Masalah Skalabilitas Blockchain Dijelaskan

Dalam menciptakan teknologi blockchain, para developer mengandalkan privasi dan anonimitas uang digital. Tujuan ini dicapai dengan memperkenalkan prinsip sistem peer-to-peer — setiap pengguna setara, dan tidak ada sistem manajemen serta badan pengendali uang seperti bank.

Sekarang cryptocurrency, sebagai sebuah teknologi, menghadapi tugas berikutnya — mencapai kecepatan operasi yang tinggi, sebanding dengan Visa dan MasterCard. Masalah skalabilitas tetap menjadi salah satu hambatan utama bagi implementasi massal teknologi blockchain. Semakin banyak tim proyek blockchain yang mencari solusi yang dapat meningkatkan performa jaringan mereka. Banyak yang mengklaim bahwa mereka sudah menyelesaikan atau hampir menyelesaikan masalah ini, tetapi pernyataan seperti itu sebaiknya diterima dengan skeptis.

Tujuan Utama

Sepuluh tahun lalu, Bitcoin tidak populer di kalangan pengguna. Namun kemudian, seiring berjalannya waktu, peningkatan jumlah pengguna dalam sistem menimbulkan masalah pada daya komputasi teknologi ini. Menggunakan cryptocurrency menjadi lebih sulit karena antrean panjang yang disebabkan oleh pembatasan jumlah pembayaran yang diproses per detik. Dengan demikian, masalah skalabilitas semakin memburuk.

Para developer mulai aktif mencari mekanisme optimal untuk menstabilkan kerja. Sejak itu, koin secara berkala diperbarui atau dipisahkan ketika tidak ada kompromi. Namun, mari kita bahas isu-isu ini satu per satu.

Masalah Skalabilitas: Inti Permasalahan

Semua transaksi Bitcoin dibuat dalam blok yang menerima data transaksi. Satu blok menampung informasi sebesar 1 MB, dan kecepatan pemrosesan rata-rata adalah empat pembayaran per detik. Di sisi lain, daya pemrosesan para miner bertanggung jawab atas pergerakan dana, dan stabilitas operasi. Ini diperlukan untuk menghitung algoritma saat membuat koin dan catatan transaksi terenkripsi. Dengan setiap transaksi, mata uang digital miner menerima komisi.

Meningkatkan jumlah transaksi juga menurunkan kecepatan setiap transaksi. Ini membuat blockchain tidak mampu menangani arus besar. Semua transfer cryptocurrency dibangun dalam antrean panjang. Hanya biaya komisi yang tinggi yang memungkinkan prioritas dalam antrean. Fenomena ini berdampak pada likuiditas (lonjakan harga) koin — bagi pembeli, lebih mudah menggunakan uang tunai atau kartu bank bahkan dengan mengorbankan anonimitas dan privasi.

Dalam kasus seperti itu, pengguna kehilangan minat dan kepercayaan pada mata uang, disusul para miner. Akibatnya, investor melihat risiko investasi dan menurunkan aset dari nilai puncak dan popularitasnya, sementara trader bermain pada pergerakan harga.

Bagaimana Masalah Skalabilitas Dinyatakan

Dengan popularitas Bitcoin, masalah skalabilitas cryptocurrency muncul akibat kemacetan jaringan. Karena itu, penggunaan koin menjadi lebih sulit — pada Mei 2017, antrean transaksi mencapai hingga lima hari. Maka muncul pertanyaan tentang keseimbangan antara kecepatan dan keamanan transaksi.

Anda dapat menganalisis masalah ini menggunakan contoh praktis. Misalkan perlu mengangkut 500 ton kargo dengan kereta yang gerbongnya memiliki kapasitas satu ton, dengan pemeriksaan keamanan awal dan pemuatan, dengan waktu bongkar muat 2 jam per unit. Namun, biaya layanan transportasi memengaruhi posisi barang dalam urutan menurun. Akibatnya, penerima dengan pembayaran terendah untuk pengiriman membutuhkan setidaknya dua minggu untuk menerima produk akhir. Sama halnya dengan Bitcoin — tidak mungkin melakukan pembayaran secepat menggunakan kartu bank.

Berdasarkan apa yang tertulis, Anda dapat membedakan definisi masalah skalabilitas — pembatasan jumlah transaksi yang diproses dalam waktu tertentu. Namun, kemampuan untuk memilih komisi berbayar dapat menaikkan prioritas operasi dalam antrean blockchain tetapi tidak menyelesaikan masalah.

Hal pertama yang terlintas adalah memperbesar ukuran blok dan jumlah pembayaran yang diproses tanpa tindakan tambahan. Sayangnya, pendekatan ini akan mengurangi keamanan, karena pemrosesan informasi secara bertahap menghindari risiko tinggi serangan DDoS (kemacetan jaringan yang disengaja untuk tujuan penipuan). Ukuran tersebut disediakan untuk verifikasi data yang cermat. Meski begitu, perlu menganalisis secara rinci kemungkinan solusi untuk situasi ini.

Cara Mengatasi Skalabilitas

Para developer, aktivis, dan ilmuwan mulai mencari cara untuk menyelesaikan masalah skalabilitas Bitcoin. Puncak dan yang paling representatif adalah situasi yang terjadi pada 2017 dengan antrean panjang. Saat itulah topik ini banyak dibahas di komunitas crypto. Tiga konsep untuk memperbaiki kekurangan blockchain ini disorot:

• meningkatkan ukuran blok, sehingga menurunkan biaya pembayaran dan meningkatkan laju pemrosesan transaksi per detik (TPS). Ada dua kekurangan — cara ini mengarah pada sentralisasi koin dan risiko keberhasilan serangan DDoS;
• pemrosesan informasi tersegmentasi atau sharding. Sebagian informasi ditampilkan di luar sel. Dengan cara ini, blockchain dibagi menjadi dua atau lebih segmen yang bertanggung jawab atas kelompok transaksi yang berbeda. Ada juga risiko serangan hacker karena kapasitas miner yang dibutuhkan untuk memproses shard lebih sedikit. Karena pemisahan menjadi beberapa bagian, pemeriksaan keamanan memerlukan algoritma ringan. Dengan demikian, penipu dapat menambahkan transaksi palsu ke jaringan, contohnya adalah serangan 51 ％;
• sekelompok solusi L2 untuk masalah skalabilitas. Pendekatan ini merupakan framework, sebuah program yang bekerja di atas blockchain, yang membebaskan jaringan yang sudah ada. Konsep seperti ini berbeda dari on-chain (keputusan di dalam sistem koin) karena adanya intervensi perantara.

Metode pertama mengharuskan pemisahan jaringan dan pembuatan koin baru. Akibatnya, dukungan kompatibilitas mundur terhadap yang asli hilang. Artinya, mata uang dalam kasus seperti itu tidak lagi homogen. Dalam lingkungan kriptografi, fenomena ini disebut hardfork. Bitcoin Cash mengikuti jalur ini. Sebagai hasil dari pemisahan tersebut, pada Agustus 2017 terjadi perpisahan dari cryptocurrency pertama dengan peningkatan ukuran blok menjadi 8 MB.

Solusi kedua melibatkan pembuatan subnet blok yang terpisah dengan memindahkan sebagian informasi ke luar batasnya. Dalam kasus ini, terjadi softfork — perubahan protokol perangkat lunak tanpa membagi koin. Mirip dengan rilis patch untuk game komputer dengan add-on. Contohnya adalah pembaruan Segregated Witness. Ukuran blok meningkat menjadi 2 MB dengan sebagian informasi disimpan di luar rantai transaksi utama.

Solusi ini memiliki kekurangan — setiap shard akan terpapar bahaya serangan siber. Untuk setiap segmen seperti itu, daya yang digunakan lebih sedikit dibandingkan per unit.

Solusi Level Kedua

Arsitektur blockchain awal, terutama Bitcoin dan Ethereum, tidak dirancang untuk jumlah transaksi dan pengguna yang besar, sehingga bandwidth-nya rendah. Misalnya, pada Bitcoin hanya 5-7 transaksi per detik (TPS), sedangkan pada Ethereum sekitar 15 TPS.

Skalabilitas dapat ditingkatkan dengan mengubah kode protokol blockchain menggunakan fungsi seperti sharding. Namun ini membutuhkan banyak waktu dan bisa memakan waktu bertahun-tahun. Selain itu, peningkatan semacam itu mengubah fondasi arsitektur, sehingga komunitas proyek tidak selalu setuju untuk melakukannya.

Solusi L2 memungkinkan setidaknya sebagian mengatasi masalah bandwidth rendah dan biaya transfer yang tinggi tanpa memengaruhi kode blockchain utama. Keunggulan utamanya adalah kemampuan mentransfer aset antar alamat "lapisan pertama" sambil menggunakan "lapisan kedua", yang dapat berupa protokol off-chain terpisah atau blockchain terpisah.

Solusi Layer 2 Apa Saja yang Ada untuk Bitcoin?

Proyek L2 utama untuk cryptocurrency pertama adalah Lightning Network (LN). Proyek ini bekerja pada protokol yang menggunakan smart contract dan yang disebut status channels. Lightning Network diluncurkan sejak 2015, dan sejak itu terus berkembang aktif. Pada akhir Mei 2022, total kapasitas channel LN mencapai 3.900 BTC.

Fungsi utama LN adalah memungkinkan pemegang bitcoin melakukan pertukaran langsung tanpa menulis informasi ke registrinya. Untuk melakukannya, Anda perlu membuka channel khusus menggunakan satu transaksi on-chain dan memasukkan bitcoin ke dalamnya.

Setelah diaktifkan, payment channel memungkinkan transfer off-chain, yaitu di luar jaringan utama, dengan kecepatan jauh lebih tinggi dan biaya lebih rendah. Berbeda dengan transaksi on-chain, transaksi di channel Lightning Network hanya terlihat oleh para penggunanya. Hanya status awal dan akhir transaksi yang dicatat di blockchain utama.

Pendekatan ini secara signifikan mengurangi beban pada jaringan utama bitcoin: Lightning Network mampu memproses ribuan operasi per detik sambil memastikan tingkat keamanan sistem yang tinggi.

Solusi Layer 2 Apa Saja yang Ada untuk Ethereum?

Meskipun kecepatannya rendah, ekosistem Ethereum adalah yang paling banyak diminati untuk aplikasi terdesentralisasi. Banyak proyek populer di bidang keuangan terdesentralisasi (DeFi) dan token non-interchangeable (NFT) berjalan di atasnya. Karena itu, masalah skalabilitas menjadi sangat akut bagi Ethereum.

Sekarang beberapa solusi L2 utama sedang dikembangkan secara paralel sekaligus:

• Polygon (MATIC);
• Arbitrum;
• Optimism.

Teknologi utama untuk kerja mereka adalah Rollups, yang memiliki dua varian utama:

• Optimistic Rollups. Dengan solusi ini, transaksi dilakukan di jaringan L2, lalu dalam kelompok besar digabungkan menjadi blok ringkas, yang kemudian dimasukkan oleh validator ke jaringan utama Ethereum. Optimistic Rollups digunakan di Arbitrum dan Optimism.
• ZK-Rollups. Transaksi di jaringan level kedua juga digabungkan ke dalam paket dan dikirim ke jaringan Ethereum, tetapi konfirmasinya dilakukan dengan bantuan verifier khusus, yaitu bukti kriptografis atas validitas operasi. Polygon diimplementasikan berdasarkan ZK-Rollups. Teknologi skalabilitas Ethereum ini dipertimbangkan oleh salah satu co-founder utama platform, Vitalik Buterin.

Apa pun solusi L2-nya, Ethereum sebagai "lapisan pertama" mengambil alih fungsi verifikasi transaksi dan pembuatan blok, registry tempat status akhir dicatat, serta mekanisme konsensus. Dengan demikian, proyek tidak perlu membuat infrastrukturnya sendiri.

Ada proyek Layer 2 lainnya. Misalnya, pada Juli 2022, startup Matter Labs mengumumkan peluncuran zkSync 2.0. Sebulan kemudian, protokol miliknya sendiri, yang ditulis dalam bahasa Cairo, diluncurkan oleh proyek StarkWare.

Kesimpulannya

Mudah untuk dicatat bahwa dalam protokol Bitcoin, sumber daya jaringan digunakan secara tidak efisien. Setiap node memproses dan mengirimkan data tentang blok baru hanya sebagian kecil dari waktu. Bandwidth jaringan digunakan penuh hanya selama beberapa detik. Selebihnya, node ini mengirim transaksi yang belum terkonfirmasi dan data pendukung. Pengamatan ini menginspirasi para peneliti untuk menemukan skema protokol yang lebih efisien yang dapat secara signifikan meningkatkan throughput sistem tanpa mengorbankan keamanan dan desentralisasi jaringan.

Sekarang komunitas crypto belum mencapai satu solusi tunggal. Perdebatan masih muncul, koin baru terus dibuat, dan pembaruan protokol terus diterbitkan. Solusi yang efektif sudah dikembangkan, tetapi risiko faktor manusia masih ada. Masalah ini akan ditutup oleh perkembangan kecerdasan buatan sebagai perantara transaksi.