Blockchain Ölçeklenebilirlik Sorunu Açıklandı

Blockchain teknolojisini oluştururken geliştiriciler, dijital paranın gizliliği ve anonimliği üzerine güveniyordu. Bu hedef, bir peer-to-peer sistem prensibinin devreye alınmasıyla gerçekleştirildi — her kullanıcı eşittir ve bankalar gibi bir yönetim sistemi ya da para kontrol organı yoktur.

Şimdi kripto paralar, bir teknoloji olarak, bir sonraki görevle karşı karşıya — Visa ve MasterCard ile kıyaslanabilir ölçüde yüksek işlem hızına ulaşmak. Ölçeklenebilirlik sorunu, blockchain teknolojisinin kitlesel olarak benimsenmesinin önündeki başlıca engellerden biri olmaya devam ediyor. Giderek artan sayıda blockchain proje ekibi, ağlarının performansını artırabilecek çözümler arıyor. Birçoğu bu sorunu zaten çözdüklerini ya da neredeyse çözdüklerini iddia ediyor, ancak bu tür açıklamalara şüpheyle yaklaşılmalıdır.

Ana Hedef

On yıl önce Bitcoin kullanıcılar arasında popüler değildi. Ancak zamanla, sistemdeki kullanıcı sayısının artması teknolojinin işlem gücüyle ilgili sorunlar yarattı. Saniyede işlenen ödeme sayısına getirilen kısıtlamalar nedeniyle uzun kuyruklar oluştuğundan kripto para kullanmak daha zor hale geldi. Böylece ölçeklenebilirlik sorunu daha da kötüleşti.

Geliştiriciler, çalışmayı stabilize edecek en uygun mekanizmaları aktif olarak aramaya başladı. O zamandan beri, uzlaşma sağlanamadığında coin’ler düzenli olarak güncellendi ya da bölündü. Ancak gelin, sorunları tek tek ele alalım.

Ölçeklenebilirlik Sorunu: Görevin Özeti

Tüm Bitcoin işlemleri, işlem verilerini alan bloklar içinde gerçekleştirilir. Bir blok 1 MB bilgi tutar ve işlem hızı ortalama saniyede dört ödemedir. Öte yandan, madencilerin işlem gücü fonların hareketinden ve işlemlerin istikrarından sorumludur. Bu, coin oluştururken ve şifrelenmiş işlemlerin kayıtlarını tutarken algoritmaların hesaplanması için gereklidir. Her işlemle birlikte dijital para madencileri komisyon alır.

İşlem sayısının artırılması, her bir işlemin hızını da düşürür. Bu, blockchain’in büyük bir akışı kaldıramamasına neden olur. Tüm kripto para transferleri uzun bir kuyruğa girer. Sadece yüksek komisyon ücreti, kuyruğun önüne geçmeyi mümkün kılar. Bu olgu, coin’in likiditesi (fiyat sıçramaları) üzerinde etki yapar — anonimlik ve gizlilik pahasına bile bir alıcının nakit ya da banka kartı kullanması daha kolaydır.

Böyle durumlarda kullanıcılar para birimine olan ilgisini ve güvenini kaybeder, ardından madenciler de aynı yolu izler. Sonuç olarak, yatırımcılar yatırım riskini görür ve varlıkları zirve değer ve popülerlikten aşağı çeker; trader’lar ise fiyat hareketlerinden yararlanır.

Ölçeklenebilirlik Sorunu Nasıl Ortaya Çıkar

Bitcoin’in popülerleşmesiyle birlikte, ağ tıkanıklığı nedeniyle kripto paranın ölçeklenebilirlik sorunu kendini gösterdi. Bu nedenle coin’i kullanmak daha zor hale geldi — Mayıs 2017’de işlem kuyrukları beş güne kadar ulaştı. Böylece işlem hızının ve güvenliğinin dengelenmesi sorunu ortaya çıktı.

Bu sorunu pratik bir örnekle analiz edebilirsiniz. Diyelim ki, önceden güvenlik kontrolü ve her birim için 2 saatlik yükleme süresiyle, kapasitesi bir ton olan vagonlardan oluşan bir trenle 500 ton yük taşınması gerekiyor. Ancak taşıma hizmetlerinin maliyeti, malların kuyruktaki sırasını etkiler. Sonuç olarak, teslimat için en düşük ödeme yapan alıcıların nihai ürünü alması en az iki hafta sürer. Bitcoin de buna benzer — ödemeleri banka kartındaki kadar hızlı yapmak mümkün değildir.

Yazılanlara dayanarak, ölçeklenebilirlik sorununun tanımını ayırt edebilirsiniz — belirli bir zaman diliminde işlenen işlem sayısının sınırlandırılması. Ancak ücretli bir komisyon seçebilme imkânı, blockchain kuyruğundaki işlemin önceliğini artırabilir ama sorunu çözmez.

İlk akla gelen, blok boyutunu ve ek önlemler olmadan işlenen ödeme sayısını artırmaktır. Ne yazık ki bu yaklaşım güvenliği azaltacaktır, çünkü kademeli bilgi işleme yüksek DDoS saldırısı riskinden kaçınmayı sağlar (kötü niyetli amaçlarla kasıtlı ağ tıkanıklığı). Boyut, dikkatli veri doğrulaması için öngörülmüştür. Bununla birlikte, durum için olası çözümler ayrıntılı olarak analiz edilmelidir.

Ölçeklenebilirlik Nasıl Çözülür

Geliştiriciler, aktivistler ve bilim insanları Bitcoin’in ölçeklenebilirlik sorununu çözmenin yollarını aramaya başladı. Zirve noktası ve örnek teşkil eden durum, 2017’deki uzun kuyruklarla yaşandı. İşte o zaman bu konu crypto community içinde geniş çapta tartışıldı. Bu blockchain eksikliğini düzeltmek için üç kavram öne çıkarıldı:

• bloktaki boyutu artırmak; böylece ödemeler için ücreti azaltmak ve saniyede işlem işleme hızını (TPS) yükseltmek. Bunun iki dezavantajı vardır — bu yol coin’in merkezileşmesine ve başarılı DDoS saldırısı riskine yol açar;
• parçalı bilgi işleme veya sharding. Bazı bilgiler hücrelerin dışında gösterilir. Bu şekilde blockchain, farklı işlem gruplarından sorumlu iki veya daha fazla segmente bölünür. Shard’ları işlemek için daha az madenci gücü gerektiğinden hacker saldırısı riski de vardır. Birkaç parçaya ayrılma nedeniyle güvenlik kontrolleri hafif algoritmalar gerektirir. Bu nedenle dolandırıcılar ağa sahte işlemler ekleyebilir; buna örnek 51 ％ saldırısıdır;
• ölçeklenebilirlik sorunu için bir grup L2 çözümü. Bu yaklaşım, mevcut ağı boşaltan, blockchain’in üzerinde çalışan bir çerçeve, bir programdır. Bu tür kavramlar, aracı bir unsurun müdahalesi nedeniyle on-chain’den (coin sistemi içindeki kararlar) farklıdır.

İlk yöntem, ağı bölmeyi ve yeni bir coin oluşturmayı gerektirir. Böylece orijinaline geriye dönük uyumluluk desteği kaybolur. Yani böyle bir durumda para birimleri artık homojenliğe sahip olmaz. Kriptografik ortamda bu olguya hardfork denir. Bitcoin Cash bu yolu izledi. Bölünme sonucunda Ağustos 2017’de blok boyutunun 8 MB’a çıkarılmasıyla ilk kripto paradan ayrıldı.

İkinci çözüm, bilginin bir kısmının sınırların dışına taşınmasıyla blok için ayrı alt ağların oluşturulmasını içerir. Bu durumda coin’i bölmeden yazılım protokolünde bir değişiklik olan softfork meydana gelir. Bilgisayar oyunu için ek paketli bir patch’in yayınlanmasına benzer. Buna örnek Segregated Witness güncellemesidir. Ana işlem zincirinin dışında bazı bilgiler saklanırken blok boyutu 2 MB’a çıktı.

Bu çözümün dezavantajları vardır — her shard bir siber saldırı tehlikesine maruz kalacaktır. Bu tür her bir segment için birim başına kullanılana kıyasla daha az güç kullanılır.

İkinci Seviye Çözümler

Erken dönem blockchain’lerin mimarisi, başta Bitcoin ve Ethereum olmak üzere, çok sayıda işlem ve kullanıcı için tasarlanmamıştı ve bu nedenle düşük bant genişliğine sahiptirler. Örneğin Bitcoin’de bu sayı saniyede 5-7 işlem (TPS) iken, Ethereum’da yaklaşık 15 TPS’dir.

Ölçeklenebilirlik, sharding gibi işlevler kullanılarak blockchain protokolünün kodu değiştirilerek artırılabilir. Ancak bu çok zaman alır ve yıllar sürebilir. Ayrıca bu tür iyileştirmeler mimarinin temellerini değiştirdiğinden proje topluluğu bunları her zaman uygulamayı kabul etmez.

L2 çözümleri, ana blockchain’in koduna dokunmadan düşük bant genişliği ve transferlerdeki yüksek ücretler sorununu en azından kısmen çözmeyi sağlar. Temel avantajları, "ilk seviye" adresleri arasında varlık transferi yapabilme imkânı sunarken "ikinci seviye"yi kullanabilmeleridir; bu ikinci seviye ya ayrı bir off-chain protokol ya da ayrı bir blockchain olabilir.

Bitcoin İçin Hangi Layer 2 Çözümleri Var?

İlk kripto para için başlıca L2 projesi Lightning Network (LN)’dür. smart contracts ve sözde durum kanalları kullanan bir protokol üzerinde çalışır. Lightning Network 2015’te başlatıldı ve o zamandan beri aktif olarak gelişmektedir. Mayıs 2022 sonunda LN kanallarının toplam kapasitesi 3,900 BTC’ye ulaştı.

LN’in temel işlevi, bitcoin sahiplerinin kendi kayıt sistemine bilgi yazmadan doğrudan takas yapabilmesidir. Bunun için tek bir on-chain işlem kullanarak özel bir kanal açmanız ve içine bitcoin yatırmanız gerekir.

Aktivasyondan sonra ödeme kanalı, transferleri off-chain, yani ana ağın dışında, çok daha yüksek hız ve daha düşük ücretlerle yapmanıza olanak tanır. On-chain işlemlerden farklı olarak, Lightning Network kanallarındaki işlemler yalnızca kullanıcıları tarafından görülebilir. Ana blockchain’e yalnızca işlemlerin başlangıç ve son durumları kaydedilir.

Bu yaklaşım, ana Bitcoin ağındaki yükü önemli ölçüde azaltır: Lightning Network, sistem güvenliğinin yüksek seviyesini koruyarak saniyede binlerce işlemi işleyebilir.

Ethereum İçin Hangi Layer 2 Çözümleri Var?

Düşük hızına rağmen Ethereum ekosistemi, merkeziyetsiz uygulamalar için en çok talep gören ekosistemdir. merkeziyetsiz finans (DeFi) ve değiştirilemez token’lar (NFT) alanındaki birçok popüler proje bunun üzerinde çalışır. Bu nedenle ölçeklenebilirlik sorunu Ethereum için özellikle keskindir.

Şu anda birkaç büyük L2 çözümü aynı anda paralel olarak geliştirilmektedir:

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

Bunların çalışmasındaki temel teknoloji, iki ana çeşidi olan Rollups’tır:

• Optimistic Rollups. Bu çözümde işlemler L2 ağında yapılır ve ardından büyük gruplar halinde toplanarak validator’lar tarafından ana Ethereum ağına dahil edilen kompakt bir bloğa dönüştürülür. Optimistic Rollups, Arbitrum ve Optimism’de kullanılır.
• ZK-Rollups. İkinci seviye ağdaki işlemler de paketler halinde birleştirilerek Ethereum ağına gönderilir, ancak doğrulamaları özel doğrulayıcılar yardımıyla gerçekleşir; bu doğrulayıcılar işlemlerin geçerliliğinin kriptografik kanıtıdır. Polygon, ZK-Rollups temelinde uygulanmıştır. Ethereum’u ölçeklendirmeye yönelik bu teknoloji platformun baş kurucu ortaklarından Vitalik Buterin tarafından da değerlendirilmektedir.

Hangi L2 çözümü olursa olsun, Ethereum "ilk katman" olarak işlemleri doğrulama ve blok üretme işlevini, nihai durumların kaydedildiği kayıt sistemini ve konsensüs mekanizmasını üstlenir. Böylece projenin kendi altyapısını oluşturmasına gerek kalmaz.

Başka Layer 2 projeleri de vardır. Örneğin, Temmuz 2022’de girişim Matter Labs, zkSync 2.0’ın lansmanını duyurdu. Bir ay sonra, Cairo dilinde yazılmış kendi protokolü StarkWare projesi tarafından devreye alındı.

Özetleyelim

Bitcoin protokolünde ağ kaynaklarının verimsiz kullanıldığını kolayca fark edebiliriz. Her düğüm, yeni bir blok hakkında veriyi yalnızca zamanın küçük bir bölümünde işler ve iletir. Ağ bant genişliği yalnızca birkaç saniye boyunca tam kapasiteyle kullanılır. Geri kalan sürede bu düğüm, onaylanmamış işlemleri ve destek verilerini gönderir. Bu gözlem, araştırmacılara sistem güvenliği ve merkeziyetsizlikten ödün vermeden sistem throughput’unu önemli ölçüde artırabilecek daha verimli protokol şemaları bulma ilhamı verdi.

Şimdi crypto community tek bir çözüme ulaşmış değil. Tartışmalar hâlâ sürüyor, yeni coin’ler oluşturuluyor ve protokol güncellemeleri yayınlanıyor. Etkili çözümler zaten geliştirildi, ancak insan faktörü riski hâlâ mevcut. Konu, işlemlerin aracı unsuru olarak yapay zekânın gelişmesiyle kapanacak.