Блокчейн и проблема масштабируемости

Блокчейн-революцию сегодня сравнивают с развитием Интернета в 1990-х годах, а Биткоин и Эфириум с Microsoft и Amazon того времени. В эти сети были инвестированы миллионы долларов и тысячи часов разработки с целью заменить нашу нынешнюю финансово-экономическую систему на ту, которая более децентрализована и безопасна. Однако, несмотря на невероятный потенциал криптовалют, Биткоин и Эфириум и большинство других распределенных сетей по-прежнему страдают от фундаментальной проблемы масштабируемости.

Триллема масштабируемости

Основатель Ethereum Виталик Бутерин впервые придумал термин «Триллема масштабируемости», чтобы решить вопрос о том, как мы разрабатываем масштабируемый, децентрализованный и безопасный блокчейн, без ущерба для любого из этих компонентов.

В настоящее время большинство блокчейнов разбились на 2 лагеря:

— Децентрализация и безопасность

— Масштабируемость (с умеренными или более серьезными компромиссами в области децентрализации и / или безопасности)

Децентрализация и безопасность

Устойчивые сети без разрешения и цензуры,  дающие кому-либо возможность использовать и строить на них. Децентрализованные системы работают на основе консенсуса, где транзакции проверяются группой узлов, а не отдельным узлом. Децентрализованные системы также неизменяемы и не имеют единой точки отказа.

Примеры децентрализации и надежного блокчейна:

Биткоин (Blockchain 1.0)

Биткоин, как первый блокчейн, является самым безопасным и децентрализованным. В настоящее время он реализует так называемое сопротивление цензуре суверенного класса.

Суверенный класс требует достаточной децентрализации, чтобы защитить сеть от манипуляций или нападений со стороны правительств (другими словами, устойчивость к государственной цензуре).

Это относится к блокчейну Биткоина, который в основном построен для хранения ценности и, следовательно, не может поставить под угрозу безопасность.

Ethereum (Blockchain 2.0)

Блокчейн Ethereum больше ориентирован на предоставление инфраструктуры разработчикам для создания децентрализованных приложений, а также одноранговых контрактов (также называемых смарт-контрактами).

Ethereum также считается очень надежным. Однако он способствует иной децентрализации, основанной на сопротивлении цензуры класса платформы.

Оценка платформы требует достаточной децентрализации, чтобы гарантировать разработчикам, что никакие централизованные заинтересованные стороны (например, Facebook, Google или Apple) не смогут изменять правила на платформе таким образом, чтобы нарушить их способность продолжать строить на ней.

Вероятно, оба эти блокчейна являются лидерами в криптовалютном сегменте не только из-за их преимуществ, но и потому, что они привязаны к основному духу суверенитета или сопротивления цензуре, что надежно убеждает многих людей способствовать развитию их экосистем.

Однако, несмотря на их лидерские позиции, эти блокчейны всё ещё нуждаются в масштабируемости. Чтобы решить проблемы масштабируемости для блокчейна, которые в основном заключаются в децентрализации и безопасных «решениях уровня 2», должны быть построены: по существу отдельные сети, которые отключаются от основного блокчейна, чтобы обрабатывать мелкие транзакции, а затем возвращать данные в основной блокчейн частями.

Некоторые примеры этих решений уровня 2 включают сеть Lightning и Plasma

Решения уровня 2: Plasma Эфириума

Plasma — это решение уровня 2, созданное  Бутериным и сооснователем сети Биткоина Lightning  Джозефом Пуном. С Plasma «дочерние цепочки» создаются на блокчейне Эфириума (основная цепочка) со своими собственными валидаторами.

Компания может создать дочернюю цепочку Plasma поверх основной цепи с соглашениями / правилами, установленными на основе смарт-контракта по основной цепочке. Дочерние цепочки могут порождать свои собственные дочерние цепочки, которые, в свою очередь, могут порождать свои  дочерние цепочки и так далее.

Используя Plasma, многие сложные операции могут выполняться на уровне дочерней цепочки. Такие, как смарт-контракты, которые позволяют сети запускать целые приложения со многими тысячами пользователей, но иногда взаимодействуют с основной сетью Ethereum. Конечным результатом является увеличение tps (транзакций в секунду) и снижение транзакционных сборов.

Другие решения, такие как сеть Raiden, обеспечивают масштабирование по сети, открывая несколько каналов.

Метод Шардинг распределяет узлы по определенным группам, поэтому узлам не нужно проверять всю историю блокчейна перед проверкой новой транзакции.

Решения уровня 2: сеть Биткоина Lightning

Как и Plasma, сеть Lightning позволяет транзакциям на существующих блокчейнах проводиться быстрее и чаще. Это решение «layer 2» хранит меньшую, менее значительную транзакционную «off-chain». Off-chain (операции вне сети) группируются вместе и проверяются независимо небольшими сообществами. После проверки они отправляются обратно в основной блокчейн, где они могут обрабатываться как одна транзакция.

На рисунке выше раскрывается канал оплаты между потребителем и кафе. Канал финансируется за $10. Эта транзакция стоимостью $10 проверяется на основном блокчейне.

Оттуда все другие более мелкие транзакции до $10 производятся «вне сети».

Если потребитель хочет добавить ещё $15 на канал, эта транзакция будет записана на основном блокчейне, затем можно будет сделать еще более мелкие транзакции и снова проверить вне сети.

Также можно сделать обратное этому процессу, где вместо того, чтобы сначала финансировать канал с $10, потребитель и кафе могут настроить долговую расписку на блокчейне, что позволит потребителю бесплатно получить кофе (и записывать эти транзакции вне сети), пока они не купят этот кофе стоимостью $10. Затем потребитель будет выплачивать один платеж в размере $10 на основном блокчейне, чтобы закрыть свою вкладку.

Эти решения в конечном итоге означают, что мы могли бы сократить несколько транзакций до 1 или 2 на основном блокчейне; один, чтобы открыть транзакцию между основным блокчейном и вне сети, и один, чтобы закрыть его.

Из всех решений масштабируемости, предлагаемых для блокчейна Биткоина и Эфириума, решения Lightning Network и Plasma кажутся наиболее перспективными, с потенциалом для достижения десятков тысяч транзакций в секунду в ближайшем будущем, а также снижения затрат на транзакцию.

Эта модель роста (более быстрые транзакции — более дешевые транзакции) в большей степени соответствует тому, как должна масштабироваться сеть, и наблюдалась в предыдущих инновациях, таких как Интернет или мобильные телефоны.

Масштабируемость (с умеренными или более серьезными компромиссами в области децентрализации и / или безопасности).

В ответ на триггер блокчейна был разработан новый класс блокчейнов с целью обогнать Биткоин и Эфириум путем достижения типа масштабируемости, который позволит сотни тысяч (или даже миллионов) транзакций в секунду.

Однако многие из этих компаний достигают этого, зная, что им приходится идти на компромисс между децентрализацией (и, следовательно, безопасностью), чтобы проверять транзакции за меньшее количество времени.

Вот несколько примеров компаний блокчейн 3.0:

Cosmos

Цель Cosmos состоит в том, чтобы стать «интернетом блокчейна», решая проблему масштабируемости, а также предлагая интероперабельность (способность нескольких блокчейнов общаться друг с другом).

Благодаря Cosmos масштабируемость достигается с помощью вертикального и горизонтального подхода: с вертикальной масштабируемостью дополнительные ресурсы добавляются к одному системному узлу или компьютеру, в результате чего дополнительный процессор, вычислительная мощность и память для операционной системы и приложений работают быстрее. С горизонтальной масштабируемостью несколько параллельных цепей работают с одним и тем же приложением и управляются общим набором валидаторов.

Теоретически это делает блокчейн более масштабируемым, позволяя одновременно выполнять смарт-контракты и обработку транзакций.

EOS

EOS является конкурентом Ethereum, который использует делегированное доказательство доли (PoS) для достижения более быстрых транзакций. С помощью этого метода сеть назначает несколько «узлов-свидетелей» в качестве представителей, которые помогают быстрее принимать определенные решения высокого уровня без опроса всей сети. Этот подход, по сути, контролирует около 100 свидетелей, голосовавших в сообществе.

Легко понять, как на такую ​​централизованную систему могут влиять внутренняя политика и личный интерес (сила голосования людей определяется тем количеством токенов, которые они удерживают. Это означает, что люди, имеющие большее количество токенов, будут иметь больше влияния на сеть, чем те, у кого их немного).

Однако это (наряду с другими обновлениями системы) позволило EOS запустить тестовую версию, где они достигли 50 000 tps (транзакций в секунду).

Блокчейн — альтернатива  (или DLT — Распределенная книга Hedera Hashgraph)

Hedera Hashgraph — это технология распределённого реестра (DLT), целью которой является предоставление пользователям всех преимуществ блокчейна без ограничений. Система не требует доказательств работы, доказательства ставки или решений уровня 2. Вместо этого она предлагает совершенно другую архитектуру для распределенных узлов для достижения консенсуса.

Лимон Бэйрд изобрел Hashgraph, а также является соучредителем и техническим директором  Swirlds — платформы для распределенных приложений. Уникальность Hedera заключается в том, что их консенсусный механизм основан на алгоритме виртуального голосования в сочетании с «протоколом сплетен». С протоколом сплетен каждый узел «сплетен» об информации, которую он узнает из транзакции, позволяет данным быстрее распространяться от одного члена к другому в случайном порядке.

Блокчейны соединяются друг с другом и полагаются на сайдчейны для увеличения скорости транзакций. Hashgraph использует «протокол сплетен» для случайного распределения связи между узлами и быстрого достижения консенсуса.

Блокчейн передает информацию в линейном шаблоне (от одного блока к следующему), тогда как Hashgraph рассеивает информацию, используя «протокол сплетен», на нескольких узлах одновременно, позволяя достичь консенсуса быстрее.

Конечным результатом является возможность достижения сотен тысяч транзакций в секунду. Hashgraph также обеспечивает высокий уровень безопасности, поскольку его консенсусный алгоритм является асинхронной задачей византийских генералов (Byzantine fault tolerance (BFT) — в криптологии задача взаимодействия нескольких удаленных абонентов, которые получили приказы из одного центра). Византийская отказоустойчивость — это показатель того, насколько безопасна сеть, и асинхронный BFT считается самым сильным, позволяя сети переживать вредоносные узлы, брандмауэры и DDOS-атаки.

Несмотря на эти преимущества, Hashgraph часто критикуют, потому что его технология действительно запатентована изобретателем Лимоном Бэйрдом и его компанией.

Лимон утверждает, что это сделано для того, чтобы сеть не разветвлялась, как у Биткоина или Эфириума, и что они планируют сделать весь  код открытым, как только будет выпущена версия 1 платформы.

Тот факт, что технология находится под контролем одной компании, является явным признаком того, что Hashgraph готов пойти на компромисс с децентрализацией, чтобы добиться полной денежной прибыли, которая поставляется с распределенной книгой с более высокими уровнями масштабируемости и безопасности.

Какая децентрализация вам нужна?

Масштабируемость — это проблема, при которой многие блокчейны (и не-блокчейны) яростно конкурируют за создание решения, которое позволит их сети достичь основного внедрения.

Предприниматели и разработчики, создающие новые децентрализованные приложения, должны спросить себя, должен ли блокчейн, который они решают создать, выбрать  децентрализацию и безопасность (и поэтому должны использовать решение масштабирования уровня 2) или выбрать масштабируемость и достичь показателя наивысших транзакций в секунду,  более централизованной системы.

Вывод

В конечном счете, я считаю, что триллема масштабируемости представляет собой последнее препятствие, которое нужно преодолеть, прежде чем технология блокчейн наконец сможет достичь основного статуса.

С тысячей разработчиков, бьющихся над разрешением этой проблемы, мы сможем успешно преодолеть препятствие, возможно сделав это другими уникальными способами, которые пока не представляются.