Skalowalność blockchaina
Podstawowa struktura zdecentralizowanych sieci blockchain stoi obecnie przed wyjątkowym wyzwaniem zwanym trylematem Blockchain: znalezieniem równowagi między decentralizacją, bezpieczeństwem i skalowalnością infrastruktury blockchain.
Decentralizacja Blockchain odnosi się do znaczącej dystrybucji mocy obliczeniowej i konsensusu w całej sieci. Bezpieczeństwo odzwierciedla obronę protokołu blockchain przed złośliwymi aktorami i cyberatakami. Obydwa są uważane za niezbędne do funkcjonowania sieci blockchain.
Skalowalność odnosi się do zdolności sieci blockchain do obsługi wysokiej przepustowości transakcji i przyszłego rozwoju. Skalowalność jest ważna, ponieważ stanowi jedyny sposób, w jaki sieci blockchain mogą w rozsądny sposób konkurować ze scentralizowanymi platformami charakteryzującymi się krótkimi czasami rozliczeń.
Powszechnie stosowanym porównaniem pozwalającym wskazać luki w skalowalności jest to, że Bitcoin przetwarza od 4 do 7 transakcji na sekundę (TPS). Z drugiej strony Visa przetwarza tysiące TPS. Aby konkurować z istniejącymi systemami, technologia blockchain musi dorównywać lub przewyższać ten wysoki poziom skalowalności.
Rozwiązania skalowania warstwy 1 i warstwy 2 powstały, aby przezwyciężyć te problemy.
Podstawowe pojęcia warstwy 1 i warstwy 2
Warstwa 1 (Warstwa 1) odnosi się do bazowego łańcucha bloków, takiego jak Bitcoin, Ethereum.
Warstwa 2 (Warstwa 2) to warstwa sieciowa nakładana na łańcuchy bloków platform, takie jak Lightning Network, Polygon..., która może być używana z łańcuchem bloków warstwy 1.
Rozwiązanie rozszerzające warstwy 1
Rozwiązania skalujące w warstwie 1 ulepszają warstwę podstawową samego protokołu blockchain, poprawiając skalowalność.
Oto jak działa warstwa 1: Rozwiązania warstwy 1 bezpośrednio zmieniają reguły protokołu, aby zwiększyć przepustowość i szybkość transakcji, jednocześnie obsługując większą liczbę użytkowników i danych.
Rozwiązania skalujące w warstwie 1 mogą wiązać się z wymaganiami, takimi jak zwiększenie ilości danych zawartych w każdym bloku lub zwiększenie szybkości potwierdzania bloków, aby zwiększyć ogólną przepustowość sieci.
Dwa popularne rozwiązania warstwy 1 to:
Zmień protokół konsensusu
Fragmentowanie
Zmień protokół konsensusu
Proof of Work (PoW) to protokół konsensusu używany obecnie w popularnych łańcuchach bloków, takich jak Bitcoin. Chociaż PoW jest bezpieczny, jest powolny. Dlatego wiele nowych łańcuchów bloków preferuje mechanizm konsensusu Proof of Stake (PoS).
Zamiast wymagać od górników rozwiązywania algorytmów kryptograficznych przy użyciu mocy obliczeniowej, jak w przypadku PoW, systemy PoS przetwarzają i weryfikują nowe bloki danych transakcyjnych w oparciu o uczestników stawiających aktywa Hipoteka w sieci.
Ethereum 2.0 przejdzie na PoS, co ma znacznie zwiększyć przepustowość sieci, jednocześnie zwiększając decentralizację i chroniąc bezpieczeństwo sieci.
Fragmentowanie
Sharding to mechanizm zaadaptowany z rozproszonych baz danych, który stał się jednym z najpopularniejszych rozwiązań skalowania warstwy 1.
Sharding polega na podzieleniu stanu całej sieci blockchain na osobne zestawy danych zwane „fragmentami”. Segmenty te są jednocześnie przetwarzane równolegle przez sieć, co pozwala na sekwencyjną pracę nad wieloma transakcjami.
Co więcej, każdy węzeł jest przypisany do konkretnego fragmentu, zamiast utrzymywać całą kopię łańcucha bloków. Poszczególne fragmenty stanowią dowód dla głównego łańcucha i współdziałają ze sobą w celu udostępniania adresów, sald i wspólnego stanu przy użyciu protokołów komunikacyjnych między fragmentami.
Ethereum 2.0 to wysokiej klasy protokół blockchain, który eksploruje fragmenty, razem z Zilliqa, Tezos i Qtum.
Rozwiązanie rozszerzające warstwy 2
Warstwa 2 odnosi się do sieci lub technologii działającej w oparciu o podstawowy protokół blockchain w celu poprawy skalowalności i wydajności blockchain.
Rozwiązanie skalujące w warstwie 2 pociąga za sobą przeniesienie części obciążenia transakcyjnego protokołu blockchain na sąsiednią architekturę systemu, która następnie przetwarza i raportuje do głównego łańcucha bloków. Dzięki temu łańcuch bloków warstwy podstawowej jest mniej przeciążony – i ostatecznie bardziej skalowalny.
Rozwiązania warstwy 2 obejmują:
Zagnieżdżony łańcuch bloków
Kanał państwowy.
Łańcuch boczny.
Zagnieżdżone łańcuchy bloków
Zagnieżdżony łańcuch bloków to zasadniczo łańcuch bloków znajdujący się w innym łańcuchu bloków, a raczej na innym łańcuchu bloków. Zagnieżdżona architektura blockchain zazwyczaj obejmuje główny łańcuch bloków, który ustawia parametry dla szerszej sieci. Podczas gdy wykonanie odbywa się w połączonej sieci łańcuchów wtórnych.
Na szczycie głównego łańcucha można zbudować wiele poziomów łańcucha bloków, przy czym każdy poziom wykorzystuje połączenie rodzic-dziecko. Wątek nadrzędny deleguje przetwarzanie do wątków podrzędnych i po zakończeniu zwraca wyniki do wątku nadrzędnego. Bazowy łańcuch bloków nie uczestniczy w funkcjach sieciowych łańcucha wtórnego, chyba że konieczne jest rozstrzyganie sporów.
Dystrybucja pracy zgodnie z tym modelem zmniejsza obciążenie przetwarzania w głównym łańcuchu, co wykładniczo poprawia skalowalność. Projekt OMG Plasma jest przykładem zagnieżdżonej infrastruktury blockchain w warstwie 2, używanej na protokole Ethereum warstwy 1 w celu ułatwienia szybszych i tańszych transakcji.
Kanał państwowy
Kanały stanowe ułatwiają dwukierunkową komunikację między kanałami transakcyjnymi typu blockchain i poza łańcuchem oraz poprawiają ogólną przepustowość i szybkość transakcji.
Kanał stanu nie wymaga potwierdzenia przez węzły sieci warstwy 1. Zamiast tego jest to zasób sąsiadujący z siecią, który jest blokowany za pomocą mechanizmu multisig lub inteligentnego kontraktu.
Kiedy transakcja lub seria transakcji zostaje zakończona na kanale stanowym, końcowy „stan” „kanału” i wszystkie związane z nim przejścia są rejestrowane w bazowym łańcuchu bloków. Przykładami kanałów stanowych są sieć Liquid, Celer, Bitcoin Lightning i Raiden Network należąca do Ethereum.
W równowadze między trio Blockchain kanał stanu poświęcenia musi poświęcić pewien stopień decentralizacji, aby osiągnąć większą skalowalność.
Łańcuch boczny
Sidechain to łańcuch transakcji przylegający do łańcucha bloków, który jest często używany w transakcjach dużych partii. Łańcuchy boczne wykorzystują niezależny mechanizm konsensusu – to znaczy oddzielony od oryginalnego łańcucha – który można zoptymalizować pod kątem szybkości i skalowalności.
W architekturze sidechain główną rolą głównego łańcucha jest utrzymanie ogólnego bezpieczeństwa, potwierdzanie zapisów transakcji partiami i rozwiązywanie sporów. Łańcuchy boczne odróżniają się od kanałów stanu na wiele zintegrowanych sposobów.
Po pierwsze, transakcje sidechain nie są tajne, są rejestrowane publicznie w księdze. Co więcej, naruszenie bezpieczeństwa łańcucha bocznego nie ma wpływu na łańcuch główny ani inne łańcuchy boczne. Konfiguracja sidechainu może wymagać znacznego wysiłku, ponieważ infrastruktura jest często budowana od podstaw.
Zalety 2 rozwiązań
Warstwa 1 nie musi niczego dodawać do istniejącej architektury.
Warstwa 2 nie ingeruje w podstawowy protokół blockchain. Rozwiązania warstwy 2, takie jak kanały stanowe, a zwłaszcza Lightning Network, umożliwiające wiele mikrotransakcji bez marnowania czasu na weryfikację górników i płacenia niepotrzebnych opłat transakcyjnych.
Problem występuje w przypadku obu rozwiązań
Istnieją dwa ważne problemy związane z rozwiązaniami skalowalności warstwy 1 i warstwy 2.
Po pierwsze, istnieją trudności z dodaniem tych rozwiązań do istniejących protokołów.
Zarówno Ethereum, jak i Bitcoin mają kapitalizację rynkową sięgającą miliardów dolarów. Codziennie handluje się milionami dolarów. Dlatego nie ma sensu dodawać niepotrzebnego kodu i komplikacji do eksperymentowania z tymi protokołami, eksperymentując z dużą ilością pieniędzy.
Po drugie, nawet jeśli utworzysz od podstaw protokół uwzględniający te techniki, nadal mogą one nie rozwiązać dylematu skalowalności.
Termin „triada skalowalności” został ukuty przez założyciela Ethereum Vitalika Buterina. To kompromis, na który muszą zdecydować się projekty blockchain, podejmując decyzję o optymalizacji swojej architektury, równoważąc trzy następujące właściwości – decentralizację, bezpieczeństwo i skalowalność.
Na przykład: Bitcoin chce zoptymalizować bezpieczeństwo i decentralizację, dlatego musi pójść na kompromis w sprawie skalowalności.
Rozwiązanie do rozwiązania
Rozwiązaniem jest zbudowanie protokołu od podstaw z wbudowanymi rozwiązaniami. Ponadto może również rozwiązać dylemat skalowalności.
Zdobywca nagrody Turinga, Silvio Micali, buduje projekt o nazwie „Algorand”, który stara się osiągnąć dokładnie to samo. Algorand wykorzystuje protokół konsensusu zwany czystym dowodem stawki (PPoS).
W PPoS:
Liderzy i wybrani weryfikatorzy (SV) są wybierani na każdym etapie Porozumienia Bizantyjskiego.
Koszt obliczeniowy, na jaki narażony jest użytkownik, dotyczy wyłącznie generowania i weryfikacji podpisu oraz prostych operacji zliczania.
Koszt nie jest zależny od liczby użytkowników wybranych dla każdego bloku. Liczba ta jest stała i nie ma na nią wpływu wielkość całej sieci.
Zwiększenie mocy obliczeniowej bezpośrednio poprawia wydajność, dzięki czemu Algorand jest doskonale skalowalny. Oznacza to, że wraz ze wzrostem rozmiaru sieci będzie ona utrzymywać wysokie prędkości transakcji bez ponoszenia dodatkowych kosztów.
Wyciągnąć wniosek
Skalowalność jest największym powodem uniemożliwiającym powszechne przyjęcie kryptowalut. Aby mieć pewność, że kryptowaluty są skalowalne i wystarczająco szybkie do codziennych transakcji, potrzebujemy protokołów zbudowanych specjalnie w celu rozwiązania tego problemu.
Rozwiązania skalujące warstwy 1 i 2 to dwie strony tej samej kryptowaluty. Są to strategie zaprojektowane tak, aby sieci blockchain były szybsze i lepiej reagowały na szybko rosnącą bazę użytkowników.
Strategie te również nie wykluczają się wzajemnie. Wiele sieci blockchain bada kombinację rozwiązań skalujących w warstwie 1 i 2, aby osiągnąć zwiększoną skalowalność bez poświęcania bezpieczeństwa lub pełnej decentralizacji.
Źródło: opracowanie (Gemini-Cryptopedia, Petro Wallace)