ТЛ;ДР
Перегрузка сети блокчейна возникает, когда количество транзакций, отправленных в сеть, превышает вычислительную мощность сети.
Повышенная транзакционная активность, малые размеры блоков и медленное время блока могут способствовать перегрузке сети.
Последствия перегрузки сети включают увеличение комиссий за транзакции, замедление подтверждения транзакций и ухудшение пользовательского опыта.
Весной 2023 года сеть Биткойн стала перегруженной, поскольку возросшая активность транзакций, связанных с токенами BRC-20, привела к резкому росту ожидающих транзакций и комиссий.
Что такое перегрузка сети?
Перегрузка сети возникает, когда количество транзакций, отправленных в сеть, превышает ее возможности для обработки этих транзакций. Этому явлению способствует несколько факторов, таких как внешние факторы, включая волатильность рынка и внутренние характеристики сети, такие как размер блока и время блока.
Прежде чем мы углубимся в детали, крайне важно изучить процесс добавления блоков в блокчейн.
Как работает технология блокчейн?
Блокчейн состоит из цепочки блоков, каждый из которых содержит данные транзакций, созданных пользователями. Каждый новый блок, добавляемый в цепочку, является постоянным и неизменяемым.
Эти блоки распространяются по децентрализованной сети узлов, каждый из которых хранит копию блокчейна. Блокчейн, защищенный криптографией и теорией игр, составляет основу таких криптовалют, как Биткойн и Эфириум.
Чтобы полностью понять, почему сети блокчейнов могут быть перегружены, нам необходимо изучить ключевые концепции, которые играют роль в способности сети обрабатывать транзакции: мемпулы, блоки-кандидаты, окончательность и принцип самой длинной цепочки.
Что такое «мемпул»?
Мемпул — это набор неподтвержденных транзакций, ожидающих включения в следующий блок.
Например, когда транзакция транслируется в сети Биткойн, она не добавляется в блокчейн немедленно. Вместо этого он сначала попадает в мемпул (сокращение от пула памяти), который по сути является зоной ожидания для всех ожидающих транзакций. Транзакция будет удалена из мемпула после ее подтверждения.
Что такое «блоки кандидатов»?
Блоки-кандидаты, также известные как «предлагаемые блоки», — это те, которые майнеры или валидаторы предлагают добавить в блокчейн. Эти блоки содержат неподтвержденные транзакции, которые были переданы в сеть, но не были включены в блокчейн.
Чтобы блок-кандидат стал подтвержденным блоком, он должен быть добыт или проверен в соответствии с механизмом консенсуса блокчейна. Например, механизм консенсуса Bitcoin Proof of Work (PoW) позволяет майнерам соревноваться в решении сложной математической головоломки. Первый майнер, решивший головоломку, добавит свой блок-кандидат в блокчейн и получит вознаграждение.
В механизме консенсуса Ethereum Proof of Stake (PoS) валидаторы выбираются случайным образом для предложения блоков-кандидатов. Другие валидаторы подтверждают валидность блока. Когда блок получает достаточное количество аттестаций, он переходит из блока-кандидата в подтвержденный блок.
Что такое «окончательность» в блокчейне?
Окончательность — это когда транзакция или операция больше не может быть изменена или отменена. Как только транзакция достигает окончательности, она навсегда записывается в блокчейн и не может быть изменена или удалена.
В блокчейне Биткойна транзакции транслируются в сеть и добавляются в мемпул. Майнеры выбирают и проверяют транзакции из этого пула и включают их в новые блоки для добавления в блокчейн. Транзакции, включенные в этот блок, считаются подтвержденными, но теоретически другие майнеры все еще могут добыть конкурирующий блок.
Окончательность транзакций увеличивается с количеством подтвержденных блоков. Транзакции биткойнов обычно считаются «окончательными», если к блоку, содержащему эти транзакции, добавлены дополнительные шесть блоков. Из-за более короткого времени блокировки Ethereum рекомендуется большее количество подтверждений для достижения аналогичного уровня уверенности в «окончательности».
В чем заключается принцип «самой длинной цепи»?
Как показано выше, несколько майнеров могут создавать новые действительные блоки в одно и то же время. Это может привести к временным развилкам в блокчейне.
Принцип «самой длинной цепочки» относится к правилу, согласно которому действующей версией блокчейна является та, в которую вложено больше всего вычислительной работы, и обычно это версия с самой длинной цепочкой блоков. В результате «действительные» блоки в более коротких цепочках — часто называемые «сиротскими» или устаревшими блоками — отбрасываются, а их транзакции возвращаются в мемпул.
Ethereum использовал принцип самой длинной цепочки, когда сеть использовала Proof of Work (PoW). После перехода Ethereum на Proof of Stake (PoS) в 2022 году сеть приняла обновленный алгоритм выбора форка, который измеряет «вес» цепочки, который представляет собой накопленную сумму голосов валидаторов, взвешенных по балансам застейкнутого эфира валидаторов.
Что вызывает перегрузку сети блокчейна?
Перегрузка сети блокчейна возникает, когда количество транзакций, отправляемых в сеть, превышает возможности сети для их обработки.
Есть несколько причин, по которым сети блокчейна могут перегружаться:
Повышенный спрос
Поскольку все больше людей отправляют транзакции в блокчейн, количество неподтвержденных транзакций в мемпуле может превысить количество, которое может быть включено в один блок. Это особенно актуально для блокчейнов с присущими им ограничениями на размер блока и время блока.
Увеличение количества транзакций может быть вызвано внезапной волатильностью цен, ведущей к резкому увеличению транзакционной активности или волнам циклов массового внедрения.
Небольшой размер блока
Каждый блокчейн имеет размер блока, который определяет максимальный размер блока. Этот размер блока ограничивает количество транзакций, которые может включать блок.
Например, Биткойн изначально был разработан с учетом ограничения размера блока в 1 мегабайт. В 2017 году Биткойн реализовал обновление под названием Segregated Witness или SegWit, чтобы улучшить пропускную способность транзакций. Это увеличивает теоретический предел размера блока примерно до 4 МБ.
Если количество транзакций превышает этот предел, это приводит к перегрузке сети.
Медленное время блокировки
Время блока означает, как часто в блокчейн добавляется новый блок. Биткойн добавляет новый блок примерно каждые 10 минут. Если транзакции создаются с гораздо большей скоростью и объемом, возникнет отставание транзакций.
Каковы последствия перегрузки сети?
Перегрузка сети блокчейна может привести к ряду негативных последствий, которые препятствуют бесперебойной работе сети.
Повышенная комиссия за транзакцию
Майнеры заинтересованы в том, чтобы отдавать приоритет транзакциям с более высокой комиссией. Поэтому, когда сеть блокчейна становится перегруженной, пользователям часто приходится платить более высокие комиссии за транзакции, чтобы стимулировать майнеров расставлять приоритеты для своих транзакций. Это может сделать использование блокчейна более дорогим, чем обычно, особенно для небольших транзакций.
Время задержки подтверждения транзакции
Перегрузка сети может привести к увеличению времени ожидания подтверждения и завершения транзакции. В крайних случаях транзакции могут не подтверждаться в течение нескольких часов, дней или даже дольше. Это может вызвать разочарование у пользователей.
Плохой пользовательский опыт
Высокие комиссии и медленное время подтверждения могут привести к ухудшению пользовательского опыта, что потенциально может снизить принятие и удобство использования блокчейна.
Волатильность рынка
Перегруженность может усилить неопределенность и способствовать волатильности рынка. Если много пользователей пытаются продать криптовалюту, но сеть слишком перегружена для обработки этих транзакций, пользователи могут запаниковать и попытаться быстро избавиться от своих активов.
Существуют и другие последствия, включая риски безопасности и риски централизации сети. В частности, более длительное время подтверждения может увеличить риск атак двойных расходов, а высокие комиссии могут привести к централизации мощности майнинга.
Примеры перегрузки сети
Сети Биткойн и Эфириум столкнулись со значительной перегрузкой сети.
Перегрузка сети Биткойн
Заметный рост цен на Биткойн в период с конца 2017 по начало 2018 года привел к одному из самых заметных событий перегрузки сети на сегодняшний день. Рост популярности Биткойна привел к огромному увеличению спроса и транзакций, что привело к значительным задержкам и невероятному увеличению комиссий за транзакции. В какой-то момент средняя комиссия за транзакцию превысила 50 долларов.
Весной 2023 года сеть Биткойн стала перегруженной, поскольку возросшая активность транзакций, связанных с токенами BRC-20, привела к резкому росту ожидающих транзакций и комиссий. В какой-то момент было зафиксировано около 400 000 неподтвержденных транзакций, что привело к возникновению узкого места в мемпуле. Комиссия за транзакции выросла более чем на 300% за пару недель.
Перегрузка сети Ethereum
Один примечательный пример перегрузки сети Ethereum произошел в 2017 году, когда проект «CryptoKitties» стал вирусным и значительно замедлил работу сети. Из-за бума DeFi также произошла перегрузка сети, что привело к росту цен на газ.
Любая сеть блокчейнов может оказаться перегруженной. Но случаи перегрузки сети в сетях Биткойн и Эфириум привлекли больше внимания, чем в других блокчейнах, поскольку они оказали более широкое влияние из-за своей популярности и важности.
Решения для уменьшения перегрузки сети
Решение проблемы перегрузки сети блокчейна является сложной проблемой. Существует несколько подходов, и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
Увеличение размера блока
Увеличение размера блока позволяет обрабатывать больше транзакций на блок, что эффективно увеличивает пропускную способность сети. Но более крупным блокам требуется больше времени для распространения по сети, что увеличивает риск временных разветвлений. Им также требуется больше места для хранения, что может привести к усилению централизации.
Уменьшение времени блока
Сокращение времени блока может позволить сети быстрее обрабатывать транзакции. Однако более короткое время блокировки может увеличить количество потерянных блоков и потенциально поставить под угрозу безопасность.
Решения уровня 2
Эти оффчейн-решения обрабатывают транзакции вне основного блокчейна и записывают конечное состояние в цепочке. Lightning Network Биткойна и Plasma Эфириума являются примерами таких решений. Эти решения могут повысить масштабируемость, но сложны в реализации и могут создать дополнительные проблемы с безопасностью.
Шардинг
Шардинг — это метод, при котором блокчейн разделяется на несколько более мелких сегментов, каждый из которых способен обрабатывать транзакции и смарт-контракты. Это может значительно увеличить пропускную способность сети. Но, как и в случае с решениями уровня 2, сегментирование увеличивает сложность, а также может создавать дополнительные риски безопасности.
Другие потенциальные решения проблемы перегрузки сети включают корректировку комиссий и решения по масштабированию, в том числе оптимистичные объединения и объединения с нулевым разглашением. Механизм консенсуса Proof of Stake (PoS) обычно работает быстрее, чем Proof of Work (PoW).
Заключительные мысли
Поскольку ожидается, что в ближайшие годы технология блокчейна будет принята большим количеством пользователей, проблемы перегрузки сети приобретают все большее значение. Способность сети эффективно обрабатывать большой объем транзакций имеет решающее значение для широкого внедрения и удобства использования. Это особенно актуально для систем блокчейна, призванных облегчить повседневные транзакции в реальном времени.
Хотя перегрузка сети блокчейна создает серьезные проблемы, сообщество продолжает разрабатывать решения, которые помогут смягчить эти проблемы. Вот почему исследования по улучшению масштабируемости блокчейна находятся в авангарде отрасли.
Дальнейшее чтение
Что такое блокчейн и как он работает?
Каковы комиссии за транзакции в блокчейне?
Как добывать биткойны
Каково соотношение комиссии к вознаграждению в Биткойне?
Отказ от ответственности и предупреждение о рисках. Этот контент предоставляется вам «как есть» только для общей информации и образовательных целей, без каких-либо заявлений или гарантий. Его не следует истолковывать как финансовую, юридическую или иную профессиональную консультацию, а также не рекомендуется покупать какой-либо конкретный продукт или услугу. Вам следует обратиться за советом к соответствующим профессиональным консультантам. Если статья написана сторонним автором, обратите внимание, что высказанные мнения принадлежат стороннему автору и не обязательно отражают точку зрения Binance Academy. Пожалуйста, прочитайте наш полный отказ от ответственности здесь для получения более подробной информации. Цены на цифровые активы могут быть нестабильными. Стоимость ваших инвестиций может снизиться или вырасти, и вы не сможете вернуть вложенную сумму. Вы несете единоличную ответственность за свои инвестиционные решения, и Binance Academy не несет ответственности за любые убытки, которые вы можете понести. Этот материал не следует рассматривать как финансовую, юридическую или другую профессиональную консультацию. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашими Условиями использования и Предупреждением о рисках.