Резюме
Блокчейните могат да обработват само ограничен брой трансакции в секунда. Биткойн мрежата, например, може да обработва около седем трансакции в секунда. Ако блокчейн технологията трябва да бъде приета в световен мащаб, тя трябва да може да обработва много повече данни и при по-високи скорости, така че повече хора да могат да използват мрежата, без тя да стане твърде бавна или скъпа за използване. Въпреки това фундаменталният дизайн на много децентрализирани мрежи означава, че увеличаването на мащабируемостта има тенденция да отслабва децентрализацията или сигурността. Това е известно като блокчейн трилема. Разработчиците, които искат да решат този проблем, експериментират с различни механизми за консенсус и решения за мащабируемост, като шардинг, странични блокчейни и канали на състоянието.
Въведение
Най-общо казано, блокчейн е разпределена цифрова база данни. Блокове от данни са организирани в хронологичен ред. Блоковете са свързани и защитени с криптографски доказателства. Внедряването на тази технология в различни индустрии вече променя начина, по който работим и живеем.
Идеята е, че децентрализираните и сигурни блокчейни позволяват свят, в който не е необходимо да разчитаме на трети страни, за да функционират мрежите или пазарите. Експертите обаче като цяло са съгласни, че ако тази технология трябва да бъде по-широко приета, има основен проблем, който трябва да бъде решен. Въпросният проблем е известен като „трилемата на блокчейн“.
Този термин беше популяризиран от съоснователя на Ethereum Виталик Бутерин. За да го разберете, трябва да сте наясно с три различни елемента, които са желателни в блокчейн: децентрализация, сигурност и мащабируемост. Трилемата на блокчейн се отнася до идеята, че за блокчейните е трудно да постигнат оптимални нива на всичките три свойства едновременно. Увеличаването на едно обикновено води до отслабване на друго.
Тази статия ще разгледа всичките три елемента в трилемата и ще обясни какво представлява всеки от тях по-подробно. Обсъждането на всеки по-задълбочено и как те се вписват заедно, ще доведе до по-добро разбиране на това как и защо съществува трилемата на блокчейн. Тази статия ще подчертае и някои от решенията, предложени от разработчиците.
Какво е децентрализация?
Биткойн и подобни блокчейн мрежи са децентрализирани по дизайн. Цялата структура е такава, че няма един отговорен човек или организация. По-скоро е децентрализирана. Мрежовият слой е отворен за всеки, който иска да участва. В резултат на това контролът е напълно разпределен, вместо да се държи от един единствен обект. Всеки има достъп до едни и същи данни. Ако някой се опита да измами системата, като промени записите в своя полза, тогава останалите участници ще отхвърлят грешните данни.
Това може да стане доста техническо, но нека вземем биткойн мрежата като пример. Няма трета страна, която да контролира. Сравнете това с необходимостта от банки във финансовата система. Банките налагат доверие между хората, извършващи сделки, и гарантират, че всички записи се съхраняват правилно. Блокчейнът на биткойн обаче споделя всички тези данни с всички в мрежата, така че да могат да бъдат проверени и потвърдени, преди да бъдат добавени към цифровата база данни. Резултатът е система, която може да съществува без нужда от трети страни.
Децентрализацията предлага възможност за това, което е известно като Web3. В момента имаме Web2 — днешният интернет. Пълен е със сайтове и приложения, контролирани от компании, но включващи съдържание, създадено от потребителите. Web3 е следващата стъпка. Интернет, в който децентрализираната блокчейн технология позволява на хората да контролират собствените си данни и онлайн живот.
Едно нещо, което трябва да се отбележи обаче, е, че поради начина, по който работят тези разпределени системи - с необходимостта широк кръг от участници да се споразумеят за валидността на всякакви данни - времето за трансакция може да бъде бавно поради начина, по който информацията трябва да се споделя и обработени. И така, блокчейните трябва да се мащабират, което ще рече да могат да обработват повече данни при по-високи скорости. Ще се върнем към тази точка, когато обсъждаме мащабируемостта.
Освен това мечтата за децентрализация е валидна само ако основните блокчейни са сигурни. Ако на един блокчейн липсва сигурност, тогава злонамерен участник може да поеме контрола и да промени данните в своя полза. Това води до втората част от трилемата: сигурността.
Какво е сигурност на блокчейна?
Няма значение колко децентрализиран е един блокчейн, ако няма сигурност. Добрата блокчейн мрежа трябва да е устойчива на атаки от злонамерени субекти. Централизираните системи черпят своята сигурност от факта, че системата е затворена. Който контролира, може да гарантира, че данните са без намеса. Но как се постига това в децентрализирана система, където всеки може да участва?
Това е сложна тема, но можем да се върнем към биткойн като пример за децентрализирана блокчейн сигурност. Блокчейнът на биткойн използва комбинация от криптография и мрежов консенсусен механизъм, наречен доказателство за работа (PoW). По отношение на криптографията, всеки блок има вид цифров подпис (или хеш). Всеки блок от данни е свързан по начин, който не може да бъде подправен, тъй като всякакви промени биха променили хеша на блока. Всеки опит за промяна на данните ще бъде бързо идентифициран от останалата част от мрежата.
Механизмът за консенсус на PoW е друга част от пъзела. Той помага да се защити регистъра на криптовалутата. Разбирането на доказателството за работа е цяла статия сама по себе си, но за нашите цели имайте предвид, че членовете на мрежата могат само да верифицират нови трансакции и да ги добавят към книгата чрез дейност, известна като копаене. Това включва използване на изчислителна мощност за решаване на математически пъзел. Част от процеса изисква тези компютри да изпълняват множество функции за хеширане. Това играе роля в проблема с мащабируемостта, тъй като PoW механизмът е сигурен, но сравнително бавен.
Също така имайте предвид, че колкото повече участници (възли) има в мрежата, толкова по-сигурна е тя. Колкото по-голям е броят на странитне, толкова по-трудно става за един злонамерен участник да поеме контрол над системата. Това се отнася до това, което е известно като атака от 51%. Като общ преглед: ако един обект (или група злонамерени участници) може да контролира повече от 50% от общата скорост на хеширане на мрежата на блокчейн, тогава той би могъл да замени консенсуса и да промени данните на блокчейна, за да се облагодетелства, като например двойно харчене на токени.
Накратко, сигурността е основно изискване за успеха на блокчейна, тъй като без нея нападателите могат да поемат контрола над блокчейна, правейки я безполезна.
Какво е мащабируемост?
Мащабируемостта се отнася до целта за изграждане на блокчейн, който може да поддържа все повече и повече трансакции в секунда. Необходимо е мащабиране, ако блокчейн технологията трябва да обслужва по-широко общество и евентуално милиарди потребители. Но това е областта, в която много блокчейни все още се борят.
Това е така, защото децентрализацията и сигурността са толкова фундаментални за блокчейна, че те са склонни да бъдат фокусирани първо върху тях. Децентрализацията е толкова централна за духа и целите на блокчейна, че лежи в самото сърце на повечето признати блокчейни. Сигурността, както обсъдихме, е основно изискване, за да бъде един блокчейн успешен и полезен.
Обаче, като се даде приоритет на децентрализацията и сигурността, мащабируемостта се превръща в предизвикателство. Броят на трансакциите, които блокчейнът може да обработи, може да бъде силно ограничен. Централизирана платежна система като Visa заявява, че може да поддържа 24 000 трансакции в секунда. Това е така, защото мрежата е затворена и свободна от съображения като публични възли и консенсус. Сравнете това с някои от най-известните блокчейни.
Според Блумбърг през 2022 г.: „Към септември биткойнът не може да обработи повече от седем трансакции в секунда, а Ethereum, втората най-популярна мрежа, е ограничен до около 15 в секунда – цял един живот в сравнение с конвенционалните борси.“
Както споменахме, тези скорости на блокчейн трансакции са ограничени поради начина, по който информацията трябва да бъде обработена от различните участници, които съставляват децентрализираната мрежа, и естеството на самия механизъм за консенсус на PoW. Ако все повече и повече хора в обществото започнат да използват блокчейн технологията, мрежите ще бъдат блокирани поради ограничения брой трансакции, които могат да обработват.
Защо съществува блокчейн трилемата
Най-очевидното и основно решение на проблема, очертан по-горе, е да се намали броят на участниците, потвърждаващи и добавящи към мрежата данни в замяна на по-голям мащаб и скорост. Но това би довело до отслабване на децентрализацията с контрол, предаден на по-малък брой участници. И това също би довело до отслабване на сигурността, тъй като по-малко играчи означава по-голям шанс за атаки.
Така че тук се крие трилемата: като се има предвид връзката между желаните свойства на децентрализацията и сигурността, фундаменталният дизайн на това как работи блокчейнът го прави труден за мащабиране. Увеличаването на едно води до отслабване на друго. Как да прокараме мащабируемостта, без да навредим на децентрализацията, сигурността или и двете?
Решаване на трилемата на блокчейн
Няма едно златно решение на трилемата. Но като се има предвид важността на решаването на този проблем, в общността има редица различни подходи с интересни резултати. Нека прегледаме някои от най-популярните разработки, за да ви дадем представа какво се случва в пространството:
1. Шардинг (фрагментиране)
Това е метод за разделяне на блокчейни (или други типове бази данни) на по-малки, разделени блокчейни, които управляват конкретни сегменти от данни. Тази настройка премахва натоварването от един блокчейн, занимаващ се с всички трансакции и взаимодействия в мрежата. Всеки разделен блокчейн е известен като фрагмент и има свой специфичен регистър (ledger). След това тези фрагменти могат да обработват свои собствени трансакции, но beacon блокчейн или основен блокчейн управлява взаимодействията между фрагментите. Това прави шардинга надстройка на мащабируемостта на мрежата от слой 1, тъй като това е промяна в основната мрежа на даден блокчейн.
2. Различен консенсусен механизъм
Една от причините трилемата да съществува в биткойн мрежата е поради начина, по който PoW работи за осигуряване на сигурност. Нуждата от копачи, крипто алгоритми и огромни количества децентрализирана изчислителна мощност води до сигурна система, но бавна. Намирането на различен начин за осигуряване на консенсус е един подход за решаване на трилемата. Това беше една от причините за преминаването на Ethereum от PoW към доказателство за залог (PoS).
В PoS блокчейните участниците, участващи във валидирането на трансакциите, трябва да стейкват (заключат) своите токени. Няма нужда от високоспециализирани машини за копаене. Добавянето на повече валидатори към мрежата е по-лесно и по-достъпно. PoS е само един от многото различни подходи към консенсусни механизми с оглед на мащабируемостта.
3. Решения от слой 2
Както шардингът, така и различните механизми за консенсус са това, което е известно като решения от слой 1. Те се стремят да променят фундаменталния дизайн на основната мрежа. Но други разработчици, които се стремят да разрешат трилемата, работят върху решения, които надграждат съществуваща мрежова структура. С други думи, те смятат, че отговорът се крие във втори слой, или слой 2. Примери за това включват странични блокчейни и канали на състоянието.
Страничният блокчейн е основно отделен блокчейн, свързан с основния блокчейн. Настроен е по начин, по който активите могат да се движат свободно между двата. Важно е, че страничният блокчейн може да работи по различни правила, което позволява по-голяма скорост и мащаб. По същия начин, каналите на състоянието са друг начин за извеждане на трансакции от основния блокчейн и облекчаване на натиска върху слой 1. Един канал на състоянието използва смарт договор, а не отделен блокчейн, за да позволи на потребителите да взаимодействат помежду си, без да публикуват трансакциите си в блокчейна. Блокчейнът записва само началото и края на канала.
Заключителни мисли
Блокчейн трилемата пречи на биткойн да изпълни своя потенциал като технология, която променя света. Ако блокчейн мрежите могат да обработват само малък брой трансакции в секунда, за да поддържат децентрализация и сигурност, тогава ще бъде трудно да се постигне масово приемане. Въпреки това решенията, предлагани в момента от разработчиците, които се стремят да решат този проблем, предполагат, че технологичният напредък, който вече е постигнат от блокчейна, ще продължи и тези мрежи може да са в състояние да обработват много повече данни в бъдеще.