Wprowadzenie do zagadnień skalowalności Blockchain

Pojawienie się technologii blockchain, niosącej ze sobą obietnicę zdecentralizowanych, bezpiecznych i niezmiennych transakcji, zrewolucjonizowało wiele branż. Jednakże, jak każda pionierska technologia, wiąże się ona z pewnymi wyzwaniami. Jedną z najbardziej krytycznych i szeroko dyskutowanych kwestii jest skalowalność.

W kontekście technologii blockchain skalowalność odnosi się do zdolności sieci do sprawnej i skutecznej obsługi i przetwarzania rosnącego wolumenu transakcji. Prawdziwym wyzwaniem jest paradoksalna relacja pomiędzy decentralizacją, bezpieczeństwem i skalowalnością, często nazywana „trylematem blockchain”. Trylemat zakłada, że ​​sieć blockchain może wyróżniać się w dwóch obszarach, ale nieuchronnie pójdzie na kompromis w trzecim.

Większość tradycyjnych łańcuchów bloków, takich jak Bitcoin i Ethereum, została zaprojektowana z dużym naciskiem na bezpieczeństwo i decentralizację. Nacisk ten, choć kluczowy dla integralności sieci, w sposób niezamierzony ograniczył ich skalowalność. Ograniczenie to najlepiej widać w okresach dużego obciążenia sieci, gdy użytkownicy doświadczają dłuższych czasów transakcji i wyższych opłat transakcyjnych.

Obecna zdolność transakcyjna Bitcoina wynosi około siedmiu transakcji na sekundę (TPS), podczas gdy Ethereum radzi sobie nieco lepiej przy 15 TPS. W porównaniu ze scentralizowanymi sieciami finansowymi, takimi jak Visa, które są w stanie obsłużyć około 24 000 TPS, staje się jasne, jak wiele jest jeszcze do zrobienia w zakresie skalowalności blockchainu.

Kwestia skalowalności stanowi zatem istotną przeszkodę w masowym przyjęciu technologii blockchain. Stało się ono przedmiotem licznych inicjatyw badawczych i projektów rozwojowych mających na celu optymalizację sieci blockchain bez poświęcania ich decentralizacji i bezpieczeństwa. Pojawienie się rozwiązań warstwy 2, takich jak Lightning Network i Plasma, oznacza obiecujący postęp w tej dziedzinie, oferując innowacyjne sposoby zwiększania skalowalności, a tym samym przybliżając technologię do powszechnej akceptacji. 

Zrozumienie rozwiązań warstwy 1 i warstwy 2

Aby rozwikłać zawiłości skalowalności blockchainu, ważne jest zrozumienie podstawowych różnic między rozwiązaniami warstwy 1 i warstwy 2. Terminy te odnoszą się do dwóch różnych podejść do zwiększania zdolności blockchain do przetwarzania transakcji.

Rozwiązania warstwy 1 obejmują modyfikacje samego protokołu blockchain, skutecznie zmieniając pierwotne zasady sieci. Zmiany te mogą obejmować zwiększenie rozmiaru bloku, jak widać w przypadku hard forku Bitcoin Cash, lub przejście na bardziej skalowalny mechanizm konsensusu, taki jak Proof of Stake Ethereum. Rozwiązania warstwy 1 są często bardziej skomplikowane we wdrożeniu, ponieważ zazwyczaj wymagają zgody obejmującej całą sieć lub hard forku, co może prowadzić do fragmentacji w społeczności.

Z drugiej strony rozwiązania warstwy 2 mają na celu poprawę skalowalności bez zmiany protokołu podstawowego. Zamiast tego działają poprzez budowanie dodatkowej struktury na istniejącym łańcuchu bloków. Podstawową ideą jest odciążenie znacznej części transakcji z głównego łańcucha i przetwarzanie ich na drugiej warstwie, która jest szybsza i bardziej elastyczna. Po sfinalizowaniu transakcji w drugiej warstwie wynik jest rejestrowany na głównym blockchainie, zapewniając w ten sposób bezpieczeństwo i niezmienność. To podejście „poza łańcuchem” zyskało znaczną popularność ze względu na swój potencjał radykalnego zwiększenia przepustowości transakcji bez poświęcania nieodłącznych zalet leżącego u podstaw łańcucha bloków.

Dwa z najbardziej znanych rozwiązań warstwy 2, Lightning Network i Plasma, wykazały znaczny potencjał w zwalczaniu problemów ze skalowalnością, odpowiednio, Bitcoina i Ethereum. W poniższych sekcjach zagłębimy się w te rozwiązania, wyjaśniając ich funkcje, cechy i implikacje dla przyszłości technologii blockchain. 

Zagłęb się w rozwiązania skalowania warstwy 2

Wkraczając w świat rozwiązań warstwy 2, konieczne jest zrozumienie podstawowych zasad rządzących tymi innowacyjnymi technologiami. Rozwiązania skalujące warstwy 2 mają na celu przede wszystkim złagodzenie przeciążenia sieci i zmniejszenie opłat transakcyjnych poprzez przeprowadzanie większości transakcji poza łańcuchem. Wykorzystują bezpieczeństwo głównego łańcucha bloków, na którym zamieszczane są tylko niezbędne informacje. Innymi słowy, rozwiązania warstwy 2 pełnią rolę sieci pomocniczej, która umożliwia szybsze i tańsze transakcje, ostatecznie rozliczając wynik netto na pierwotnym blockchainie.

Jedna z podstawowych koncepcji wykorzystywanych w wielu rozwiązaniach warstwy 2 znana jest jako „kanały stanu”. Kanał stanowy to dwukierunkowy kanał komunikacji pomiędzy uczestnikami, który umożliwia im przeprowadzanie między sobą nieograniczonej liczby transakcji poza łańcuchem. Transakcje te są natychmiastowe, ponieważ nie wymagają potwierdzeń blokowych i mają minimalne opłaty, ponieważ nie zużywają zasobów sieciowych. Po zakończeniu transakcji uczestnicy zamykają kanał państwowy i rozliczają wynik netto w głównym łańcuchu.

Inną istotną techniką stosowaną w rozwiązaniach warstwy 2 są „łańcuchy boczne”. Są to niezależne łańcuchy bloków, które działają równolegle do łańcucha głównego i mają własne mechanizmy konsensusu. Aktywa można przenosić z łańcucha głównego do łańcucha bocznego, umożliwiając szybsze i tańsze transakcje. Po zakończeniu transakcji aktywa można przenieść z powrotem do głównego łańcucha.

Zarówno kanały stanowe, jak i sidechains znacznie zmniejszają obciążenie głównego łańcucha, zwiększając ogólną zdolność transakcyjną sieci. Jednak każdy z nich ma swoje mocne i słabe strony, dzięki czemu nadają się do różnych zastosowań. W kolejnych sekcjach przeanalizujemy Lightning Network i Plasma, dwa rozwiązania warstwy 2, które wykorzystują te koncepcje do rozwiązania problemów ze skalowalnością odpowiednio Bitcoina i Ethereum. 

Podkreślanie sieci Lightning

W odpowiedzi na problem skalowalności Bitcoina, Lightning Network została pomyślana jako rozwiązanie warstwy 2, które ma ułatwić szybsze i tańsze transakcje. Sieć Lightning wykorzystuje koncepcję kanałów stanowych, umożliwiając uczestnikom przeprowadzanie transakcji poza łańcuchem, z pominięciem ograniczeń związanych z czasem potwierdzania bloków i przeciążeniem sieci.

Lightning Network działa poprzez utworzenie kanału płatności pomiędzy dwiema stronami, które chcą przeprowadzić wiele transakcji. Kanał ten otwiera się poprzez utworzenie portfela z wieloma podpisami, który jest zasadniczo portfelem Bitcoin , który wymaga podpisów obu stron w celu wykonania transakcji. Otwarcie kanału, polegające na utworzeniu portfela z wieloma podpisami i wstępnej wpłacie Bitcoinów, jest rejestrowane na blockchainie Bitcoin.

Po otwarciu kanału obie strony mogą przeprowadzać między sobą nieograniczoną liczbę transakcji, bez rejestrowania tych transakcji w głównym łańcuchu. Transakcje te zmieniają rozkład depozytu początkowego w portfelu z wieloma podpisami, ale odbywają się natychmiast i bez opłat, ponieważ nie podlegają potwierdzeniom blokowym.

Kiedy strony nie chcą już dokonywać transakcji, zamykają kanał, a ostateczna dystrybucja Bitcoina w portfelu z wieloma podpisami jest rejestrowana w głównym łańcuchu. Co ważne, na blockchainie rejestrowane są tylko transakcje otwarcia i zamknięcia, co pozwala na potencjalnie tysiące transakcji poza łańcuchem przy zaledwie dwóch transakcjach w łańcuchu.

To innowacyjne podejście obiecuje znaczny wzrost skalowalności Bitcoina, wspierając niemal natychmiastowe transakcje przy minimalnych opłatach. Należy jednak pamiętać, że Lightning Network najlepiej nadaje się do małych transakcji lub mikrotransakcji, biorąc pod uwagę wymagania dotyczące kanałów wstępnego finansowania i potencjalne ryzyko związane z większymi transakcjami. 

Odkrywanie plazmy

Plasma to kolejne rozwiązanie skalujące warstwy 2, zaprojektowane przede wszystkim w celu rozwiązania problemów ze skalowalnością sieci Ethereum. Opracowany przez Josepha Poona i współzałożyciela Ethereum Vitalika Buterina, Plasma wykorzystuje koncepcję sidechains, aby stworzyć hierarchiczną strukturę połączonych ze sobą łańcuchów bloków, z których każdy działa niezależnie, a ostatecznie jest zakotwiczony w głównym łańcuchu Ethereum.

W frameworku Plasma łańcuch nadrzędny (główny łańcuch Ethereum) jest połączony z wieloma łańcuchami podrzędnymi lub łańcuchami Plasma, które są w stanie niezależnie uruchamiać inteligentne kontrakty i przetwarzać transakcje. Te łańcuchy podrzędne mogą mieć własne łańcuchy podrzędne, tworząc strukturę przypominającą drzewo. Kluczową zaletą tej architektury jest to, że każdy łańcuch działa niezależnie, odciążając znaczną część transakcji z głównego łańcucha, zwiększając w ten sposób skalowalność.

Kiedy użytkownik chce wejść w interakcję z łańcuchem Plasma, najpierw zdeponuje swoje tokeny Ether lub ERC-20 w inteligentnym kontrakcie w głównym łańcuchu Ethereum. Ten inteligentny kontrakt działa jako pomost pomiędzy łańcuchem głównym a łańcuchem Plasma. Po potwierdzeniu wpłaty w sieci Plasma tworzone są równoważne aktywa, umożliwiające użytkownikowi przeprowadzanie transakcji lub interakcję z inteligentnymi kontraktami w szybszym tempie i przy niższych opłatach.

Aby zapewnić bezpieczeństwo i integralność łańcucha plazmy, stosuje się proces znany jako „wyjście plazmy”. Proces ten umożliwia użytkownikom wycofanie swoich zasobów z łańcucha Plasma z powrotem do głównego łańcucha, nawet w przypadku złośliwego aktora próbującego złamać łańcuch Plasma. Ponadto łańcuchy Plasma opierają się na mechanizmie konsensusu zwanym „Proof of Authority”, w którym niewielka liczba walidatorów jest odpowiedzialna za utrzymanie integralności łańcucha, co dodatkowo optymalizuje jego wydajność.

Odciążając większość obciążeń transakcyjnych z głównego łańcucha, Plasma może znacząco zwiększyć skalowalność Ethereum, torując drogę do rozkwitu w ekosystemie bardziej wyrafinowanym i wymagającym dużych zasobów zdecentralizowanym aplikacjom (dApps). 

Porównanie sieci Lightning i plazmy

Lightning Network i Plasma reprezentują dwa różne podejścia do rozwiązań skalowania warstwy 2, każde dostosowane do specyficznych cech i wymagań odpowiednich łańcuchów bloków, Bitcoina i Ethereum.

Sieć Lightning, zaprojektowana dla Bitcoin, wykorzystuje kanały stanowe w celu ułatwienia transakcji poza łańcuchem. Jest szczególnie biegły w szybkiej i ekonomicznej obsłudze dużej liczby małych transakcji. Umożliwiając użytkownikom otwieranie między sobą bezpośrednich kanałów płatności, Lightning Network sprzyja mikrotransacjom i częstym, tanim interakcjom, co czyni go idealnym rozwiązaniem w scenariuszach wymagających transakcji o wysokiej częstotliwości i niskiej wartości. Jednakże może nie być tak odpowiedni w przypadku większych transakcji ze względu na wymóg kanałów wstępnego finansowania i potencjalne ryzyko bezpieczeństwa związane ze znacznymi saldami kanałów.

Z drugiej strony Plasma, zaprojektowana dla Ethereum, wykorzystuje sieć łańcuchów bocznych, aby odciążyć obciążenie obliczeniowe z głównego łańcucha. Dzięki temu wyjątkowo nadaje się do skomplikowanych operacji, takich jak te związane ze zdecentralizowanymi aplikacjami lub inteligentnymi kontraktami. Łańcuchy plazmowe mogą obsługiwać różnorodne zadania, od prostych transferów wartości po skomplikowane interakcje inteligentnych kontraktów. Należy jednak pamiętać, że solidność Plazmy wiąże się z pewnym stopniem złożoności, a hierarchiczny charakter sieci może powodować wyzwania w koordynowaniu wielu łańcuchów bocznych.

Zasadniczo zarówno Lightning Network, jak i Plasma reprezentują znaczny postęp w skalowalności blockchain, każdy ze swoimi mocnymi stronami i idealnymi przypadkami użycia. W miarę ewolucji rozwiązań warstwy 2 prawdopodobne jest, że zobaczymy bardziej wyspecjalizowane wdrożenia, które zaspokoją różnorodny zakres wymagań dotyczących skalowalności w szerszym krajobrazie blockchain.  

Przypadki użycia i historie sukcesu w świecie rzeczywistym

Rozwiązania warstwy 2 to nie tylko konstrukcje teoretyczne. Zaczęto już wywierać wymierny wpływ na świat blockchain, wykazując praktyczną użyteczność w różnorodnych zastosowaniach.

Sieć Lightning umożliwiła mikrotransakcje użytkownikom Bitcoin na całym świecie, przy czym obecnie aktywne są tysiące węzłów i kanałów. Godną uwagi aplikacją jest platforma mediów społecznościowych Sphinx Chat, która zintegrowała Lightning Network, aby ułatwić mikropłatności twórcom treści. Umożliwiając bezpośrednie, tanie płatności pomiędzy użytkownikami i twórcami, Sphinx Chat jest pionierem nowego modelu monetyzacji w mediach społecznościowych.

W obszarze handlu detalicznego online procesor płatności OpenNode wykorzystał Lightning Network, aby umożliwić natychmiastowe i tanie transakcje Bitcoin. Umożliwiło to firmom, zarówno dużym, jak i małym, akceptowanie płatności Bitcoinami bardziej ekonomicznie i wydajnie niż kiedykolwiek wcześniej.

Obiecującą implementacją Plazmy jest Matic Network (obecnie Polygon), która zapewnia skalowalną i elastyczną platformę warstwy 2 dla Ethereum. Wykorzystując wariant Plazmy, firmie Matic udało się znacznie zwiększyć prędkość transakcji przy jednoczesnej redukcji kosztów, co czyni go atrakcyjnym rozwiązaniem dla zdecentralizowanych aplikacji wymagających skalowalności.

Te historie sukcesu podkreślają znaczny potencjał rozwiązań warstwy 2 w zwiększaniu skalowalności blockchain. W miarę ewolucji i dojrzewania tych technologii możemy spodziewać się szerszego zakresu zastosowań i bardziej wszechstronnej integracji z istniejącymi sieciami blockchain. 

Przyszłość rozwiązań warstwy 2

W miarę ewolucji i dojrzewania technologii blockchain rozwiązania warstwy 2 będą odgrywać coraz bardziej kluczową rolę w zwiększaniu skalowalności i ułatwianiu masowego przyjęcia technologii blockchain. Podróż jest jednak wciąż na wczesnym etapie, a krajobraz jest pełen możliwości eksploracji i innowacji.

Ekscytującą perspektywą jest opracowanie interoperacyjnych rozwiązań warstwy 2, które mogą działać na różnych platformach blockchain. Takie międzyłańcuchowe rozwiązania warstwy 2 mogłyby umożliwić płynne interakcje między różnymi ekosystemami blockchain, skutecznie łącząc odizolowane wyspy blockchain i tworząc bardziej ujednoliconą i wydajną sieć blockchain.

Ponadto zastosowanie rozwiązań warstwy 2 w szybko rozwijającej się dziedzinie zdecentralizowanych finansów (DeFi) stanowi obiecującą drogę. Ponieważ platformy DeFi stale rosną pod względem złożoności i wolumenu transakcji, rozwiązania warstwy 2 mogą okazać się kluczowe w obsłudze tego wzrostu popytu bez nadmiernego obciążania bazowego łańcucha bloków.

Co więcej, postęp w technologiach warstwy 2 może otworzyć drzwi do nowych zastosowań technologii blockchain, które obecnie nie są wykonalne ze względu na ograniczenia skalowalności. Mogą one obejmować zdecentralizowane platformy mediów społecznościowych po globalne systemy łańcucha dostaw, potencjalnie rewolucjonizując całe branże.

Należy jednak pamiętać, że rozwiązania warstwy 2, choć obiecujące, nie są lekarstwem. Każde rozwiązanie wiąże się z kompromisami i wyzwaniami, dlatego niezwykle ważne jest, aby kontynuować badanie innych możliwości poprawy skalowalności łańcucha bloków, takich jak optymalizacje warstwy 1 i nowatorskie algorytmy konsensusu.

Podsumowując, ewolucja rozwiązań warstwy 2 jest kluczowym elementem trwającej rewolucji blockchain. Umożliwiając wydajne i efektywne skalowanie łańcuchów bloków, technologie te torują drogę przyszłości, w której technologia blockchain jest głęboko zintegrowana z tkanką naszego cyfrowego życia.

Oryginalny artykuł opublikowany na naszej stronie internetowej:  www.cryptocurrencyguide.org