Topics Поглиблене вивчення

Трилема блокчейна: Чи можна його коли-небудь вирішувати?

Просунутий

27 июня 2022 г.

Світ навколо нас — це угоди, які ми здійснюємо для досягнення певних результатів. Трилема блокчейну не відрізняється, тому важливо зрозуміти, чи можна коли-небудь вирішувати проблеми, пов’язані з блокчейнами. Розробники витрачають час і енергію для вирішення цієї проблеми, і ми розглянемо, як масштабованість блокчейну, безпека та децентралізація можуть працювати разом. Ці три функції є фундаментальними для того, як працюють блокчейни, і все більше визнання того, що ви можете отримати лише два з трьох. Це означає, що кожен блокчейн повинен жертвувати чимось, щоб працювати якомога ефективніше.

Що таке трилема блокчейна?

Трілема блокчейну — це концепція, згідно з якою децентралізація, безпека та масштабованість не можуть бути представлені в одному блокчейні.

Термін «трилема блокчейну» був створений співзасновником Ethereum Віталіком Бутеріном. Він запропонував цей термін через свій досвід роботи в Ethereum, другій за популярністю криптовалюті в Інтернеті, яка страждає від проблем, подібних до проблем мережі Bitcoin. Основна проблема Bitcoin полягає в тому, що його мережа не така масштабована, як хотілося б. Трілема блокчейну — це три речі, яких хочуть розробники — децентралізація, масштабованість і безпека, а також відсутність необхідності вибирати двох із трьох.

Приклад трилеми блокчейна: Масштабованість Bitcoin

Bitcoin — це чудова інновація, але його платформа не є найбільш масштабованою. Однак Bitcoin має одну з найбезпечніших і децентралізованих платформ в Інтернеті. Що стосується масштабованості, то, на жаль, вона здобула погану репутацію завдяки меншій, ніж ідеальна швидкість транзакцій. Це робить його субоптимальним, якщо ви намагаєтеся використати його як валюту. Порівняно з такими операторами карток, як Visa та Mastercard, Bitcoin відстає, оскільки змагання обробляє транзакції в мілісекундах. Попри те, що цю ситуацію було виправлено завдяки мережі Lightning Network, це рішення для масштабування рівня 2 представляє справедливу частку проблем. Зрештою, будь-яка криптовалюта, яку потрібно використовувати як фіатну валюту, повинна бути достатньою для масштабування.

Проблема, про яку говорив Віталік Бутерін, полягає в тому, чи можна досягти всіх трьох із цих функцій в одній мережі. Багато розробників дійшли висновку, що досягнення всіх трьох функцій неможливе, і що з’являється необхідність зробити все можливе з поточною технологією та з’ясувати, як зробити торгівлю в реальному середовищі. Так само, як кожен проєкт намагається оптимізувати свою мережу, з кожним дизайном блокчейну виникають деякі недоліки. Отже, ключем для розробників є визначення того, скільки з кожної характеристики вони готові жертвувати, щоб досягти оптимальної ефективності.

Децентралізація в блокчейні

Децентралізація блокчейну є основною причиною того, чому люди віддають перевагу криптовалюті порівняно з актуальними фіатними валютами. Коли ваша валюта контролюється однією фізичною чи юридичною особою, ви завжди знаходитеся на їхньому рівні. Прикладом є уряд США та його монополія на доларі США. Якщо вас внесено до чорного списку або на вас накладено санкції, ваші активи в доларах можуть бути заморожені. Ви ніколи не маєте повного контролю над своєю валютою. Децентралізація блокчейну вирішує цю проблему, гарантуючи, що жодна фізична чи юридична особа ніколи не контролює актив. Bitcoin — це найвідоміший приклад. По суті, ніхто не контролює ваш доступ до Bitcoin, і ви можете вільно володіти Bitcoin і транспортувати його в кожній ситуації.

На жаль, головна проблема з масштабною децентралізацією блокчейну полягає в тому, як її досягти. Одним блоком спотикання є управління мережею. Мережа Visa — це приклад того, як вона виглядає, коли віртуальна валюта не децентралізована. Кожна транзакція, виконана через VisaNet, повинна оброблятися одним із багатьох серверів, які має Visa у всьому світі. Visa несе відповідальність за те, щоб мережа була стійкою та завжди працювала без простоїв.

Однак через це вони все контролюють, щоб ви могли швидше здійснювати транзакції, ніж за секунду. Крім того, комісія за трансакції відносно низька порівняно з багатьма іншими мережами. Через це багато людей рухаються до безготівкового суспільства, яке усуває потребу переносити фізичні гроші.

Як бачите, децентралізація блокчейну негативно впливає на безпеку та масштабованість мережі. Децентралізація блокчейну має вирішальне значення, оскільки вона вимагає від вас жертвувати однією іншою функцією, щоб мати найбільш оптимальну мережу. Зрештою, децентралізація блокчейну краща, коли одна організація або фізична особа не контролює всю мережу. Однак масштабованість блокчейну або безпека жертвуються під час пріоритетної децентралізації блокчейну.

Масштабованість у блокчейні

На жаль, масштабованість блокчейну є значною проблемою, яка не дозволила використовувати багато криптовалют у масовому масштабі. Щоб блокчейн був практичним, він повинен перейти до етапу, на якому він обробляє тисячі запитів на транзакції та може швидко обробляти їх.

В ідеалі проєкти хотіли б, щоб блокчейн міг масштабуватися до мільйонів транзакцій за секунду (TPS). Це одна з багатьох причин використання карток Visa та MasterCard у всьому світі. Зрештою, ніхто не буде використовувати ці картки, якщо вам потрібно було почекати 20 хвилин або більше, щоб ваша транзакція була оброблена, і жоден магазин не хотів би використовувати цю мережу, якби він мав довгі лінії, бо це зайняло так багато часу для обробки транзакцій. Масштабованість блокчейну потрібно вбудувати, оскільки розробникам потрібно з’ясувати, як змусити його працювати в конкретних випадках використання, а не просто дивитися на трансакції в секунду.

Безпека в блокчейні

Безпека блокчейну — це третя функція, яку багато мереж можуть вирішити розслабитися, коли йдеться про трилему блокчейну. Хороша безпека блокчейну означає, що все має бути надійним, щоб ніхто не міг захопити мережу — наприклад, скористатися перевагами мережі для введення транзакцій у мережу.

Основна причина підтримки безпеки блокчейну полягає в тому, що для її досягнення потрібна велика потужність процесора. Це може бути проблемою, якщо децентралізація блокчейну також набуде чинності. Коли ви поєднуєте цю необхідність з реальністю децентралізації блокчейну та масштабованості, це означає, що вам потрібно значно збільшити потужність обробки, щоб досягти незначного покращення рейтингу TPS. Це те, що розробники блокчейну повинні збалансувати, намагаючись побудувати мережу. Вони повинні з’ясувати, які з трьох хочуть пожертвувати.

З децентралізацією блокчейну ще однією проблемою є консенсус. Яка правильна транзакція для кожного реєстру? Коли ви записуєте трансакцію в реєстр блокчейнів, як переконатися, що трансакція правильно оновлюється в усіх нодах? Для цього потрібна велика потужність обробки, тому важливо зрозуміти, як збалансувати безпеку з іншими функціями в блокчейні. Безпека блокчейну стане лише важливішою, оскільки його корисність зростає. Прикладом помилки в системі безпеки є блокчейни, які використовують смарт-контракти.

Безпека порівняно з масштабованістю

Загальною ідеєю з безпекою блокчейну є те, що він працює в ретроградному режимі для масштабованості блокчейну. Безпека блокчейну вимагає від вас використання додаткової потужності з обробки, щоб ніхто не використовував мережу. Однак головна проблема з цим полягає в тому, що, як наслідок, зараз менше можливостей для обробки транзакцій. Розробники повинні вирішити між обробкою більшої кількості транзакцій або підтримкою посиленої безпеки. Крім того, що більш децентралізована мережа, то довше вона буде досягати консенсусу, що ще важче досягти ідеальної одночасної децентралізації та безпеки блокчейну. Наразі багато людей намагаються з’ясувати, як зробити обидві ці концепції правильними, без значних збоїв у мережі.

Прикладом захищеної мережі є Visa, згадана вище. Він пропонує мережу обробки кредитних карток, яка постачає мільйони TPS. Незважаючи на це, безпека блокчейну ніколи не є проблемою з ними. Ми майже ніколи не чули про те, що використовується. Однак, коли щось відбувається, це зазвичай відбувається тому, що постачальник зробив щось заборонене. Це не сама компанія з обробки кредитних карток із проблемою, яку було використано.

Більшість блокчейнів є досить захищеними, а порушення безпеки не є актуальною проблемою для більшості мереж. Однак, як уже згадувалося, безпека відбувається за ціною масштабованості. У цій ситуації багато людей думають про різні способи, якими вони можуть покращити безпеку та можливість обробки транзакцій, не знищуючи суть мережі.

Різні підходи до трилеми блокчейна

Solana (SOL)

Solana намагається вирішити трилему блокчейну, використовуючи сервери корпоративного рівня та

Система підтвердження стейкінгу (PoS). Вона покладається на синхронізацію для досягнення консенсусу, використовуючи невелику кількість серверів, щоб отримати децентралізацію блокчейну. Однак, незважаючи на це, є проблеми з децентралізацією блокчейну. Середня ціна сервера становить близько $10 000 з вимогою стейкувати тисячами монет, щоб стати частиною кластера обробки, що загалом можливо лише для корпорацій і заможних фізичних осіб. Це створює перешкоди для децентралізації, оскільки SOL — це монета, яку може підтримувати лише менша частина людей.

Polkadot (DOT)

Polkadot пропонує нову схему доступності даних і дійсності, щоб багато типів блокчейнів могли працювати один з одним, з можливістю досить швидко створювати користувацький блокчейн. Це означає, що ви одночасно отримуєте сумісність і безпеку. Він використовує POS-платформу нового покоління для досягнення енергоефективності. В основі цього блокчейну лежить його ретрансльований ланцюг і Parachain . Вона також використовує валідаторів як спосіб забезпечення консенсусу в мережі, що значно покращується порівняно з Solana.

Cardano (ADA)

Cardano пропонує переваги бути одним із найекологічніших протоколів. Він використовує протокол безпечного блокчейну Ouroboros, тобто він має вбудовану безпеку. Однак ця швидкість обробки шкодить безпеці, тобто мережа не обробляє транзакції так швидко, як інші. Однак стати частиною мережі набагато простіше, оскільки вона не має вимог до опрацювання гарганту, необхідних для такої мережі, як Solana.

Fantom (FTM)

Фантом стверджує, що вирішив проблему трилеми блокчейну. Мережа пропонує понад 200 DApps, що робить її одним із найбільш широко використовуваних криптотокенів. Протокол консенсусу aBFT Fantom дає змогу мережі досягти швидкості, безпеки та надійності, якими вони можуть пишатися. Ще одним елементом рішення Fantom для трилеми блокчейну є його валідаторські вузли, які допомагають створити його як безнадійну та безлідерну систему. Таким чином, децентралізація блокчейну досягається у високій мірі за допомогою Fantom і FTM.

Avalanche (AVAX)

Мережа Avalanche має ще один успішний підхід до зменшення обмежень трилеми блокчейну. Їхня децентралізація блокчейну досягається насамперед шляхом пропонування винагород людям, які вкладають і керують валідатором. Ці винагороди досить вражаючі, тобто потенційним валідаторам не потрібно додавати багато токенів, щоб почати.

Крім того, мінімальні вимоги до обладнання Avalanche є вражаючими. Можна почати як валідатор з недорогим апаратним забезпеченням менш як на 1/10 ціни апаратного забезпечення, необхідного для того, щоб стати валідатором у мережі Solana.

Зрозуміло, що статус валідатора важливий як для децентралізації блокчейну, так і для масштабованості. Однак не так багато людей заохочуються до того, щоб стати валідаторами. Це часто надто дорого або складно зробити, щоб він працював, обмежуючи свої переваги лише кількома

Потенційні рішення для трилеми блокчейну

Є кілька потенційних рішень для трилеми блокчейну, які слід реалізувати самостійно. Багато розробників також шукають, як досягти трилеми блокчейну в кожній частині мережі.

Рівень 0

Консенсус Proof of Work (PoW), такий як Bitcoin, менш ефективний за досягнення рішення для трилеми блокчейну. Натомість для PoW-мереж краще перейти на PoS-систему. Таким чином блокчейни підвищують масштабованість і швидкість обробки. Ця зміна також значно полегшує людям процес приєднання до мережі. Завдяки хорошому алгоритму консенсусу також простіше розвивати мережу. Основні аспекти рівня 0 не можна переоцінити. Якщо цей рівень погано спроектований, нічого не можна зробити добре.

Ланцюги реле

Ретрансляційний ланцюг Polkadot дозволяє кільком мережам блокчейну легко підключатися один до одного, оскільки вони можуть підключатися до великої кількості мереж без недоліків, властивих трилемі блокчейну. Парачейни бігають паралельно блокчейну Polkadot. Вони використовують Polkadot Relay Chain для досягнення максимальної масштабованості, безпеки та управління.

Рівень 1

Основним питанням для рівня 1 є визначення масштабу. Це означає підробку механізму консенсусу або інших аспектів блокчейну, які можуть збільшити масштабованість. Рівень 1 надає основу, необхідну для забезпечення належної роботи мережі. Мережі, які не мають надійного рівня 1, неодмінно стикаються з проблемами в дорозі.

Узгоджені вдосконалення протоколу

Є багато способів досягти консенсусу в блокчейні, але що швидше його виконано, то краще можна вирішити трилему блокчейну. Основна проблема — забезпечити правильне та повне досягнення консенсусу. Кілька алгоритмів використовують ярлики, але вони зазвичай закінчуються там, де вони повинні бути. Solana пропонує консенсус історії, який гарантує, що трансакції здійснюються в поточній послідовності та від правильного лідера. Лідери вибираються заздалегідь, що економить час на досягнення консенсусу в мережі.

Удар

Sharding — це концепція, отримана зі світу бази даних. Ця інновація важлива для баз даних, оскільки вона є одним із багатьох способів масштабування на кількох серверах. Інакше потрібно зберігати всю базу даних на одному сервері. Те ж саме стосується блокчейну. Якщо кожен валідатор повинен містити весь блокчейн, він неефективний, оскільки є кілька валідаторів, які зберігають однакові дані, навіть якщо вони їм не потрібні. Це ускладнює досягнення консенсусу, оскільки його потрібно виконати серед усіх нодів у ланцюжку валідатора.

Шредінг розподіляє блокчейн і розділяє його на кілька валідаторів. Це ризикований спосіб виконання справ через теоретичну ймовірність того, що всі валідатори, які володіють певним сегментом, можуть опуститися. У цьому випадку весь шматок блокчейну буде втрачено. Існує кілька алгоритмів запобігання цьому, що є одним із багатьох способів вдосконалення процесу, який Ethereum пропонує ланцюги осколків як спосіб покращення масштабованості. Цей спосіб ділить увесь блокчейн горизонтально, розміщуючи навантаження на кількох серверах і надаючи можливість участі в мережі та обробляючи потужність для підвищення геометричного значення.

Рівень 2

Блокчейни рівня 2 існують для підвищення швидкості обробки базового блокчейну. Однак для досягнення достатньої швидкості обробки блокчейном до цих рішень слід застосовувати розумно.

Власні блокчейни

В іншому блокчейні існує вкладений блокчейн. Блокчейни рівня 1 делегують обробку в вкладеному блокчейні, а це означає, що індивідуальні рішення з обробки можна створювати відносно легко. Це один із найкращих і найпростіших способів вирішення трилеми блокчейну без значних труднощів. Найбільшим прикладом цього є плазма Ethereum, в якій використовується окремий блокчейн, прив’язаний до основного ланцюга, що може запропонувати докази шахрайства для арбітражу суперечок.

Канали стану

Канал штату по суті делегував обробку трансакції та її місткість. Його ноди не потребують перевірки, тобто це як суміжний ресурс, який виконує те, що йому потрібно. Мережа рівня 1 потребує лише запису остаточного стану каналу в блокчейні.

Сайдчейни

Байдчейн — це по суті окремий блокчейн, який з’єднується з основним блокчейном за допомогою двостороннього кілочка. Це збільшує сумісність і потужність обробки наявного блокчейну. Наприклад, мережа Bitcoin може використовувати байдчейни для швидшої обробки транзакцій. Це один із багатьох способів отримати більшу ефективність Bitcoin, навіть якщо це технічно неможливо.

Ролапи

По суті, ролапи обробляють транзакції за межами блокчейну рівня 1 і публікують їх пізніше, коли досягнуто консенсусу. Це відокремлює багато процесу, який переходить до ефективності рівня 1. Великим шматком головоломки є ролап «Без знань» (ZK-Rollup), який обробляє сотні переказів з поточного блокчейну та публікує їх пізніше. Він пришвидшує все, і тому є одним із найкращих способів підвищення продуктивності.

Чи можна вирішити трилему блокчейна?

Немає жодного рішення, якщо подивитись, як можна вирішити трилему блокчейну. Теоретично неможливо досягти Святого Грая. Найкраще, що ми можемо зробити, — це якомога оптимізувати кожен блокчейн для досягнення заявленої мети. Ми можемо випробувати майбутнє з практично нескінченною обчислювальною потужністю та геометрично швидшою швидкістю передачі мережі. У цьому середовищі трилему блокчейну можна відносно легко вирішити. Це не буде проблемою, оскільки швидкість трансакцій буде проштовхуватися «на місяць».

Підсумки

Трилема блокчейну наразі є основною проблемою для більшості розробників. Однак, як і ще щось, коли ми розуміємо суть проблеми, у нас набагато кращі шанси знайти для неї рішення. Багато розробників працюють над складністю трилеми блокчейну, і вони досить оптимістичні, тому ми також повинні бути.