Трилемма блокчейна

The blockchain trilemma, также известная как трилемма масштабируемости, формулирует основную задачу масштабирования распределённых систем. Проблема заключается в том, что три ключевых свойства блокчейна (децентрализация, безопасность и производительность) не могут быть гарантированно обеспечены одновременно. Децентрализованная сеть может обладать высоким уровнем только двух из трёх характеристик. То есть при усилении одного аспекта неизбежно страдает другой.

Прежде чем углубляться в нюансы crypto trilemma, давайте в общих чертах определим масштабируемость, безопасность и децентрализацию.

• Масштабируемость блокчейна означает его способность обрабатывать больше транзакций.
• Безопасность означает способность защищать данные блокчейна от различных атак и предотвращать двойную трату.
• Децентрализация — это форма избыточности сети, которая гарантирует, что сеть не контролируется ограниченным числом субъектов.

Bitcoin наглядно это иллюстрирует. В этом блокчейне число транзакций в секунду довольно мало, примерно семь, а блоки добываются каждые десять минут. Когда сеть перегружена, транзакции с низкой комиссией могут обрабатываться очень долго. В результате достигаются высокий уровень безопасности и децентрализации, но низкая производительность (то есть масштабируемость).

Чтобы повысить производительность, можно увеличить размер блока. Но тогда сложность резко возрастёт, и в итоге только крупные майнинговые пулы смогут оставаться в сети. В результате система станет более централизованной. А если сократить время производства, пострадает безопасность. Узлы могут не успеть достичь консенсуса до того, как будет добыт следующий блок.

Scalability

Сеть включает множество компьютеров, которые теоретически обладают неограниченной вычислительной мощностью, необходимой для решения различных задач. Пропускная способность сети является фундаментально важным параметром, поскольку она измеряет количество транзакций, обрабатываемых за единицу времени.

Safety

Защита от внешнего воздействия обеспечивается шифрованием. Алгоритмы блокчейна используют современную криптографию. Все транзакции (записи в блокчейне) верифицируются посредством процедуры майнинга, которая использует алгоритм консенсуса Proof-of-Work. Это означает, что каждая транзакция шифруется перед добавлением в блокчейн. На сегодняшний день не существует известного способа взломать закрытые криптографические ключи. Это связано с тем, что злоумышленнику необходимо сделать это в ограниченный промежуток времени.

Decentralization

Эта особенность обеспечивает защиту от внутреннего воздействия. База данных (блокчейн) одновременно хранится на компьютерах всех участников. Это одно из основных свойств блокчейна. Оно означает отсутствие какого-либо централизованного органа, лица или сервиса, принимающего решения в сети. Работа в сети распределена между узлами и полностью децентрализована. Алгоритм сети предусматривает процедуру достижения консенсуса между отдельными узлами относительно текущего состояния данных в сети. Этот механизм известен как механизм консенсуса. Чтобы изменить информацию задним числом, необходимо одновременно изменить её более чем на 50% этих узлов. Такой одновременный хак, конечно, теоретически возможен, но на практике нереалистичен.

Blockchain Trilemma Explained

Наиболее очевидным и фундаментальным решением описанной выше проблемы перегрузки сети является уменьшение числа участников, которые подтверждают и добавляют данные в сеть. Это позволит повысить масштаб и скорость. Но это ослабит децентрализацию, когда контроль будет передан меньшему числу участников. Это также приведёт к снижению безопасности, поскольку уменьшение числа участников повышает вероятность атаки.

Таким образом, возникает трилемма: учитывая неразрывную связь между децентрализацией и безопасностью, базовая архитектура блокчейна делает масштабирование сложной задачей. Усиливая одно, вы ослабляете другое. Как добиться масштабируемости, не жертвуя децентрализацией, безопасностью или и тем и другим?

Blockchain Trilemma Solution

Не существует единого универсального решения crypto trilemma. Но, учитывая важность этой проблемы, в сообществе было предложено несколько разных подходов, давших интересные результаты. Рассмотрим некоторые из наиболее популярных разработок, чтобы дать вам представление о том, что происходит в этой области.

Changes in the consensus algorithm

Сегодня существует множество алгоритмов консенсуса блокчейна, и все они в той или иной степени частично solve the blockchain trilemma. Они по-разному сочетают масштабируемость, децентрализацию и безопасность. Помимо хорошо известного Proof-of-Work (PoW), существуют и другие механизмы консенсуса, такие как 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) и другие. Создатели блокчейнов выбирают конкретный алгоритм в зависимости от целей и задач своей сети.

Level-1 Solutions

Эти решения напрямую связаны с изменением самого блокчейна, а именно его архитектуры. Разработчики предлагают различные подходы и решения трилеммы блокчейна.

Например, они предлагают использование мультичейнов, внедрение новых методов криптографии, шардинг и другие техники.

Шардинг, пожалуй, является самым популярным подходом. При использовании шардинга основной блокчейн делится на сегменты, каждый из которых контролирует свою часть реестра. Каждый сегмент называется шардом. В такой организации сети каждый шард обрабатывает свой пул транзакций, что увеличивает пропускную способность сети. Основной блокчейн координирует деятельность всех шардов.

Level-2 Solutions

Шардинг и различные механизмы консенсуса считаются решениями первого уровня. Они направлены на фундаментальное изменение дизайна сети. Однако другие разработчики, стремящиеся решить эту трилемму, работают над решениями, которые строятся поверх существующей сетевой структуры. Иными словами, они считают, что ответ находится на втором уровне. Примеры включают сайдчейны и каналы состояния.

Сайдчейн — это отдельный блокчейн, связанный с основной сетью. Он настроен для передачи активов между ними. Сайдчейны должны работать по иным правилам, что обеспечивает более высокую скорость и масштабируемость. Аналогично, каналы состояния — это ещё один способ увести транзакции из основной сети и снизить нагрузку на основной уровень. Канал состояния использует смарт-контракт вместо отдельной цепочки. Это позволяет пользователям взаимодействовать друг с другом, не публикуя транзакции в блокчейн. В блокчейне фиксируются только начало и конец канала.

Conclusion

Чтобы полностью реализовать свой потенциал по изменению мира, технологии блокчейна приходится сталкиваться с scalability trilemma.

Если блокчейн-сети могут обрабатывать лишь небольшое число транзакций в секунду для сохранения децентрализации и безопасности, будет сложно добиться массового внедрения.

Однако методы разработчиков по решению этой проблемы показывают, что технология блокчейна продолжит использоваться. В будущем эти сети смогут обрабатывать больше данных.