Trylemat blockchainu

Trylemat blockchain, znane również jako trylemat skalowalności, formułuje główne wyzwanie związane ze skalowaniem systemów rozproszonych. Problem polega na tym, że trzy kluczowe cechy blockchaina (decentralizacja, bezpieczeństwo i wydajność) nie mogą być zagwarantowane jednocześnie. Zdecentralizowana sieć może mieć wysoki poziom tylko dwóch z trzech tych cech. Oznacza to, że gdy jeden aspekt zostaje wzmocniony, pozostały nieuchronnie na tym cierpi.

Zanim zagłębimy się w niuanse trylematu crypto, zdefiniujmy ogólnie skalowalność, bezpieczeństwo i decentralizację.

• Skalowalność blockchaina odnosi się do jego zdolności do obsługi większej liczby transakcji.
• Bezpieczeństwo odnosi się do zdolności ochrony danych blockchaina przed różnymi atakami i zapobiegania podwójnemu wydatkowi.
• Decentralizacja jest formą redundancji sieciowej, która zapewnia, że sieć nie jest kontrolowana przez ograniczoną liczbę podmiotów.

Bitcoin to ilustruje. W tym blockchainie liczba transakcji na sekundę jest dość mała, około siedmiu, a bloki są wydobywane co dziesięć minut. Gdy sieć jest przeciążona, transakcje z niskimi prowizjami mogą być przetwarzane bardzo długo. W efekcie otrzymujemy wysoki poziom bezpieczeństwa i decentralizacji, ale niską wydajność (czyli skalowalność).

Aby zwiększyć wydajność, można zwiększyć rozmiar bloku. Jednak wtedy złożoność gwałtownie wzrośnie i ostatecznie tylko duże pule miningowe będą w stanie pozostać w sieci. W rezultacie system stanie się bardziej scentralizowany. A jeśli skrócisz czas produkcji, bezpieczeństwo zostanie zagrożone. Węzły mogą nie mieć wystarczająco dużo czasu, aby osiągnąć konsensus przed wydobyciem kolejnego bloku.

Skalowalność

Sieć obejmuje wiele komputerów, które teoretycznie mają nieograniczoną moc obliczeniową potrzebną do rozwiązywania różnych problemów. Przepustowość sieci jest fundamentalnie istotnym parametrem, ponieważ mierzy liczbę transakcji przetwarzanych w jednostce czasu.

Bezpieczeństwo

Bezpieczeństwo przed zagrożeniami zewnętrznymi wynika z szyfrowania. Algorytmy blockchain wykorzystują nowoczesną kryptografię. Wszystkie transakcje (wpisy w blockchainie) są weryfikowane poprzez procedurę miningową, która wykorzystuje algorytm konsensusu Proof-of-Work. Oznacza to, że każda transakcja jest szyfrowana przed dodaniem do blockchaina. Obecnie nie jest znana żadna metoda złamania zamkniętych kluczy kryptograficznych. Dzieje się tak dlatego, że atakujący musi tego dokonać w ograniczonym czasie.

Decentralizacja

Ta cecha zapewnia bezpieczeństwo przed zagrożeniami wewnętrznymi. Baza danych (blockchain) jest przechowywana jednocześnie na komputerach wszystkich uczestników. Jest to jedna z głównych cech blockchaina. Oznacza brak jakiejkolwiek scentralizowanej instytucji, osoby lub usługi podejmującej decyzje w sieci. Praca w sieci jest rozdzielona między węzły i ma całkowicie zdecentralizowany charakter. Algorytm sieci zapewnia procedurę osiągania konsensusu między poszczególnymi węzłami w odniesieniu do aktualnego stanu danych w sieci. Mechanizm ten nazywany jest mechanizmem konsensusu. Aby zmienić informacje wstecznie, konieczna jest jednoczesna zmiana ich w ponad 50% tych węzłów. Taki jednoczesny hack jest oczywiście teoretycznie możliwy, ale w praktyce nierealny.

Wyjaśnienie trylematu blockchaina

Najbardziej oczywistym i fundamentalnym rozwiązaniem opisanego powyżej problemu przeciążenia sieci jest zmniejszenie liczby uczestników, którzy potwierdzają dane i dodają je do sieci. Umożliwi to zwiększenie skali i szybkości. Ale osłabi to decentralizację, gdy kontrola zostanie przekazana mniejszej liczbie uczestników. Doprowadzi to również do osłabienia bezpieczeństwa, ponieważ mniejsza liczba uczestników zwiększa prawdopodobieństwo ataku.

W ten sposób powstaje trylemat: biorąc pod uwagę nierozerwalny związek między decentralizacją a bezpieczeństwem, fundamentalna konstrukcja blockchaina utrudnia skalowanie. Wzmocnienie jednego aspektu osłabia drugi. Jak osiągnąć skalowalność bez kompromisów w zakresie decentralizacji, bezpieczeństwa lub obu tych cech?

Rozwiązanie trylematu blockchaina

Nie istnieje jedno złote rozwiązanie dla trylematu crypto. Jednak ze względu na wagę tego problemu w społeczności zaproponowano kilka różnych podejść, dających interesujące rezultaty. Przyjrzyjmy się niektórym z najpopularniejszych rozwiązań, aby dać Ci obraz tego, co dzieje się w tym obszarze.

Zmiany w algorytmie konsensusu

Dziś istnieją różne algorytmy konsensusu blockchain, z których wszystkie częściowo rozwiązują trylemat blockchaina. Łączą one skalowalność, decentralizację i bezpieczeństwo w różnym stopniu. Oprócz dobrze znanego Proof-of-Work (PoW) istnieją również inne mechanizmy konsensusu, takie jak Proof-of-Stake (PoS), Delegated Proof-of-Stake (DPoS), Proof-of-Burn (PoB), Proof-of-Capacity (PoC), Proof-of-Importance (PoI), Proof-of-Authority (PoA), Directed Acyclic Graph (DAG), Leased Proof-of-Stake (LPoS), Proof-of-Time (PoT), Proof-of-Elapsed Time (PoET), Proof-of-Space-Time (PoST), Simple Byzantine Fault Tolerance (SBFT), Delegated Byzantine Fault Tolerance (DBFT) i inne. Twórcy blockchainów wybierają konkretny algorytm w oparciu o cele i zadania swojej sieci.

Rozwiązania poziomu 1

Rozwiązania te są bezpośrednio związane z modyfikacją samego blockchaina, a konkretnie jego architektury. Deweloperzy proponują różne podejścia i rozwiązania trylematu blockchaina.

Na przykład proponują wykorzystanie multichainów, wdrożenie nowych metod kryptograficznych, shardingu i innych technik.

Sharding jest prawdopodobnie najpopularniejszym podejściem. W przypadku shardingu główny blockchain jest dzielony na segmenty, z których każdy kontroluje swoją część rejestru. Każdy segment nazywany jest shardem. W takiej organizacji sieci każdy shard przetwarza własną pulę transakcji, co zwiększa przepustowość sieci. Główny blockchain koordynuje wszystkie działania shardów.

Rozwiązania poziomu 2

Sharding i różne mechanizmy konsensusu są uważane za decyzje pierwszego poziomu. Mają one na celu fundamentalną zmianę projektu sieci. Jednak inni deweloperzy, którzy starają się rozwiązać ten trylemat, pracują nad rozwiązaniami opartymi na istniejącej strukturze sieci. Innymi słowy, uważają, że odpowiedź leży na drugim poziomie. Przykłady obejmują sidechainy i kanały stanowe.

Sidechain to oddzielny blockchain połączony z główną siecią. Jest on zaprojektowany do transferu aktywów między nimi. Sidechainy muszą działać według innych zasad, co umożliwia większą szybkość i skalowalność. Podobnie kanały stanowe są kolejną metodą odciągania transakcji z głównej sieci i zmniejszania obciążenia warstwy podstawowej. Kanał stanowy wykorzystuje smart contract zamiast osobnego łańcucha. Umożliwia to użytkownikom komunikowanie się ze sobą bez publikowania transakcji w blockchainie. W blockchainie zapisywany jest tylko początek i koniec kanału.

Wnioski

Aby w pełni wykorzystać swój potencjał do zmieniania świata, technologia blockchain mierzy się z trylematem skalowalności.

Jeśli sieci blockchain mogą obsługiwać tylko niewielką liczbę transakcji na sekundę, aby zachować decentralizację i bezpieczeństwo, trudno będzie osiągnąć masową adopcję.

Jednak metody deweloperów służące rozwiązaniu tego problemu sugerują, że technologia blockchain będzie nadal wykorzystywana. W przyszłości sieci te będą w stanie przetwarzać więcej danych.