Topics Технические параметры

Трилемма блокчейна: можно ли ее когда-нибудь решить?

Продвинутый

27 Th06 2022

Мир вокруг нас — это компромиссы, которые мы делаем для достижения определённых результатов. Трилемма блокчейна не отличается, поэтому важно понимать, можно ли решить проблемы, связанные с блокчейнами. Разработчики выделяют время и энергию на решение этой проблемы, и мы рассмотрим, как могут работать масштабируемость, безопасность и децентрализация блокчейна. Эти три характеристики являются фундаментальными для работы блокчейнов, и всё большее признание подтверждает, что вы можете получить только две из них. Это означает, что каждый блокчейн должен пожертвовать чем-то, чтобы работать максимально эффективно.

Что такое блокчейн-трилемма?

Трилемма блокчейна — это концепция, согласно которой децентрализация, безопасность и масштабируемость не могут быть представлены в одном блокчейне.

Термин «трилемма блокчейна» был придуман соучредителем Ethereum Виталиком Бутерином. Он предложил этот термин из-за своего опыта работы на Ethereum, второй по популярности криптовалюте в Интернете, которая испытывает проблемы, похожие на проблемы сети биткоинов. Основная проблема биткоина заключается в том, что его сеть не настолько масштабируема, насколько хочется. Трилемма блокчейна — это три вещи, которые хотят разработчики: децентрализация, масштабируемость и безопасность, а также трепетный выбор двух из них.

Пример трилеммы блокчейна: Масштабируемость биткоина

Биткоин — это отличная инновация, но его платформа не самая масштабируемая. Однако биткоин имеет одну из самых безопасных и децентрализованных платформ в Интернете. С точки зрения масштабируемости, она, к сожалению, завоевала плохую репутацию благодаря менее чем идеальной скорости транзакций. Это делает его неоптимальным, если вы пытаетесь использовать его в качестве валюты. По сравнению с такими карточными операторами, как Visa и Mastercard, биткоин отстает, поскольку состязание обрабатывает транзакции за миллисекунды. Несмотря на то, что эта ситуация была устранена с помощью сети Lightning, это решение для масштабирования уровня 2 представляет собой довольно много проблем. В конечном итоге любая криптовалюта, которая будет использоваться в качестве фиатной валюты, должна быть достаточно масштабируемой.

Проблема, о которой говорил Виталик Бутерин, заключается в том, можно ли реализовать все три эти функции в одной сети. Многие разработчики пришли к выводу, что реализовать все три функции невозможно, и что дело в том, чтобы сделать то, что возможно с помощью текущей технологии, и определить, как добиться компромисса в реальной среде. По мере того, как каждый проект пытается оптимизировать свою сеть, в каждом проекте блокчейна будет несколько недостатков. Таким образом, разработчики должны понять, какую часть из каждой характеристики они готовы пожертвовать для достижения оптимальной эффективности.

Децентрализация в блокчейне

Децентрализация блокчейна — это основная причина, по которой люди предпочитают криптовалюты текущим фиатным валютам. Когда ваша валюта контролируется одним физическим или юридическим лицом, вы всегда готовы к их счастью. Примером может служить правительство США и его монополия на доллар США. Если вы находитесь в черном списке или под санкциями, ваши активы в долларах могут быть заморожены. Вы никогда не полностью контролировали свою валюту. Децентрализация блокчейна решает эту проблему, гарантируя, что ни одно физическое или юридическое лицо никогда не контролирует актив. Биткоин — это самый известный пример. По сути, никто не контролирует ваш доступ к биткоину, и вы можете свободно владеть и перевозить биткоин в любой ситуации.

К сожалению, основная проблема, связанная с крупномасштабной децентрализацией блокчейна, заключается в том, чтобы определить, как её достичь. Одним из блокчейнов является управление сетью. Сеть Visa — это пример того, как выглядит виртуальная валюта, которая не децентрализована. Каждая транзакция, совершённая через VisaNet, должна обрабатываться одним из многочисленных серверов Visa по всему миру. Visa отвечает за обеспечение надёжности сети и бесперебойной работы без простоев.

Однако из-за этого они контролируют всё, чтобы вы могли совершать транзакции короче секунды. Кроме того, комиссии за транзакции относительно низкие по сравнению со многими другими сетями. В связи с этим многие люди переходят в безналичное общество, которое избавит их от необходимости носить с собой физические деньги.

Как видите, децентрализация блокчейна негативно влияет на безопасность и масштабируемость сети. Децентрализация блокчейна имеет решающее значение, поскольку она требует от вас жертвовать другой функцией, чтобы получить максимально оптимальную сеть. В конечном итоге децентрализация блокчейна лучше, когда одна организация или человек не контролирует всю сеть. Однако масштабируемость или безопасность блокчейна жертвуются при расстановке приоритетов в децентрализации блокчейна.

Масштабируемость в блокчейне

К сожалению, масштабируемость блокчейна является серьезной проблемой, которая не позволяет использовать многие криптовалюты в массовом масштабе. Чтобы блокчейн стал практичным, он должен перейти на этап, где он подвергается тысячам запросов на транзакции и может быстро их обработать.

В идеале проекты хотели бы, чтобы блокчейн мог масштабироваться до миллионов транзакций в секунду (TPS). Это одна из многих причин, по которой Visa и MasterCard используются по всему миру. В конце концов, никто не будет использовать эти карты, если вам потребовалось подождать 20 минут или больше, и ни один магазин не захочет использовать эту сеть, если у него были длинные линии, поскольку для обработки транзакций требовалось так много времени. Масштабируемость блокчейна должна быть встроена, поскольку разработчикам необходимо понять, как она работает для конкретных сценариев использования, а не просто просматривать транзакции в секунду.

Безопасность в блокчейне

Безопасность блокчейна — это третья функция, которую многие сети могут решить расслабиться в отношении трилеммы блокчейна. Хорошая безопасность блокчейна означает, что всё должно быть надёжным, чтобы никто не мог захватить сеть, например, использовать уязвимости сети для вставки транзакций в сеть.

Основным недостатком обеспечения безопасности блокчейна является то, что для его достижения требуется много мощности процессора. Это может быть проблемой, если децентрализация блокчейна также вступит в силу. Когда вы сочетаете эту необходимость с реальностью децентрализации и масштабируемости блокчейна, это означает, что для достижения небольшого улучшения рейтинга TPS необходимо значительно расширить вычислительную мощность. Это то, что разработчики блокчейна должны уравновесить при создании сети. Они должны понять, какой из трёх жертв они хотят пожертвовать.

Еще одна проблема децентрализации блокчейна — это консенсус. Какая транзакция верна для каждого реестра? Как убедиться, что при записи транзакции в реестр блокчейна она правильно обновлялась на всех узлах? Это требует большой вычислительной мощности, поэтому важно понимать, как сбалансировать безопасность с другими функциями внутри блокчейн-сети. Безопасность блокчейна будет только повышаться по мере увеличения её полезности. Примером нарушения безопасности являются блокчейны, использующие смарт-контракты.

Безопасность и масштабируемость

Общая идея безопасности блокчейна заключается в том, что она работает в ретроградном режиме масштабируемости блокчейна. Безопасность блокчейна требует использования дополнительной вычислительной мощности, чтобы никто не пользовался сетью. Однако основная проблема в этом заключается в том, что, как следствие, теперь у вас меньше возможностей для обработки транзакций. Разработчикам необходимо решить, нужно ли обрабатывать больше транзакций или поддерживать повышенную безопасность. Кроме того, чем больше децентрализована сеть, тем больше времени потребуется для достижения консенсуса, что еще больше усложняет достижение идеальной одновременной децентрализации и безопасности блокчейна. В настоящее время многие люди пытаются понять, как правильно работают обе эти концепции без значительных недостатков для сети.

Примером безопасной сети является Visa, упомянутая выше. Она предлагает сеть обработки кредитных карт, которая доставляет миллионы TPS. Несмотря на это, безопасность блокчейна никогда не является проблемой для них. Мы почти никогда не слышим об использовании чего-либо. Однако когда что-то происходит, это обычно связано с тем, что поставщик сделал что-то запрещенное. Это никогда не была проблема с самой компанией по обработке кредитных карт.

Большинство блокчейнов довольно безопасны, а нарушения безопасности не являются постоянной проблемой для большинства сетей. Однако, как уже упоминалось, безопасность зависит от цены масштабируемости. Многие люди думают о различных способах повышения безопасности и возможностей обработки транзакций, не разрушая суть сети.

Различные подходы к трилемме блокчейна

Solana (SOL)

Solana пытается решить трилемму блокчейна с помощью серверов корпоративного уровня и

Система подтверждения стейкинга (PoS). Он полагается на синхронизацию для достижения консенсуса, используя небольшое количество серверов для децентрализации блокчейна. Однако несмотря на это, возникают проблемы с децентрализацией блокчейна. Средняя цена сервера составляет около $10 000, и для того, чтобы стать частью вычислительного кластера, необходимо внести в стейкинг тысячи монет. В целом, это возможно только для корпораций и богатых физических лиц. Это затрудняет децентрализацию, поскольку SOL — это монета, которую может поддерживать лишь меньшинство людей.

Polkadot (DOT)

Polkadot предлагает новую схему доступности и достоверности данных, которая позволяет многим типам блокчейнов работать друг с другом, а также позволяет довольно быстро создавать пользовательский блокчейнЭто означает, что вы получаете совместимость и безопасность одновременно. Для достижения энергоэффективности в ней используется система POS нового поколения. Сердце этого блокчейна — это его Релейная сеть и Parachain. Он также использует валидаторов для достижения консенсуса в сети, что значительно превосходит Solana.

Cardano (ADA)

Компания Cardano предлагает одно из самых экологически устойчивых протоколов. В ней используется протокол безопасного блокчейна Ouroboros, а это означает, что в него встроена система безопасности. Однако эта безопасность снижает скорость обработки, а значит сеть обрабатывает транзакции не так быстро, как другие. Однако стать частью сети намного проще, поскольку она не имеет требований к гаргантуанской обработке, необходимых для такой сети, как Solana.

Fantom (FTM)

Фантом утверждает, что решил проблему трилеммы блокчейна Его сеть предлагает более 200 DApp, что делает её одним из самых широко используемых криптотокенов. Консенсусный протокол aBFT Fantom позволяет сети достигать скорости, безопасности и надёжности, которыми они могут похвастаться. Ещё одной частью решения Fantom для трилеммы блокчейна являются его ноды валидации, которые помогают создать его как надёжную и нелидерскую систему. Таким образом, децентрализация блокчейна в значительной степени достигается с помощью Fantom и FTM.

Avalanche (AVAX)

Сеть Avalanche имеет ещё один успешный подход к восстановлению ограничений трилеммы блокчейна. Их децентрализация блокчейна достигается в первую очередь за предоставление наград людям, которые вносят в стейкинг и управляют нодой валидатора. Эти награды довольно впечатляющие, а это значит, что потенциальным валидаторам не нужно вкладывать много токенов, чтобы начать работу.

Кроме того, минимальные требования к оборудованию Avalanche впечатляют. Можно начать в качестве валидатора с недорогим аппаратным обеспечением по цене менее 1/10 цены аппаратного обеспечения, необходимого для того, чтобы стать валидатором в сети Solana.

Очевидно, что статус валидатора важен как для децентрализации блокчейна, так и для масштабируемости. Однако не многие люди могут стать валидаторами. Это часто слишком дорого или сложно, чтобы сделать его эффективным, что ограничивает его преимущества лишь несколькими

Потенциальные решения для трилеммы блокчейна

Существует несколько потенциальных решений для трилеммы блокчейна, которые могут быть реализованы независимо. Многие разработчики также изучают, как достичь трилеммы блокчейна в каждой части сети.

Уровень 0

Консенсус Proof of Work (PoW), такой как биткоин, уступает решению трилеммы блокчейна. Вместо этого лучше переключиться на PoS-систему. Благодаря этому блокчейны повышают масштабируемость и скорость обработки. Это изменение также значительно упрощает участие людей в сети. Благодаря хорошему алгоритму консенсуса также проще наращивать сеть. Нельзя переоценить основополагающие аспекты Уровня 0. Ничего плохого, если этот уровень плохо спроектирован.

Релейные сети

Релейная сеть Polkadot позволяет легко подключаться к нескольким блокчейн-сетям, поскольку они могут подключаться ко многим сетям без недостатков, присущих трилемме блокчейна. Парачейны параллельны блокчейну Polkadot. Они используют сеть Polkadot Relay Chain для достижения максимальной масштабируемости, безопасности и управления.

Уровень 1

Главным фактором для Уровня 1 является определение способа масштабирования. Это означает, что механизм консенсуса или другие аспекты блокчейна могут повысить масштабируемость. Уровень 1 предоставляет фундамент, необходимый для обеспечения надлежащей производительности сети. Сети, у которых нет надёжного Уровня 1, могут столкнуться с проблемами в будущем.

Улучшения консенсусного протокола

Существует множество способов достижения консенсуса по блокчейну, но чем быстрее он будет выполнен, тем лучше сможет решить трилемму блокчейна. Основная проблема заключается в том, чтобы консенсус был достигнут правильно и полностью. Несколько алгоритмов используют ярлыки, но обычно они оказываются там, где они нужны. Solana предлагает подтверждение консенсуса в истории, которое гарантирует, что транзакции находятся в текущей последовательности и от подходящего лидера. Лидеры выбираются заранее, что экономит время на достижении консенсуса в сети.

Шардинг

Шардинг — это концепция из мира баз данных. Эта инновация важна для баз данных, поскольку это один из множества способов масштабирования на нескольких серверах. В противном случае необходимо хранить всю базу данных на одном сервере. То же самое относится и к блокчейну. Если каждый валидатор должен содержать весь блокчейн, он не будет эффективным, поскольку у него есть несколько валидаторов, которые хранят идентичные данные, даже если они не нужны. Это затрудняет достижение консенсуса, поскольку это необходимо сделать среди всех нод в сети валидаторов.

Шардинг разделяет блокчейн на несколько валидаторов. Это рискованный способ работы из-за теоретической вероятности того, что все валидаторы, держащие определённый кусочек, могут упасть. В этом случае вся часть блокчейна будет потеряна. Существует несколько алгоритмов, которые предотвращают это, что является одним из многих способов улучшения процесса, который Ethereum предлагает сегментные цепи в качестве способа улучшения масштабируемости. Этот метод разделяет весь блокчейн горизонтально, распределяя нагрузку на несколько серверов и позволяя участию сети и вычислительной мощности увеличиваться геометрически.

Уровень 2

Для повышения скорости обработки базового блокчейна существуют блокчейны второго уровня. Однако для достижения достаточной скорости обработки блокчейна эти решения необходимо использовать интеллектуально.

Вложенные блокчейны

Вложенный блокчейн существует в другом блокчейне. Блокчейны уровня 1 делегируют обработку вложенному блокчейну, что означает, что индивидуальные решения для обработки могут быть созданы относительно легко. Это один из лучших и простых способов решить трилемму блокчейна без особых трудностей. Самым большим примером этого является Ethereum Plasma, который использует отдельный блокчейн, привязанный к основной сети и способный предоставить доказательства мошенничества для арбитража споров.

Каналы состояния

Канал штата, по сути, делегировал обработку транзакций и пропускную способность. Его ноды не требуют проверки, а это значит, что они похожи на соседний ресурс, который делает то, что ему нужно. Сеть Уровня 1 требует только записи окончательного состояния канала в блокчейн.

Сайдчейны

Сайдчейн — это, по сути, отдельный блокчейн, который подключается к основному блокчейну с помощью двустороннего колышка. Он повышает совместимость и вычислительную мощность существующего блокчейна. Например, сеть биткоина может использовать сайдчейны для более быстрой обработки транзакций. Это один из многих способов повышения эффективности биткоина, даже если это технически невозможно.

Роллапы

По сути, роллапы обрабатывают транзакции за пределами блокчейна Уровня 1 и размещают их позже после достижения консенсуса. Это позволяет отделить процесс от эффективности первого уровня. Большая часть головоломки — это роллап с нулевыми знаниями (ZK-Rollup), который обрабатывает сотни переводов из текущего блокчейна и публикует их позже. Он ускоряет всё и поэтому является одним из лучших способов повышения эффективности.

Можно ли решить трилемму блокчейна?

Не существует единого решения для решения трилеммы блокчейна. Теоретически невозможно достичь Священного Граила. Лучше всего оптимизировать каждый блокчейн для достижения поставленной цели. Возможно, у нас будет будущее с практически безграничными вычислительными мощностями и геометрически более высокой скоростью передачи данных. В этой среде трилемму блокчейна можно решить относительно легко. Это перестанет быть проблемой, поскольку скорость транзакций будет вытесняться «на Луну».

Заключение

В настоящее время трилемма блокчейна является серьезной проблемой для большинства разработчиков. Однако, как и в любом другом случае, когда мы понимаем суть проблемы, у нас гораздо больше шансов найти решение. Многие разработчики работают над сложностями трилеммы блокчейна, и они довольно оптимистичны, поэтому мы тоже должны быть такими.