Резюме

Існує обмеження на кількість транзакцій, які блокчейн може обробити за секунду. Наприклад, мережа Bitcoin може обробляти приблизно сім транзакцій на секунду. Після того, як технологія блокчейн буде широко впроваджена, можливості та швидкість обробки даних будуть значно покращені, а збільшення кількості користувачів не сповільнить роботу мережі чи збільшить витрати. Однак основні принципи проектування багатьох децентралізованих мереж зосереджені на покращенні масштабованості, часто за рахунок децентралізації чи безпеки. Це так звана «трилема блокчейну». Розробники експериментують із різними механізмами консенсусу, а також рішеннями масштабованості, такими як шардинг, бічні ланцюги та канали стану, сподіваючись вирішити цю проблему.

вступ

Якщо коротко, то блокчейн — це розподілена цифрова база даних. Фрагменти даних організовані в хронологічному порядку. Блоки підключаються через криптографічні докази та захищені. Впроваджена в різних галузях, ця технологія вже змінює спосіб нашої роботи та життя.

Ідея полягає в тому, що з появою безпечних децентралізованих блокчейнів люди зможуть підтримувати роботу світу, не покладаючись на сторонні мережі чи ринки. Однак експерти загалом вважають, що якщо цю технологію потрібно популяризувати у великих масштабах, спершу потрібно вирішити основну проблему, а саме проблему «трійкового парадоксу блокчейну», яка широко обговорюється.

Цей термін популяризував співзасновник Ethereum Віталік Бутерін. Щоб зрозуміти цю концепцію, вам потрібно спочатку знати три основні елементи блокчейну: децентралізація, безпека та масштабованість. Концепція «Трілема блокчейну» стосується труднощів досягнення блокчейном оптимального рівня цих трьох атрибутів одночасно. Збільшення одного атрибута часто призводить до зниження іншого.

У цій статті буде розглянуто три основні елементи трилеми та детально пояснено їх один за іншим. Поглиблене обговорення кожного елемента та того, як він поєднується один з одним, допоможе поглибити наше розуміння того, як і чому існує трилема блокчейну. У цій статті також буде висвітлено кілька рішень, запропонованих розробниками.

Що таке децентралізація?

Біткойн, як і інші подібні блокчейн-мережі, є децентралізованим за своєю схемою. Загальна архітектура цього типу мережі не управляється окремою особою чи окремою організацією, а є децентралізованою. Мережевий рівень відкритий для всіх учасників. У результаті контроль повністю децентралізований, а не в руках однієї організації. Кожен має доступ до однакових даних. Якщо хтось намагається обдурити систему, підробивши записи за власним бажанням, інші учасники можуть відхилити помилкові дані.

Ця операція досить технічна. Візьмемо як приклад мережу Bitcoin, яка не передбачає стороннього контролю. Ми порівнюємо це з опорою на банки у фінансовій системі. Банки зміцнюють довіру між сторонами транзакцій і забезпечують належне збереження всіх записів. Однак блокчейн біткойн ділиться даними з усіма в мережі, щоб переконатися, що дані перевірені перед додаванням до цифрової бази даних. Результатом є система, яка не потребує стороннього втручання.

Децентралізація надає можливість для так званого Web3. Наш поточний Інтернет знаходиться на стадії Web2. Веб-сайти та програми в Web2 контролюються великими компаніями, але користувачі створюють вміст. Web3 – наступний тренд розвитку. В Інтернеті Web3 люди контролюють власні дані та онлайн-життя за допомогою децентралізованої технології блокчейн.​

Однак слід зазначити, що спосіб роботи цих розподілених систем вимагає від великої кількості учасників узгодити достовірність усіх даних, що вимагає спільного використання та обробки інформації, що призводить до сповільнення часу транзакцій. Тому блокчейну потрібно масштабуватися, тобто мати можливість обробляти більше даних із вищою швидкістю. Ми продовжимо це, коли обговорюватимемо масштабованість.

Крім того, щоб досягти децентралізації, спочатку необхідно забезпечити безпеку базового блокчейну. Якщо блокчейну бракує безпеки, злочинці матимуть можливість підробити дані. Це призводить до другої частини трилеми: безпеки.

Що таке безпека блокчейну?

Незалежно від того, наскільки децентралізованим є блокчейн, він не допоможе, якщо йому бракує безпеки. Надійна блокчейн-мережа має бути стійкою до атак зловмисних організацій. Централізовані системи закриті, що забезпечує безпеку. Контролер може гарантувати, що дані не порушуються. Але як досягти безпеки в децентралізованій системі, де кожен може брати участь?

Це складна тема. Давайте повернемося до біткойна та його децентралізованої безпеки блокчейну як приклад. Блокчейн біткойн використовує поєднання криптографії та механізму консенсусу мережі під назвою Proof of Work (PoW). З криптографічної точки зору, кожен блок має цифровий підпис, або «хеш». Будь-яка модифікація змінює хеш блоку, тому кожен блок даних пов’язано таким чином, що його неможливо змінити. Будь-яка спроба змінити дані швидко розпізнається рештою мережі.

Механізм консенсусу підтвердження роботи також відіграє в цьому роль, ефективно забезпечуючи безпеку реєстру криптовалют. Розуміння Proof-of-Work саме по собі є великою справою, але для цілей цієї статті просто пам’ятайте, що учасники мережі можуть лише підтверджувати нові транзакції та додавати їх до книги шляхом «майнінгу». Це передбачає використання обчислювальної потужності для вирішення складних математичних задач. Процес обчислення вимагає від цих комп’ютерів виконання великої кількості функцій хешування. Хоча механізм підтвердження роботи безпечний, він відносно повільний, що викликає проблеми з масштабованістю.

Також зауважте, що чим більше учасників (вузлів) у мережі, тим безпечнішою є мережа. Чим більше учасників, тим важче поганим акторам отримати контроль над системою. Це передбачає так звану «атаку 51%». Загальне значення цієї концепції полягає в тому, що якщо один об’єкт (або група злочинців) контролює понад 50% хешрейту всієї мережі блокчейнів, вони можуть довільно перевернути консенсус і підробити дані в ланцюжку, наприклад як жетони подвійних витрат.​

Одним словом, безпека є фундаментальною для успіху блокчейну. Без безпеки та зловмисників, які засвоять контроль, блокчейн нічого не вартий.

Що таке масштабованість?

Масштабованість стосується побудови блокчейну для збільшення швидкості транзакцій за секунду. Якщо технологія блокчейн має служити ширшому суспільству або мільярдам користувачів, її розширення є обов’язковим. Однак це те, з чим багато блокчейнів досі борються.​

Причина в тому, що децентралізація та безпека є фундаментальними питаннями блокчейну, і тому вони завжди отримують пріоритетну увагу. Децентралізація є основою філософії та цілей блокчейну. Більшість відомих блокчейнів дотримуються цього ядра. Як згадувалося вище, безпека є основною вимогою для успіху та цінності блокчейна.

Однак пріоритетність децентралізації та безпеки ускладнює масштабованість. Кількість транзакцій, які може обробити одна мережа, сильно обмежена. Централізовані платіжні системи, такі як Visa, стверджують, що можуть обробляти 24 000 транзакцій на секунду, оскільки мережа закрита і на неї не впливають публічні вузли та консенсус. Давайте порівняємо різні відомі блокчейни.

За даними Bloomberg у 2022 році: «Станом на вересень біткойну було важко обробляти більше 7 транзакцій на секунду, тоді як друга за популярністю мережа Ethereum була обмежена приблизно 15 транзакціями на секунду, це просто так повільно хто сумнівається в житті».

Як згадувалося раніше, швидкість транзакцій у цих блокчейнах обмежена через те, як учасники децентралізованої мережі мають обробляти інформацію, а також через характер самого консенсусного механізму підтвердження роботи. Якщо все більше і більше людей почнуть використовувати технологію блокчейн у суспільстві, пропускна здатність мережі для обробки транзакцій буде обмежена, що призведе до перевантаження мережі.

Чому існує потрійний парадокс блокчейна?

Найбільш очевидним і основним рішенням вищезазначеної проблеми є розширення мережі та збільшення швидкості шляхом зменшення кількості учасників, які підтверджують і додають мережеві дані. Однак це зменшує децентралізацію та передає контроль у руки кількох учасників. Менша кількість учасників означає збільшення ймовірності нападу, що також може призвести до погіршення безпеки.

Таким чином формується трилема: у базовій конструкції принципу роботи блокчейну два необхідні атрибути децентралізації та безпеки тісно пов’язані, що ускладнює досягнення масштабованості. Троє знаходяться в стані припливів і відпливів. Як ми можемо покращити масштабованість без шкоди для децентралізації, безпеки чи обох?

Розв’язання трилеми блокчейну

Універсального рішення трилеми не існує. Враховуючи важливість вирішення цієї проблеми, спільнота запропонувала безліч різноманітних рішень із багатообіцяючими результатами. Окреслимо головні тренди, щоб кожен мав уявлення про останні розробки в цій сфері.

1. Шардинг

Таким чином блокчейн або інший тип бази даних розбивається на менші частини блокчейну для керування певними сегментами даних. Це налаштування знімає навантаження на один ланцюжок для обробки всіх мережевих транзакцій і взаємодій. Кожен розділ блокчейну називається «шард» і має власну спеціальну книгу. Потім ці шарди можуть самостійно обробляти транзакції, але ланцюг маяків або головний ланцюг керує взаємодією між шардами. Це зміна основної мережі блокчейну, тому шардинг стає оновленням масштабованості для мереж рівня 1.

2. Різні механізми консенсусу

Однією з причин існування потрійного парадоксу в мережі біткойн є те, як працює підтвердження роботи для забезпечення безпеки. Для досягнення безпеки системи незамінні майнери, алгоритми криптовалюти та величезна децентралізована обчислювальна потужність, але вони також призводять до повільної роботи системи. Пошук інших способів забезпечення консенсусу також є способом вирішення трилеми. Це одна з причин, чому Ethereum перейшов від Proof-of-Work до Proof-of-Stake (PoS).

У блокчейні proof-of-stake учасники повинні поставити (заблокувати) свої токени, щоб брати участь у перевірці транзакцій, але вузькоспеціалізовані машини для майнінгу не потрібні. Простіше і зручніше додати в мережу більше валідаторів. Консенсусні механізми підтвердження частки — це лише один із багатьох способів вирішення проблеми масштабованості.

3.Рішення шару-2

Шардинг і різні механізми консенсусу є так званими рішеннями рівня 1, які спрямовані на зміну фундаментального дизайну основної мережі. Однак інші розробники намагаються розв’язати проблему трилеми, створюючи рішення поверх існуючих мережевих структур. Іншими словами, вони вважають, що рішення полягає в мережах рівня 2 або «рівні 2». Відповідні приклади включають сайдчейни та канали стану.

Сайдчейни — це по суті незалежні блокчейни, з’єднані з основним ланцюгом. Завдяки такому налаштуванню активи можуть вільно переміщатися між двома ланцюгами. Важливо те, що сайдчейни можуть працювати за різними правилами для досягнення швидкості та масштабованості. Подібним чином канали стану є ще одним способом розвантажити Рівень 1 шляхом видалення транзакцій з основного ланцюга. Замість використання окремого ланцюжка державні канали використовують смарт-контракти, які дозволяють користувачам взаємодіяти один з одним, не публікуючи транзакції в блокчейні. Блокчейну потрібно лише записати початок і кінець каналу.

Підведіть підсумки

Трилема блокчейну перешкоджає потенціалу технології блокчейн допомогти змінити світ. Якщо мережа блокчейн може обробляти лише невелику кількість транзакцій за секунду, щоб залишатися децентралізованою та безпечною, буде важко досягти масового впровадження. Однак, судячи з останніх рішень, запропонованих розробниками для вирішення цієї проблеми, блокчейн-мережі можуть сподіватися на стрибок у можливостях обробки даних у майбутньому, лише якщо вони продовжуватимуть розвивати поточні технологічні досягнення.