TL;DR
Blokķēdes var apstrādāt tikai ierobežotu skaitu darījumu sekundē. Piemēram, Bitcoin tīkls var apstrādāt aptuveni septiņus darījumus sekundē. Ja blokķēdes tehnoloģija tiks ieviesta visā pasaulē, tai vajadzētu būt iespējai apstrādāt daudz vairāk datu un ar lielāku ātrumu, lai vairāk cilvēku varētu izmantot tīklu, lai tā lietošana nekļūtu pārāk lēna vai dārga. Tomēr daudzu decentralizētu tīklu fundamentālais dizains nozīmē, ka, palielinot mērogojamību, ir tendence vājināt decentralizāciju vai drošību. To sauc par blokķēdes trilemmu. Izstrādātāji, kas vēlas atrisināt šo problēmu, eksperimentē ar dažādiem vienprātības mehānismiem un mērogojamības risinājumiem, piemēram, sadalīšanu, sānu ķēdēm un stāvokļa kanāliem.
Ievads
Principā blokķēde ir izplatīta digitālā datu bāze. Datu bloki ir sakārtoti hronoloģiskā secībā. Bloki ir saistīti un nodrošināti ar kriptogrāfiskiem pierādījumiem. Šīs tehnoloģijas ieviešana dažādās nozarēs jau tagad maina to, kā mēs strādājam un dzīvojam.
Ideja ir tāda, ka decentralizētas un drošas blokķēdes ļauj izveidot pasauli, kurā mums nav jāpaļaujas uz trešajām pusēm, lai tīkli vai tirgi darbotos. Tomēr eksperti parasti piekrīt, ka, ja šī tehnoloģija tiks plašāk izmantota, ir jāatrisina galvenā problēma. Attiecīgā problēma ir pazīstama kā “blokķēdes trilemma”.
Šo terminu popularizēja Ethereum līdzdibinātājs Vitaliks Buterins. Lai tam būtu jēga, jums ir jāapzinās trīs dažādi elementi, kas ir vēlami blokķēdē: decentralizācija, drošība un mērogojamība. Blokķēdes trilemma attiecas uz ideju, ka blokķēdēm ir grūti vienlaikus sasniegt optimālu visu trīs īpašību līmeni. Viena palielināšana parasti noved pie otra vājināšanās.
Šajā rakstā tiks aplūkoti visi trīs trilemmas elementi un sīkāk paskaidrots, kas katrs ir. Padziļināti apspriežot katru un to saderību, tiks iegūta labāka izpratne par to, kā un kāpēc pastāv blokķēdes trilemma. Šajā rakstā tiks uzsvērti arī daži izstrādātāju ieteiktie risinājumi.
Kas ir decentralizācija?
Bitcoin un līdzīgi blokķēdes tīkli pēc konstrukcijas ir decentralizēti. Visa struktūra ir tāda, ka nav nevienas atbildīgas personas vai organizācijas. Drīzāk tas ir decentralizēts. Tīkla slānis ir atvērts ikvienam, kurš vēlas piedalīties. Rezultātā kontrole tiek pilnībā sadalīta, nevis pieder vienai vienībai. Ikvienam ir piekļuve vieniem un tiem pašiem datiem. Ja kāds mēģinās apkrāpt sistēmu, mainot ierakstus sev par labu, tad pārējie dalībnieki noraidīs kļūdainos datus.
Tas var kļūt diezgan tehniski, bet kā piemēru ņemsim Bitcoin tīklu. Trešā puse nekontrolē. Salīdziniet to ar vajadzību pēc bankām finanšu sistēmā. Bankas nodrošina uzticību starp cilvēkiem, kas veic darījumus, un nodrošina, ka visi ieraksti tiek glabāti pareizi. Tomēr Bitcoin blokķēde visus šos datus koplieto ar visiem tīkla lietotājiem, lai tos varētu pārbaudīt un apstiprināt pirms pievienošanas digitālajai datubāzei. Rezultāts ir sistēma, kas var pastāvēt bez trešām personām.
Decentralizācija piedāvā tā saukto Web3 iespēju. Šobrīd mums ir Web2 — mūsdienu internets. Tas ir pilns ar vietnēm un lietotnēm, kuras kontrolē uzņēmumi, taču tajā ir lietotāju izveidots saturs. Web3 ir nākamais solis. Internets, kurā decentralizēta blokķēdes tehnoloģija ļauj cilvēkiem kontrolēt savus datus un tiešsaistes dzīvi.
Tomēr viena lieta, kas jāņem vērā, ir tāda, ka, ņemot vērā to, kā šīs sadalītās sistēmas darbojas — tā kā plašam dalībnieku lokam ir jāvienojas par datu derīgumu, darījumu laiki var būt lēni, jo ir nepieciešams kopīgot informāciju un apstrādāts. Tātad blokķēdēm ir jāmērogo, proti, jāspēj apstrādāt vairāk datu ar lielāku ātrumu. Mēs atgriezīsimies pie šī punkta, apspriežot mērogojamību.
Turklāt decentralizētais sapnis ir spēkā tikai tad, ja pamatā esošās blokķēdes ir drošas. Ja blokķēdei trūkst drošības, slikts aktieris var pārņemt kontroli un mainīt datus sev par labu. Tas noved pie trilemmas otrās daļas: drošības.
Kas ir blokķēdes drošība?
Nav nozīmes tam, cik decentralizēta ir blokķēde, ja tai trūkst drošības. Labam blokķēdes tīklam jābūt izturīgam pret ļaunprātīgu vienību uzbrukumiem. Centralizētās sistēmas savu drošību iegūst no tā, ka sistēma ir slēgta. Ikviens, kurš kontrolē, var garantēt, ka dati ir brīvi no traucējumiem. Bet kā tas tiek panākts decentralizētā sistēmā, kurā var piedalīties ikviens?
Tā ir sarežģīta tēma, taču mēs varam atgriezties pie Bitcoin kā decentralizētas blokķēdes drošības piemēra. Bitcoin blokķēdē tiek izmantota kriptogrāfijas un tīkla vienprātības mehānisma kombinācija, ko sauc par darba pierādījumu (PoW). Runājot par kriptogrāfiju, katram blokam ir sava veida ciparparaksts (vai jaucējkods). Katrs datu bloks ir savienots tā, lai to nevarētu mainīt, jo jebkuras izmaiņas varētu mainīt bloka jaucējkodu. Jebkuru mēģinājumu mainīt datus ātri atpazīs pārējais tīkls.
PoW vienprātības mehānisms ir vēl viena mīklas daļa. Tas palīdz nodrošināt kriptovalūtas virsgrāmatu. Izpratne par darba pierādījumu ir vesels raksts, taču mūsu vajadzībām ņemiet vērā, ka tīkla dalībnieki var tikai pārbaudīt jaunus darījumus un pievienot tos virsgrāmatai, izmantojot darbību, kas pazīstama kā ieguve. Tas ietver skaitļošanas jaudas izmantošanu, lai atrisinātu matemātisko mīklu. Daļa no procesa prasa šiem datoriem veikt daudzas jaukšanas funkcijas. Tas ietekmē mērogojamības problēmu, jo PoW mehānisms ir drošs, bet salīdzinoši lēns.
Ņemiet vērā arī to, ka jo vairāk dalībnieku (mezglu) ir tīklā, jo drošāks tas ir. Jo lielāks partiju skaits, jo grūtāk vienam sliktajam dalībniekam ir pārņemt kontroli pār sistēmu. Tas attiecas uz tā dēvēto 51% uzbrukumu. Kā pārskats: ja viena vienība (vai sliktu dalībnieku grupa) var kontrolēt vairāk nekā 50% no blokķēdes kopējā tīkla jaukšanas ātruma, viņi varētu ignorēt vienprātību un mainīt ķēdes datus, lai gūtu labumu sev, piemēram, dubulti tēriņi. žetonus.
Īsāk sakot, drošība ir pamatprasība, lai blokķēde būtu veiksmīga, jo bez tās uzbrucēji var pārņemt ķēdi, padarot to nederīgu.
Kas ir mērogojamība?
Mērogojamība attiecas uz mērķi izveidot blokķēdi, kas var atbalstīt arvien vairāk darījumu sekundē. Mērogs ir nepieciešams, lai blokķēdes tehnoloģija kalpotu plašākai sabiedrībai un, iespējams, miljardiem lietotāju. Bet šeit joprojām cīnās daudzas blokķēdes.
Tas ir tāpēc, ka decentralizācija un drošība blokķēdē ir tik būtiskas, ka tās parasti tiek koncentrētas vispirms. Decentralizācijai ir tik liela nozīme blokķēdes ētikā un mērķos, ka tā ir visvairāk atzīto blokķēžu pamatā. Drošība, kā mēs jau apspriedām, ir galvenā prasība, lai blokķēde būtu veiksmīga un noderīga.
Tomēr, piešķirot prioritāti decentralizācijai un drošībai, mērogojamība kļūst par izaicinājumu. Darījumu skaits, ko ķēde var apstrādāt, var būt ļoti ierobežots. Centralizēta maksājumu sistēma, piemēram, Visa, norāda, ka tā spēj atbalstīt 24 000 darījumu sekundē. Tas ir tāpēc, ka tīkls ir slēgts un bez tādiem apsvērumiem kā publiskie mezgli un vienprātība. Salīdziniet to ar dažām pazīstamākajām blokķēdēm.
Saskaņā ar Bloomberg 2022. gadā: “Septembrī Bitcoin nevarēja apstrādāt vairāk nekā septiņus darījumus sekundē, un Ethereum, otrs populārākais tīkls, bija ierobežots līdz aptuveni 15 sekundē — visu mūžu, salīdzinot ar parastajām apmaiņām.”
Kā minēts, šie blokķēdes darījumu ātrumi ir ierobežoti, ņemot vērā veidu, kā informācija ir jāapstrādā dažādiem dalībniekiem, kas veido decentralizēto tīklu, un paša PoW konsensa mehānisma būtības. Ja arvien vairāk cilvēku sabiedrībā sāks izmantot blokķēdes tehnoloģiju, tīkli iestrēgs ierobežotā darījumu skaita dēļ, kurus viņi var apstrādāt.
Kāpēc pastāv blokķēdes trilemma
Acīmredzamākais un pamata risinājums iepriekš aprakstītajai problēmai ir samazināt to dalībnieku skaitu, kuri apstiprina un pievieno tīkla datus apmaiņā pret lielāku mērogu un ātrumu. Taču tas izraisītu decentralizācijas pavājināšanos, jo kontrole tiktu nodota mazākam dalībnieku skaitam. Un tas arī novestu pie drošības vājināšanās, jo mazāk spēlētāju nozīmē lielāku uzbrukumu iespējamību.
Tātad šeit slēpjas trilemma: ņemot vērā saikni starp vēlamajām decentralizācijas īpašībām un drošību, blokķēdes darbības principiālais dizains apgrūtina mērogošanu. Palieliniet vienu, bet jūs vājināt citu. Kā palielināt mērogojamību, nesabojājot decentralizāciju, drošību vai abus?
Blokķēdes trilemmas atrisināšana
Trilemmai nav viena zelta risinājuma. Taču, ņemot vērā šīs problēmas risināšanas nozīmi, sabiedrībā ir bijušas vairākas dažādas pieejas ar interesantiem rezultātiem. Apskatīsim dažus no populārākajiem notikumiem, lai sniegtu jums izpratni par to, kas notiek telpā.
1. Sadalīšana
Šī ir metode blokķēžu (vai cita veida datu bāzu) sadalīšanai mazākās, sadalītās blokķēdēs, kas pārvalda konkrētus datu segmentus. Šī iestatīšana noņem stresu no vienas ķēdes, kas nodarbojas ar visiem darījumiem un mijiedarbībām tīklā. Katra sadalītā blokķēde ir pazīstama kā shard, un tai ir sava īpaša virsgrāmata. Pēc tam šīs lauskas var apstrādāt savus darījumus, bet bākas blokķēde vai galvenā ķēde pārvalda mijiedarbību starp skaidām. Tas padara 1. slāņa tīkla mērogojamības jauninājumu sadalīšanu, jo tas ir izmaiņas blokķēdes galvenajā tīklā.
2. Dažāds vienprātības mehānisms
Viens no iemesliem, kāpēc Bitcoin tīklā pastāv trilemma, ir veids, kā PoW darbojas, lai nodrošinātu drošību. Nepieciešamība pēc kalnračiem, kriptovalūtu algoritmiem un milzīga apjoma decentralizētas skaitļošanas jaudas rada drošu sistēmu, taču tās darbību ir lēna. Viena no trilemmas risināšanas metodēm ir atrast citu veidu, kā panākt vienprātību. Tas bija viens no iemesliem, kāpēc Ethereum pārcēlās no PoW uz Proof of Stake (PoS).
PoS blokķēdēs dalībniekiem, kas ir iesaistīti darījumu validēšanā, ir jāiekļauj (jābloķē) savi marķieri. Nav vajadzīgas ļoti specializētas kalnrūpniecības iekārtas. Vairāk pārbaudītāju pievienošana tīklam ir vienkāršāka un pieejamāka. PoS ir tikai viena no daudzajām dažādajām pieejām konsensa mehānismiem, ņemot vērā mērogojamību.
3. Layer-2 risinājumi
Gan sadalīšana, gan dažādi vienprātības mehānismi ir tā sauktie Layer-1 risinājumi. Viņi vēlas mainīt pamata tīkla galveno dizainu. Bet citi izstrādātāji, kas vēlas atrisināt trilemmu, ir strādājuši pie risinājumiem, kas balstās uz esošo tīkla struktūru. Citiem vārdiem sakot, viņi domā, ka atbilde ir otrajā slānī jeb 2. slānī. Tā piemēri ir sānu ķēdes un stāvokļa kanāli.
Sānu ķēde būtībā ir atsevišķa blokķēde, kas savienota ar galveno ķēdi. Tas ir izveidots tā, lai līdzekļi varētu brīvi plūst starp abiem. Svarīgi, ka sānu ķēde var darboties saskaņā ar dažādiem noteikumiem, nodrošinot lielāku ātrumu un mērogu. Tāpat stāvokļa kanāli ir vēl viens veids, kā izņemt darījumus no galvenās ķēdes un mazināt spiedienu uz 1. slāni. Stāvokļa kanāls izmanto viedo līgumu, nevis atsevišķu ķēdi, lai lietotāji varētu savstarpēji mijiedarboties, nepublicējot savus darījumus blokķēdē. . Blokķēde ieraksta tikai kanāla sākumu un beigas.
Noslēguma domas
Mērogojamības trilemma kavē blokķēdes īstenot savu potenciālu kā tehnoloģiju, kas var mainīt pasauli. Ja blokķēdes tīkli var apstrādāt tikai nelielu skaitu darījumu sekundē, lai saglabātu decentralizāciju un drošību, tad būs grūti panākt masveida ieviešanu. Tomēr risinājumi, ko pašlaik piedāvā izstrādātāji, kas cenšas atrisināt šo problēmu, liecina, ka tehnoloģiskie sasniegumi, ko jau ir veikuši blokķēde, tikai turpināsies, un šie tīkli, iespējams, nākotnē varēs apstrādāt daudz vairāk datu.