blokķēdes

Ligzdota blokķēde būtībā ir blokķēde, kas atrodas citā blokķēdē vai drīzāk citā blokķēdē. Nested blockchain arhitektūra parasti ietver galveno blokķēdi, kas nosaka parametrus plašākam tīklam. Kamēr izpilde notiek savstarpēji savienotā sekundāro ķēžu tīklā.

Virs galvenās ķēdes var izveidot vairākus blokķēdes līmeņus, katrā līmenī izmantojot vecāku un bērnu savienojumu. Vecākā pavediens deleģē apstrādi pakārtotajiem pavedieniem un pēc pabeigšanas atgriež rezultātus vecākajam pavedienam. Pamatā esošā blokķēde nepiedalās sekundārās ķēdes tīkla funkcijās, ja vien nav nepieciešama strīdu izšķiršana.

Darba sadale saskaņā ar šo modeli samazina apstrādes slogu galvenajai ķēdei, lai eksponenciāli uzlabotu mērogojamību. Projekts OMG Plasma ir 2. slāņa ligzdotas blokķēdes infrastruktūras piemērs, ko izmanto papildus 1. slāņa Ethereum protokolam, lai atvieglotu ātrākus un lētākus darījumus.

Valsts kanāls

Stāvokļa kanāli atvieglo divvirzienu saziņu starp blokķēdes un ārpusķēdes darījumu kanāliem un uzlabo kopējo darījumu jaudu un ātrumu.

Stāvokļa kanālam nav nepieciešams 1. slāņa tīkla mezglu apstiprinājums. Tā vietā tas ir tīklam blakus esošais resurss, kas tiek bloķēts, izmantojot multisig mehānismu vai viedo līgumu.

Kad darījums vai darījumu sērija tiek pabeigta stāvokļa kanālā, “kanāla” galīgais “stāvoklis” un visas tam raksturīgās pārejas tiek reģistrētas pamatā esošajā blokķēdē. Šķidrais tīkls, Celer, Bitcoin Lightning un Ethereum Raiden tīkls ir štata kanālu piemēri.

Līdzsvarā starp Blockchain trio upurēšanas stāvokļa kanālam ir jāupurē zināma decentralizācijas pakāpe, lai panāktu lielāku mērogojamību.

Sānu ķēde

Sānu ķēde ir darījumu ķēde, kas atrodas blakus blokķēdei, ko bieži izmanto lielu pakešu darījumiem. Sānu ķēdēs tiek izmantots neatkarīgs vienprātības mehānisms — tas ir, atsevišķi no sākotnējās ķēdes —, ko var optimizēt ātrumam un mērogojamībai.

Izmantojot sānu ķēdes arhitektūru, galvenās ķēdes galvenais uzdevums ir uzturēt vispārējo drošību, apstiprināt darījumu ierakstus pa partijām un atrisināt strīdus. Sānu ķēdes tiek atšķirtas no stāvokļa kanāliem vairākos integrētos veidos.

Pirmkārt, sānu ķēdes darījumi nav slepeni, tie tiek publiski reģistrēti virsgrāmatā. Turklāt sānu ķēdes drošības pārkāpums neietekmē galveno ķēdi vai citas sānu ķēdes. Sānu ķēdes iestatīšana var prasīt ievērojamas pūles, jo infrastruktūra bieži tiek veidota no nulles.

2 risinājumu priekšrocības

Layer-1 nav jāpievieno nekas papildus esošajai arhitektūrai.

Layer-2 nesajaucas ar pamatā esošo blokķēdes protokolu. Layer-2 risinājumi, piemēram, valsts kanāli un jo īpaši Lightning Network, lai padarītu iespējamus vairākus mikrotransakcijas, netērējot laiku kalnraču pārbaudei un nevajadzīgu darījumu maksu.

Problēma pastāv abiem risinājumiem

Ir divas svarīgas problēmas ar 1. un 2. slāņa mērogojamības risinājumiem.

Pirmkārt, pastāv grūtības pievienot šos risinājumus esošajiem protokoliem.

Gan Ethereum, gan Bitcoin tirgus kapitalizācija ir miljardu dolāru. Katru dienu tiek tirgoti miljoniem dolāru. Tāpēc nav jēgas pievienot nevajadzīgu kodu un sarežģījumus, eksperimentējot ar šiem protokoliem, eksperimentējot ar lielu naudu.

Otrkārt, pat ja izveidojat protokolu no jauna, kas ietver šīs metodes, tās joprojām var neatrisināt mērogojamības dilemmu.

Terminu “mērogojamības triāde” izdomāja Ethereum dibinātājs Vitaliks Buterins. Tas ir kompromiss, kas blokķēdes projektiem ir jāizdara, lemjot par to, kā optimizēt savu arhitektūru, līdzsvarojot šādas trīs īpašības — decentralizāciju, drošību un mērogojamību.

Piemēram: Bitcoin vēlas optimizēt drošību un decentralizāciju, tāpēc viņiem ir jāpieņem kompromisi attiecībā uz mērogojamību.

Risinājums atrisināšanai

Risinājums ir izveidot protokolu no nulles, izmantojot šos iebūvētos risinājumus. Turklāt tas var arī atrisināt mērogojamības dilemmu.

Tjūringa balvas ieguvējs Silvio Mikali veido projektu ar nosaukumu “Algorand”, kas mēģina darīt tieši to. Algorands izmanto vienprātības protokolu, ko sauc par tīru likmju pierādījumu (PPoS).

PPoS:

• Vadītāji un atlasītie verificētāji (SV) tiek izvēlēti no katra Bizantijas līguma posma.

• Aprēķinu izmaksas, ar kurām saskaras lietotājs, ir saistītas tikai ar parakstu ģenerēšanu un verifikāciju, kā arī ar vienkāršām skaitīšanas darbībām.

• Izmaksas nav atkarīgas no katram blokam atlasīto lietotāju skaita. Šis skaitlis ir nemainīgs, un to neietekmē visa tīkla lielums.

• Palielinot skaitļošanas jaudu, tieši uzlabojas veiktspēja, padarot Algorand perfekti mērogojamu. Tas nozīmē, ka, tīklam palielinoties, tas saglabās lielu darījumu ātrumu, neradot papildu izmaksas.

Secināt

Mērogojamība ir lielākais iemesls, kas neļauj plaši izmantot kriptovalūtas. Lai nodrošinātu, ka kriptovalūtas ir mērogojamas un pietiekami ātras ikdienas darījumiem, mums ir nepieciešami protokoli, kas īpaši izstrādāti šīs problēmas risināšanai.

1. un 2. slāņa mērogošanas risinājumi ir vienas un tās pašas kriptovalūtas monētas divas puses. Tās ir stratēģijas, kas izstrādātas, lai padarītu blokķēdes tīklus ātrākus un atsaucīgākus strauji augošajai lietotāju bāzei.

Šīs stratēģijas arī nav viena otru izslēdzošas. Daudzi blokķēdes tīkli pēta 1. un 2. slāņa mērogošanas risinājumu kombināciju, lai panāktu lielāku mērogojamību, nezaudējot drošību vai pilnīgu decentralizāciju.

Avots: apkopots (Gemini-Cryptopedia, Petro Wallace)