Εισαγωγή
Η κλιμάκωση αναφέρεται γενικά στην ικανότητα ενός συστήματος να αναπτύσσεται ώστε να ανταποκρίνεται στην αυξανόμενη ζήτηση. Στην πληροφορική, μπορούμε να ενισχύσουμε την απόδοση ενός μηχανήματος αναβαθμίζοντας το υλισμικό του, ώστε να εκτελεί πιο γρήγορα ορισμένες εργασίες. Όταν μιλάμε για κλιμάκωση στα blockchain, αναφερόμαστε στη βελτίωση της ικανότητάς τους να διαχειρίζονται περισσότερες συναλλαγές.
Πρωτόκολλα όπως το Bitcoin έχουν πολλά πλεονεκτήματα, αλλά η κλιμάκωση δεν είναι ένα από αυτά. Εάν το Bitcoin εκτελούνταν σε μια κεντρική βάση δεδομένων, θα ήταν σχετικά εύκολο για έναν διαχειριστή να αυξήσει την ταχύτητα και τη διεκπεραιωτική ικανότητα. Αλλά οι προτάσεις αξίας του Bitcoin (δηλαδή, η ανθεκτικότητα στη λογοκρισία) απαιτεί από πολλούς συμμετέχοντες να συγχρονίζουν ένα αντίγραφο του blockchain.
Το πρόβλημα κλιμάκωσης του blockchain
Η εκτέλεση ενός κόμβου Bitcoin είναι σχετικά φθηνή και ακόμη και απλές συσκευές μπορούν να το κάνουν. Επειδή όμως οι χιλιάδες κόμβοι πρέπει να παραμένουν ενημερωμένοι μεταξύ τους, υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί στη χωρητικότητά τους.
Υπάρχει ανώτατο όριο στον αριθμό των συναλλαγών που μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία στην αλυσίδα, έτσι ώστε να αποτραπεί η ανάπτυξη της βάσης δεδομένων σε δύσχρηστα μεγέθη. Εάν γίνει πολύ γρήγορα, οι κόμβοι δεν θα μπορούν να συμβαδίσουν. Επιπλέον, εάν τα Block είναι πολύ μεγάλα, δεν θα είναι δυνατή η γρήγορη αναμετάδοσή τους στο δίκτυο.
Ως αποτέλεσμα, βρισκόμαστε μπροστά σε ένα εμπόδιο. Ένα blockchain μπορεί να θεωρηθεί ως ένα τρένο που αναχωρεί σε καθορισμένα χρονικά διαστήματα. Υπάρχουν μόνο περιορισμένες θέσεις σε κάθε βαγόνι και για να αγοράσουν εισιτήριο, οι ταξιδιώτες πρέπει να υποβάλουν προσφορά για να εξασφαλίσουν μια θέση. Εάν προσπαθούν όλοι να μπουν στο τρένο ταυτόχρονα, η τιμή θα είναι υψηλή. Αντίστοιχα, ένα δίκτυο το οποίο είναι μπλοκαρισμένο με εκκρεμείς συναλλαγές θα απαιτεί από τους χρήστες να πληρώνουν υψηλότερη προμήθεια για να δουν τη συναλλαγή τους να συμπεριλαμβάνεται εγκαίρως.
Μια λύση θα ήταν να μεγαλώσουν τα βαγόνια. Αυτό θα σήμαινε περισσότερες θέσεις, υψηλότερη διεκπεραιωτική ικανότητα και φθηνότερες τιμές εισιτηρίων. Αλλά δεν υπάρχει καμία εγγύηση ότι οι θέσεις δεν θα γεμίζουν όπως πριν. Τα βαγόνια δεν μπορούν να διευρύνονται συνεχώς, όπως τα Block ή τα όρια gas του Block δεν μπορούν να κλιμακώνονται συνεχώς. Το τελευταίο καθιστά πιο ακριβό για τους κόμβους να παραμένουν στο δίκτυο, καθώς θα χρειαστούν ακριβότερο υλισμικό για να παραμένουν συγχρονισμένοι.
Ο δημιουργός του Ethereum, Vitalik Buterin, επινόησε το τριπλό δίλημμα κλιμάκωσης (Scalability Trilemma) για να περιγράψει την πρόκληση που αντιμετωπίζουν τα blockchain. Θεωρεί ότι τα πρωτόκολλα πρέπει να κάνουν συμβιβασμούς μεταξύ της κλιμάκωσης, της ασφάλειας και της αποκέντρωσης. Αυτά έρχονται σε αντίθεση μεταξύ τους, κατά κάποιο τρόπο – εστιάζοντας υπερβολικά σε δύο ιδιότητες, η τρίτη θα υστερεί.
Για αυτόν τον λόγο, πολλοί θεωρούν την κλιμάκωση ως κάτι που πρέπει να επιτευχθεί εκτός αλυσίδας, ενώ η ασφάλεια και η αποκέντρωση θα πρέπει να μεγιστοποιηθούν μέσα στο ίδιο το blockchain.
Τι είναι οι λύσεις κλιμάκωσης εκτός αλυσίδας;
Η κλιμάκωση εκτός αλυσίδας αναφέρεται σε προσεγγίσεις που επιτρέπουν την εκτέλεση συναλλαγών χωρίς να διογκώνεται το blockchain. Τα πρωτόκολλα που συνδέονται στην αλυσίδα επιτρέπουν στους χρήστες να στέλνουν και να λαμβάνουν κεφάλαια, χωρίς να εμφανίζονται οι συναλλαγές στην κύρια αλυσίδα. Θα αναλύσουμε δύο από τις πιο αξιοσημείωτες προόδους σε αυτό το μέτωπο: τις παράπλευρες αλυσίδες και τα κανάλια πληρωμών.
Εισαγωγή στις παράπλευρες αλυσίδες
Τι είναι η παράπλευρη αλυσίδα;
Μια παράπλευρη αλυσίδα είναι ένα ξεχωριστό blockchain. Ωστόσο, δεν είναι μια αυτόνομη πλατφόρμα, καθώς είναι συνδεδεμένη, με κάποιο τρόπο, με την κύρια αλυσίδα. Η κύρια αλυσίδα και η παράπλευρη αλυσίδα είναι διαλειτουργικές, το οποίο σημαίνει ότι τα περιουσιακά στοιχεία μπορούν να ρέουν ελεύθερα από τη μία στην άλλη.
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να διασφαλιστεί ότι τα κεφάλαια μπορούν να μεταφερθούν. Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα περιουσιακά στοιχεία μεταφέρονται από την κύρια αλυσίδα, με κατάθεση, σε μια ειδική διεύθυνση. Στην πραγματικότητα δεν αποστέλλονται – αντ' αυτού είναι κλειδωμένα στη διεύθυνση και εκδίδεται ένα αντίστοιχο ποσό στην παράπλευρη αλυσίδα. Μια πιο απλή (αν και είναι επιλογή κεντρικών συστημάτων) είναι η αποστολή κεφαλαίων σε έναν θεματοφύλακα, ο οποίος ανταλλάσσει την κατάθεση με κεφάλαια στην παράπλευρη αλυσίδα.
Πώς λειτουργεί μια παράπλευρη αλυσίδα;
Ας υποθέσουμε ότι η φίλη μας η Μαρία έχει πέντε bitcoin. Θέλει να τα ανταλλάξει με πέντε ισοδύναμες μονάδες σε μια παράπλευρη αλυσίδα του Bitcoin – ας τα ονομάσουμε sidecoin. Η εν λόγω παράπλευρη αλυσίδα χρησιμοποιεί μια αμφίδρομη σύνδεση, το οποίο σημαίνει ότι οι χρήστες μπορούν να μεταφέρουν τα περιουσιακά τους στοιχεία από την κύρια αλυσίδα στην παράπλευρη και το αντίστροφο.
Να θυμάστε ότι η παράπλευρη αλυσίδα είναι ένα ξεχωριστό blockchain. Έτσι, θα έχει διαφορετικά Block, κόμβους και μηχανισμούς επικύρωσης. Για να λάβει τα sidecoin της, η Μαρία θα έστελνε τα πέντε bitcoin της σε άλλη διεύθυνση. Μπορεί να ανήκει σε κάποιον, ο οποίος στη συνέχεια θα πιστώσει τη διεύθυνσή της στην παράπλευρη αλυσίδα με πέντε sidecoin, μόλις λάβει τα bitcoin. Εναλλακτικά, μπορεί να έχει κάποιο είδος ρύθμισης ελαχιστοποιημένης εμπιστοσύνης, στην οποία τα sidecoin πιστώνονται αυτόματα αφού το λογισμικό εντοπίσει μια πληρωμή.
Η Μαρία έχει πλέον μετατρέψει τα νομίσματά της σε sidecoin, αλλά μπορεί πάντα να αντιστρέψει τη διαδικασία για να ανακτήσει τα bitcoin της. Τώρα που έχει μπει στην παράπλευρη αλυσίδα, μπορεί ελεύθερα να πραγματοποιεί συναλλαγές σε αυτό το ξεχωριστό blockchain. Μπορεί να στέλνει sidecoin ή να τα λαμβάνει από άλλους, όπως θα έκανε στην κύρια αλυσίδα.
Θα μπορούσε, για παράδειγμα, να πληρώσει στον Γιώργο ένα sidecoin για ένα φούτερ της Binance. Όταν θέλει να επιστρέψει στα Bitcoin, θα μπορούσε να στείλει τα υπόλοιπα τέσσερα sidecoin της σε μια ειδική διεύθυνση. Αφού επιβεβαιωθεί η συναλλαγή, τέσσερα bitcoin θα ξεκλειδωθούν και θα παραδοθούν σε μια διεύθυνση που ελέγχει η Μαρία στην κύρια αλυσίδα.
Γιατί χρησιμοποιούνται οι παράπλευρες αλυσίδες;
Ίσως αναρωτιέστε ποιο είναι το νόημα. Γιατί η Μαρία δεν χρησιμοποιεί απλώς το blockchain του Bitcoin;
Η απάντηση είναι ότι η παράπλευρη αλυσίδα μπορεί να είναι ικανή για πράγματα που το Bitcoin δεν είναι. Τα Blockchain είναι προσεκτικά σχεδιασμένα συστήματα συμβιβασμών. Ενώ το Bitcoin είναι το πιο ασφαλές και αποκεντρωμένο κρυπτονόμισμα, δεν είναι το καλύτερο από άποψη διεκπεραιωτικής ικανότητας. Ενώ οι συναλλαγές Bitcoin είναι ταχύτερες από τις συμβατικές μεθόδους, είναι ακόμα σχετικά αργές σε σύγκριση με άλλα συστήματα blockchain. Τα Block εξορύσσονται κάθε δέκα λεπτά και οι προμήθειες μπορούν να αυξηθούν σημαντικά όταν υπάρχει συμφόρηση στο δίκτυο.
Ομολογουμένως, μάλλον δεν υπάρχει ανάγκη για αυτό το επίπεδο ασφάλειας για μικρές καθημερινές πληρωμές. Αν η Μαρία πληρώνει για έναν καφέ, δεν πρόκειται να περιμένει την επιβεβαίωση της συναλλαγής. Θα καθυστερήσει την ουρά και ο καφές της θα κρυώσει μέχρι να παραδοθεί.
Οι παράπλευρες αλυσίδες δεν δεσμεύονται από τους ίδιους κανόνες. Στην πραγματικότητα, δεν χρειάζεται καν να χρησιμοποιήσουν το Proof of Work για να λειτουργήσουν. Θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε οποιονδήποτε μηχανισμό συναίνεσης, να εμπιστευτείτε έναν μόνο επικυρωτή ή να τροποποιήσετε διάφορες παραμέτρους. Θα μπορούσατε να προσθέσετε αναβαθμίσεις που δεν υπάρχουν στην κύρια αλυσίδα, να δημιουργήσετε μεγαλύτερα Block και να επιβάλετε γρήγορους διακανονισμούς.
Είναι ενδιαφέρον ότι οι παράπλευρες αλυσίδες θα μπορούσαν να έχουν ακόμη και σοβαρά σφάλματα χωρίς να επηρεάζουν την υποκείμενη αλυσίδα. Αυτό τους επιτρέπει να χρησιμοποιούνται ως πλατφόρμες για πειραματισμό και να αναπτύσσουν λειτουργίες οι οποίες σε άλλη περίπτωση θα απαιτούσαν συναίνεση από την πλειοψηφία του δικτύου.
Υπό την προϋπόθεση ότι οι χρήστες είναι ευχαριστημένοι με τους συμβιβασμούς, οι παράπλευρες αλυσίδες θα μπορούσαν να είναι ένα αναπόσπαστο βήμα προς την αποτελεσματική κλιμάκωση. Δεν υπάρχει προϋπόθεση για να αποθηκεύουν οι κόμβοι της κύριας αλυσίδας κάθε συναλλαγή από την παράπλευρη αλυσίδα. Η Μαρία θα μπορούσε να εισέλθει στην παράπλευρη αλυσίδα με μία μόνο συναλλαγή με Bitcoin, να εκτελέσει εκατοντάδες συναλλαγές με sidecoin και στη συνέχεια να εξέλθει από την παράπλευρη αλυσίδα. Όσον αφορά το blockchain του Bitcoin, έχει εκτελέσει μόνο δύο – μία για είσοδο και μία για έξοδο.
Το Ethereum Plasma είναι παρόμοιο, αλλά έχει μερικές σημαντικές διαφορές. Διαβάστε περισσότερα για αυτό: Τι είναι το Ethereum Plasma;
Εισαγωγή στα κανάλια πληρωμών
Τι είναι το κανάλι πληρωμών;
Τα κανάλια πληρωμών εξυπηρετούν τον ίδιο σκοπό με τις παράπλευρες αλυσίδες στο μέτωπο της κλιμάκωσης, αλλά, στην ουσία, είναι πολύ διαφορετικά. Όπως και οι παράπλευρες αλυσίδες, αφαιρούν συναλλαγές από την κύρια αλυσίδα για να αποτρέψουν τη διόγκωση του blockchain. Σε αντίθεση με τις παράπλευρες αλυσίδες, ωστόσο, δεν χρειάζονται ξεχωριστό blockchain για να λειτουργήσουν.
Το κανάλι πληρωμών χρησιμοποιεί μια έξυπνη σύμβαση για να δώσει τη δυνατότητα στους χρήστες να πραγματοποιούν συναλλαγές χωρίς να δημοσιεύουν τις συναλλαγές τους στο blockchain. Αυτό το καταφέρνει χρησιμοποιώντας μια συμφωνία μεταξύ δύο συμμετεχόντων, η οποία επιβάλλεται από λογισμικό.
Πώς λειτουργεί ένα κανάλι πληρωμών;
Σε μοντέλα όπως το δημοφιλές δίκτυο Lightning, δύο μέρη θα καταθέτουν πρώτα νομίσματα σε μια διεύθυνση που κατέχουν από κοινού. Αυτή είναι μια διεύθυνση πολλαπλών υπογραφών, μια διεύθυνση που απαιτεί δύο υπογραφές για να δαπανηθούν τα κεφάλαια. Έτσι, εάν η Μαρία και ο Γιώργος δημιουργούσαν μια τέτοια διεύθυνση, τα κεφάλαια θα μπορούσαν να μεταφερθούν μόνο με τη συγκατάθεση και των δύο.
Ας υποθέσουμε ότι ο καθένας καταθέτει 10 BTC σε μια διεύθυνση που τώρα διακρατά 20 BTC. Θα ήταν εύκολο γι' αυτούς να διατηρούν έναν ισολογισμό που ξεκινάει δηλώνοντας ότι η Μαρία και ο Γιώργος έχουν ο καθένας από 10 BTC. Εάν η Μαρία ήθελε να δώσει στον Γιώργο ένα νόμισμα, θα μπορούσαν να τον ενημερώσουν για να αναγράφει ότι η Μαρία έχει 9 BTC και ο Γιώργος έχει 11 BTC. Δεν θα χρειαζόταν να δημοσιεύουν στο blockchain καθώς συνεχίζουν να ενημερώνουν αυτά τα υπόλοιπα.
Όταν χρειαστεί, όμως, ας πούμε ότι η Μαρία έχει 5 BTC και ο Γιώργος έχει 15 BTC. Στη συνέχεια, θα μπορούσαν να δημιουργήσουν μια συναλλαγή η οποία στέλνει αυτά τα υπόλοιπα σε διευθύνσεις που ανήκουν στα μέρη, να την υπογράψουν και να τη μεταδώσουν.
Η Μαρία και ο Γιώργος θα μπορούσαν να έχουν καταγράψει δέκα, εκατό ή χίλιες συναλλαγές στον ισολογισμό τους. Ωστόσο, όσον αφορά το blockchain, έχουν πραγματοποιήσει μόνο δύο λειτουργίες στην αλυσίδα: μία για την αρχική συναλλαγή χρηματοδότησης και μία για την ανακατανομή των υπολοίπων όταν ολοκληρωθεί. Εκτός από αυτές τις δύο, όλες οι άλλες συναλλαγές είναι δωρεάν και σχεδόν στιγμιαίες επειδή πραγματοποιούνται εκτός αλυσίδας. Δεν υπάρχει καμία προμήθεια εξόρυξης να πληρώσετε και καμία επιβεβαίωση Block να περιμένετε.
Φυσικά, το παράδειγμα που αναφέρθηκε παραπάνω απαιτεί τη συνεργασία και των δύο μερών, μια κατάσταση που δεν είναι ιδανική για αγνώστους. Ωστόσο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ειδικοί μηχανισμοί για την τιμωρία κάθε απόπειρας εξαπάτησης, ώστε τα μέρη να μπορούν να αλληλεπιδρούν με ασφάλεια μεταξύ τους χωρίς εμπιστοσύνη.
Δρομολόγηση πληρωμών
Προφανώς, τα κανάλια πληρωμών είναι βολικά για δύο μέρη τα οποία αναμένουν μεγάλο όγκο συναλλαγών. Αλλά έχει και καλύτερο. Ένα δίκτυο από αυτά τα κανάλια μπορεί να αναπτυχθεί, το οποίο σημαίνει ότι η Μαρία θα μπορούσε να πληρώσει ένα μέρος με το οποίο δεν είναι άμεσα συνδεδεμένη. Εάν ο Γιώργος έχει ανοιχτό κανάλι με την Άννα, η Μαρία μπορεί να την πληρώσει, με την προϋπόθεση ότι υπάρχει αρκετή χωρητικότητα. Θα μεταφέρει κεφάλαια στην πλευρά του καναλιού που ανήκει στον Γιώργο, ο οποίος, με τη σειρά του, θα τα μεταφέρει στην πλευρά της Άννας. Εάν η Άννα είναι συνδεδεμένη με έναν άλλο συμμετέχοντα, τον Γιάννη, μπορεί να γίνει το ίδιο.
Ένα τέτοιο δίκτυο εξελίσσεται σε μια κατανεμημένη τοπολογία, στην οποία όλοι συνδέονται με πολλαπλούς ομότιμους. Συχνά θα υπάρχουν πολλές διαδρομές προς έναν προορισμό και οι χρήστες θα έχουν τη δυνατότητα να επιλέξουν την πιο αποτελεσματική.
Συμπεράσματα
Έχουμε αναλύσει δύο προσεγγίσεις κλιμάκωσης οι οποίες επιτρέπουν την πραγματοποίηση συναλλαγών χωρίς να επιβαρύνουν το υποκείμενο blockchain. Η τεχνολογία τόσο των παράπλευρων αλυσίδων όσο και των καναλιών πληρωμών δεν έχει ωριμάσει ακόμη, αλλά αξιοποιείται όλο και περισσότερο από χρήστες οι οποίοι επιθυμούν να παρακάμψουν τις αδυναμίες των συναλλαγών βασικού επιπέδου.
Όσο περνά ο καιρός και περισσότεροι χρήστες εντάσσονται στο δίκτυο, είναι σημαντικό να τηρείται η αποκέντρωση. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μόνο με την επιβολή ορίων στην ανάπτυξη του Blockchain, έτσι ώστε οι νέοι κόμβοι να μπορούν να ενταχθούν εύκολα. Οι υποστηρικτές των λύσεων κλιμάκωσης εκτός αλυσίδας πιστεύουν ότι, με την πάροδο του χρόνου, η κύρια αλυσίδα θα χρησιμοποιείται μόνο για τον διακανονισμό συναλλαγών υψηλής αξίας ή για τη σύνδεση/αφαίρεση παράπλευρων αλυσίδων και το άνοιγμα/κλείσιμο καναλιών.