Вступ до проблем масштабованості блокчейну

Поява технології блокчейн, яка обіцяє децентралізовані, безпечні та незмінні транзакції, зробила революцію в багатьох галузях. Однак, як і будь-яка новаторська технологія, вона має певні труднощі. Одним із найбільш критичних і широко обговорюваних питань є масштабованість.

У контексті технології блокчейн масштабованість означає здатність мережі обробляти та обробляти зростаючий обсяг транзакцій ефективно та результативно. Справжня проблема полягає в парадоксальному взаємозв’язку між децентралізацією, безпекою та масштабованістю, який часто називають «трилемою блокчейну». Трилема стверджує, що мережа блокчейн може досягти успіху в двох сферах, але неминуче зазнає компромісів у третій.

Більшість традиційних блокчейнів, таких як Bitcoin і Ethereum, були розроблені з великим акцентом на безпеку та децентралізацію. Цей акцент, хоч і важливий для цілісності мереж, ненавмисно обмежив їх масштабованість. Це обмеження найкраще проявляється в періоди високого перевантаження мережі, коли користувачі стикаються з повільнішими транзакціями та вищими комісіями.

Поточна пропускна здатність біткойнів становить приблизно сім транзакцій на секунду (TPS), тоді як Ethereum має трохи кращі показники – 15 TPS. У порівнянні з централізованими фінансовими мережами, такими як Visa, здатними обробляти приблизно 24 000 TPS, стає очевидним, скільки можливостей для вдосконалення є з точки зору масштабованості блокчейну.

Таким чином, проблема масштабованості є значною перешкодою для масового впровадження технології блокчейн. Він став центром численних дослідницьких ініціатив і проектів розвитку, спрямованих на оптимізацію блокчейн-мереж без шкоди для їх децентралізації чи безпеки. Поява рішень рівня 2, таких як Lightning Network і Plasma, означає багатообіцяючий прогрес у цій галузі, пропонуючи інноваційні способи підвищення масштабованості та, таким чином, наближаючи технологію до широкого визнання. 

Розуміння рішень рівня 1 і рівня 2

Щоб розгадати тонкощі масштабованості блокчейну, дуже важливо зрозуміти фундаментальні відмінності між рішеннями рівня 1 і рівня 2. Ці терміни стосуються двох різних підходів до підвищення здатності блокчейна обробляти транзакції.

Рішення рівня 1 охоплюють модифікації самого протоколу блокчейну, фактично змінюючи вихідні правила мережі. Ці зміни можуть включати збільшення розміру блоку, як це видно в хардфорку Bitcoin Cash, або перехід на більш масштабований механізм консенсусу, як-от Proof of Stake Ethereum. Рішення рівня 1 часто є складнішими для реалізації, оскільки вони зазвичай вимагають узгодження всієї мережі або хардфорка, що потенційно може призвести до фрагментації всередині спільноти.

Рішення рівня 2, з іншого боку, прагнуть покращити масштабованість без зміни базового протоколу. Натомість вони функціонують, створюючи вторинну структуру поверх існуючого блокчейну. Основна ідея полягає в тому, щоб розвантажити значну частину транзакцій з основного ланцюга, обробивши їх на другому рівні, який є швидшим і гнучкішим. Після завершення транзакцій на другому рівні результат записується в основний блокчейн, що забезпечує безпеку та незмінність. Цей «неланцюговий» підхід набув значної популярності завдяки своєму потенціалу значного збільшення пропускної здатності транзакцій без шкоди властивим перевагам базового блокчейну.

Два найвідоміших рішення рівня 2, Lightning Network і Plasma, продемонстрували значний потенціал у боротьбі з проблемами масштабованості Bitcoin та Ethereum відповідно. У наступних розділах ми детальніше ознайомимося з цими рішеннями, з’ясуємо їхні функції, особливості та наслідки для майбутнього технології блокчейн. 

Глибоке занурення в рішення масштабування рівня 2

Коли ми входимо у світ рішень рівня 2, дуже важливо зрозуміти основні принципи, які керують цими інноваційними технологіями. Рішення для масштабування рівня 2 в першу чергу спрямовані на зменшення перевантаження мережі та зниження комісії за транзакції шляхом проведення більшості транзакцій поза мережею. Вони використовують безпеку основного блокчейну, на якому розміщується лише важлива інформація. Іншими словами, рішення рівня 2 служать допоміжною мережею, яка сприяє швидшим і дешевшим транзакціям, зрештою встановлюючи чисті результати на первинному блокчейні.

Одна з основних концепцій, яка використовується багатьма рішеннями рівня 2, відома як «канали стану». Канал стану — це двосторонній канал зв’язку між учасниками, який дозволяє їм проводити необмежену кількість транзакцій між собою поза мережею. Ці транзакції здійснюються миттєво, оскільки не потребують підтвердження блокування, і мають мінімальну комісію, оскільки не споживають мережеві ресурси. Після завершення транзакцій учасники закривають державний канал і розраховуються за чистим результатом у головному ланцюзі.

Ще одна важлива техніка, яка використовується в рішеннях рівня 2, — це «сайдчейни». Це незалежні блокчейни, які працюють паралельно основному ланцюгу та мають власні механізми консенсусу. Активи можна передавати з основного ланцюга в сайдчейн, що забезпечує швидші та дешевші транзакції. Після завершення транзакцій активи можна перемістити назад до основного ланцюга.

Як канали стану, так і бічні ланцюги значно зменшують навантаження на основний ланцюг, підвищуючи загальну пропускну здатність мережі. Однак кожен з них має свої сильні та слабкі сторони, що робить їх придатними для різних застосувань. У наступних розділах буде проаналізовано Lightning Network і Plasma, два рішення рівня 2, які використовують ці концепції для вирішення проблем масштабованості Bitcoin та Ethereum відповідно. 

Виділення мережі Lightning

У відповідь на проблему масштабованості біткойна мережа Lightning була концептуалізована як рішення рівня 2 для сприяння швидшим і недорогим транзакціям. Lightning Network використовує концепцію каналів стану, що дозволяє учасникам здійснювати транзакції поза ланцюгом, обходячи обмеження часу підтвердження блоку та перевантаження мережі.

Мережа Lightning працює шляхом створення платіжного каналу між двома сторонами, які бажають провести кілька транзакцій. Цей канал відкривається шляхом створення гаманця з кількома підписами, який, по суті, є біткойн-гаманцем, для виконання транзакції якого потрібні підписи обох сторін. Відкриття каналу, що включає створення гаманця з кількома підписами та початковий депозит у біткойнах, фіксується в блокчейні біткойнів.

Коли канал відкрито, дві сторони можуть виконувати необмежену кількість транзакцій між собою, при цьому ці транзакції не реєструються в основному ланцюжку. Ці транзакції змінюють розподіл початкового депозиту в гаманці з кількома підписами, але вони відбуваються миттєво та без комісій, оскільки вони не підлягають підтвердженням блокування.

Коли сторони більше не бажають здійснювати транзакції, вони закривають канал, а остаточний розподіл біткойнів у гаманці з кількома підписами записується в головному ланцюжку. Важливо, що лише відкриття та закриття транзакцій реєструються в блокчейні, що дозволяє потенційно здійснювати тисячі транзакцій поза ланцюгом лише з двома транзакціями в ланцюзі.

Цей інноваційний підхід обіцяє значне підвищення масштабованості біткойна, підтримуючи майже миттєві транзакції з мінімальними комісіями. Однак важливо розуміти, що Lightning Network найкраще підходить для невеликих або мікротранзакцій, враховуючи вимоги каналів попереднього фінансування та потенційні ризики, пов’язані з більшими транзакціями. 

Вивчення плазми

Plasma — це ще одне рішення для масштабування рівня 2, призначене в основному для вирішення проблем масштабованості мережі Ethereum. Задуманий Джозефом Пуном і співзасновником Ethereum Віталіком Бутеріним, Plasma використовує концепцію бічних ланцюгів для створення ієрархічної структури взаємопов’язаних блокчейнів, кожен з яких працює незалежно, але в кінцевому підсумку прив’язаний до основного ланцюга Ethereum.

У структурі Plasma батьківський ланцюг (основний ланцюг Ethereum) підключений до кількох дочірніх ланцюжків або ланцюгів Plasma, які можуть запускати смарт-контракти та обробляти транзакції незалежно. Ці дочірні ланцюжки можуть мати власні дочірні ланцюжки, утворюючи деревоподібну структуру. Ключова перевага цієї архітектури полягає в тому, що кожен ланцюг працює незалежно, вивантажуючи значну частину транзакцій з основного ланцюга, тим самим підвищуючи масштабованість.

Коли користувач хоче взаємодіяти з ланцюгом Plasma, він спочатку вносить свої токени Ether або ERC-20 у смарт-контракт у головному ланцюзі Ethereum. Цей розумний контракт діє як міст між основним ланцюгом і ланцюгом Plasma. Після підтвердження депозиту в ланцюжку Plasma створюються еквівалентні активи, що дозволяє користувачеві проводити транзакції або взаємодіяти з розумними контрактами швидше та з меншими комісіями.

Для забезпечення безпеки та цілісності ланцюга плазми використовується процес, відомий як «вихід плазми». Цей процес дозволяє користувачам вилучати свої активи з ланцюга Plasma назад до основного ланцюга, навіть якщо зловмисник намагається скомпрометувати ланцюжок Plasma. Крім того, плазмові ланцюги покладаються на механізм консенсусу під назвою «Доказ повноважень», де невелика кількість валідаторів відповідає за підтримку цілісності ланцюга, що додатково оптимізує продуктивність ланцюга.

Розвантажуючи значну частину транзакційного тягаря з основного ланцюга, Plasma має потенціал для значного підвищення масштабованості Ethereum, прокладаючи шлях для більш складних і ресурсомістких децентралізованих програм (dApps) для процвітання в екосистемі. 

Порівняння Lightning Network і Plasma

Lightning Network і Plasma представляють два різні підходи до рішень масштабування рівня 2, кожен з яких адаптований до конкретних характеристик і вимог відповідних блокчейнів, Bitcoin та Ethereum.

Мережа Lightning, розроблена для біткойнів, використовує державні канали для полегшення транзакцій поза мережею. Він особливо вправний у обробці великого обсягу дрібних транзакцій швидко та економічно. Дозволяючи користувачам відкривати канали прямих платежів між собою, Lightning Network сприяє мікро-транзакціям і частим недорогим взаємодіям, що робить її ідеальним рішенням для сценаріїв, які вимагають високочастотних транзакцій з низькою вартістю. Однак він може бути не таким придатним для великих транзакцій через вимогу каналів попереднього фінансування та потенційні ризики безпеки, пов’язані зі значними залишками каналів.

З іншого боку, Plasma, розроблена для Ethereum, використовує мережу бічних ланцюжків, щоб розвантажити обчислювальне навантаження з основного ланцюга. Це робить його винятково придатним для складних операцій, таких як пов’язані з децентралізованими програмами або смарт-контрактами. Плазмові ланцюжки можуть вирішувати різноманітні завдання, від простих передач цінностей до складних взаємодій смарт-контрактів. Однак важливо зазначити, що надійність Plasma пов’язана з певним ступенем складності, а ієрархічний характер мережі може спричинити проблеми з координацією між кількома бічними мережами.

По суті, як Lightning Network, так і Plasma представляють значні досягнення в масштабованості блокчейну, кожна зі своїми сильними сторонами та ідеальними варіантами використання. Оскільки рішення рівня 2 продовжують розвиватися, цілком імовірно, що ми побачимо більше спеціалізованих реалізацій, які задовольнятимуть різноманітні вимоги щодо масштабованості в ширшому ландшафті блокчейну.  

Реальні випадки використання та історії успіху

Рішення рівня 2 — це не просто теоретичні побудови. Вони вже почали справляти відчутний вплив у світі блокчейнів, демонструючи практичну корисність у різноманітних програмах.

Мережа Lightning Network увімкнула мікротранзакції для користувачів біткойнів у всьому світі з тисячами активних вузлів і каналів. Одним із відомих додатків є платформа соціальних медіа Sphinx Chat, яка інтегрувала Lightning Network для полегшення мікроплатежів для творців контенту. Дозволяючи прямі недорогі платежі між користувачами та творцями, Sphinx Chat є піонером нової моделі монетизації для соціальних мереж.

У роздрібному інтернет-магазині платіжний процесор OpenNode використав Lightning Network, щоб увімкнути миттєві транзакції з біткойнами з низькою комісією. Це дозволило компаніям, як великим, так і малим, приймати платежі в біткойнах економніше та ефективніше, ніж будь-коли раніше.

Багатообіцяючою реалізацією Plasma є Matic Network (тепер Polygon), яка забезпечує масштабовану та гнучку структуру рівня 2 для Ethereum. Використовуючи варіант Плазми, Matic вдалося значно збільшити швидкість транзакцій, одночасно зменшивши витрати, що робить його привабливим рішенням для децентралізованих програм, яким потрібна масштабованість.

Ці історії успіху підкреслюють значний потенціал рішень рівня 2 у покращенні масштабованості блокчейну. Оскільки ці технології продовжують розвиватися та розвиватися, ми можемо очікувати ширшого діапазону випадків використання та більш повної інтеграції в існуючі мережі блокчейну. 

Майбутнє рішень рівня 2

У міру того, як технологія блокчейн продовжує розвиватися та вдосконалюватися, рішення рівня 2 будуть відігравати все більш вирішальну роль у покращенні масштабованості та сприянні масовому впровадженню технології блокчейн. Однак ця подорож все ще перебуває на початковій стадії, і ландшафт багатий на можливості для досліджень та інновацій.

Одна захоплююча перспектива полягає в розробці сумісних рішень рівня 2, які можуть працювати на різних блокчейн-платформах. Такі крос-ланцюгові рішення рівня 2 можуть забезпечити безперебійну взаємодію між різними екосистемами блокчейну, ефективно поєднуючи ізольовані блокчейн-острівці та створюючи більш уніфіковану та потужну блокчейн-мережу.

Крім того, застосування рішень рівня 2 у швидко зростаючій сфері децентралізованих фінансів (DeFi) є перспективним напрямком. Оскільки платформи DeFi продовжують ускладнюватися та зростати обсяг транзакцій, рішення рівня 2 можуть виявитися ключовими для вирішення цього різкого попиту без надмірного навантаження на базовий блокчейн.

Крім того, прогрес у технологіях рівня 2 може відкрити двері для нових застосувань технології блокчейн, які наразі неможливі через обмеження масштабованості. Вони можуть варіюватися від децентралізованих платформ соціальних медіа до глобальних систем ланцюга поставок, що потенційно може революціонізувати цілі галузі.

Однак важливо пам’ятати, що рішення рівня 2, хоча й багатообіцяючі, не є срібною кулею. Кожне рішення має свої компроміси та проблеми, тому надзвичайно важливо продовжувати досліджувати інші шляхи покращення масштабованості блокчейну, такі як оптимізація рівня 1 і нові алгоритми консенсусу.

Підсумовуючи, еволюція рішень рівня 2 є критично важливим компонентом поточної революції блокчейну. Забезпечуючи ефективне й результативне масштабування блокчейнів, ці технології прокладають шлях до майбутнього, де технологія блокчейну глибоко інтегрована в тканину нашого цифрового життя.

Оригінальна стаття опублікована на нашому веб-сайті:  www.cryptocurrencyguide.org