TL;DR
Τα Blockchain μπορούν να διαχειριστούν μόνο έναν περιορισμένο αριθμό συναλλαγών ανά δευτερόλεπτο. Το δίκτυο Bitcoin, για παράδειγμα, μπορεί να επεξεργαστεί περίπου επτά συναλλαγές ανά δευτερόλεπτο. Εάν η τεχνολογία blockchain πρόκειται να υιοθετηθεί παγκοσμίως, θα πρέπει να μπορεί να χειρίζεται πολύ περισσότερα δεδομένα και με καλύτερες ταχύτητες, έτσι ώστε περισσότεροι άνθρωποι να μπορούν να χρησιμοποιούν το δίκτυο χωρίς να γίνει πολύ αργό ή ακριβό στη χρήση. Ωστόσο, ο θεμελιώδης σχεδιασμός πολλών αποκεντρωμένων δικτύων σημαίνει ότι η αυξανόμενη κλιμάκωση τείνει να αποδυναμώνει την αποκέντρωση ή την ασφάλεια. Αυτό είναι γνωστό ως τριπλό δίλημμα του blockchain. Οι προγραμματιστές οι οποίοι επιδιώκουν να λύσουν αυτό το πρόβλημα πειραματίζονται με διαφορετικούς μηχανισμούς συναίνεσης και λύσεις κλιμάκωσης, όπως sharding, παράπλευρες αλυσίδες και κανάλια κατάστασης.
Εισαγωγή
Με απλά λόγια, το blockchain είναι μια κατανεμημένη ψηφιακή βάση δεδομένων. Τα block δεδομένων οργανώνονται με χρονολογική σειρά. Τα block συνδέονται και ασφαλίζονται με κρυπτογραφικές αποδείξεις. Η εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας σε διαφορετικούς κλάδους αλλάζει ήδη τον τρόπο με τον οποίο εργαζόμαστε και ζούμε.
Η ιδέα είναι ότι τα αποκεντρωμένα και ασφαλή blockchain οδηγούν σε έναν κόσμο όπου δεν χρειάζεται να βασιζόμαστε σε τρίτους για τη λειτουργία δικτύων ή αγορών. Ωστόσο, οι ειδικοί συμφωνούν γενικά ότι εάν αυτή η τεχνολογία πρόκειται να υιοθετηθεί ευρύτερα, υπάρχει ένα βασικό πρόβλημα που χρειάζεται επίλυση. Το εν λόγω πρόβλημα είναι γνωστό ως "τριπλό δίλημμα του blockchain".
Αυτός ο όρος έγινε δημοφιλής από τον συνιδρυτή του Ethereum, τον Vitalik Buterin. Για να έχει νόημα, πρέπει να γνωρίζετε τα τρία διαφορετικά στοιχεία που είναι επιθυμητά σε ένα blockchain: αποκέντρωση, ασφάλεια και κλιμάκωση. Το τριπλό δίλημμα του blockchain αναφέρεται στην ιδέα ότι είναι δύσκολο για τα blockchain να επιτύχουν τα βέλτιστα επίπεδα και στις τρεις ιδιότητες ταυτόχρονα. Η βελτίωση ενός συνήθως οδηγεί σε αποδυνάμωση ενός άλλου.
Αυτό το άρθρο θα εξετάσει και τα τρία στοιχεία του τριπλού διλήμματος και θα εξηγήσει τι είναι το καθένα με περισσότερες λεπτομέρειες. Εάν αναλύσουμε το καθένα σε βάθος, καθώς και τον τρόπο με τον οποίο συνδυάζονται μεταξύ τους, θα κατανοήσουμε καλύτερα το πώς και το γιατί υπάρχει το τριπλό δίλημμα του blockchain. Αυτό το άρθρο θα επισημάνει επίσης ορισμένες από τις λύσεις που έχουν προτείνει οι προγραμματιστές.
Τι είναι η αποκέντρωση;
Το Bitcoin και παρόμοια δίκτυα blockchain είναι αποκεντρωμένα βάσει σχεδιασμού. Είναι δομημένα με τέτοιο τρόπο, ώστε να μην είναι ένα πρόσωπο ή ένας οργανισμός υπεύθυνος. Αντ' αυτού, είναι αποκεντρωμένα. Το επίπεδο δικτύου είναι ανοιχτό για όποιον θέλει να συμμετάσχει. Ως αποτέλεσμα, ο έλεγχος διανέμεται πλήρως αντί να βρίσκεται στην κατοχή μίας μόνο οντότητας. Όλοι έχουν πρόσβαση στα ίδια δεδομένα. Εάν κάποιος προσπαθήσει να εξαπατήσει το σύστημα αλλάζοντας τα αρχεία προς όφελός του, τότε οι υπόλοιποι συμμετέχοντες θα απορρίψουν τα ελαττωματικά δεδομένα.
Αυτό μπορεί να γίνει αρκετά τεχνικό, αλλά ας πάρουμε το δίκτυο Bitcoin ως παράδειγμα. Δεν έχει κάποιος τρίτος τον έλεγχο. Συγκρίνετε αυτό με την ανάγκη του χρηματοπιστωτικού συστήματος για τράπεζες. Οι τράπεζες επιβάλλουν την εμπιστοσύνη μεταξύ των ατόμων που πραγματοποιούν συναλλαγές και διασφαλίζουν ότι όλα τα αρχεία τηρούνται σωστά. Το blockchain του Bitcoin, ωστόσο, κοινοποιεί όλα αυτά τα δεδομένα σε όλους στο δίκτυο, έτσι ώστε να ελεγχθούν και να επιβεβαιωθούν, πριν προστεθούν στην ψηφιακή βάση δεδομένων. Το αποτέλεσμα είναι ένα σύστημα το οποίο μπορεί να υπάρξει χωρίς να χρειάζεται τρίτους.
Η αποκέντρωση προσφέρει τη δυνατότητα αυτού που είναι γνωστό ως Web3. Αυτήν τη στιγμή έχουμε το Web2 — το διαδίκτυο του σήμερα. Είναι γεμάτο από ιστότοπους και εφαρμογές που ελέγχονται από εταιρείες, αλλά με περιεχόμενο που δημιουργήθηκε από τους χρήστες. Το Web3 είναι το επόμενο βήμα. Ένα διαδίκτυο όπου η αποκεντρωμένη τεχνολογία blockchain επιτρέπει στους ανθρώπους να ελέγχουν τα δικά τους δεδομένα και τη ζωή τους στο διαδίκτυο.
Κάτι που πρέπει να σημειώσουμε, ωστόσο, είναι ότι λόγω του τρόπου με τον οποίο λειτουργούν αυτά τα κατανεμημένα συστήματα — με την ανάγκη για ένα ευρύ φάσμα συμμετεχόντων οι οποίοι συμφωνούν για την εγκυρότητα οποιωνδήποτε δεδομένων — οι χρόνοι συναλλαγής μπορεί να είναι αργοί λόγω του τρόπου με τον οποίο πρέπει να γίνεται η κοινοποίηση και η επεξεργασία των πληροφοριών. Και επομένως, τα blockchain πρέπει να κλιμακώνονται, δηλαδή να είναι ικανά να χειρίζονται περισσότερα δεδομένα με καλύτερες ταχύτητες. Θα επανέλθουμε σε αυτό το σημείο όταν αναλύσουμε την κλιμάκωση.
Επιπλέον, το όνειρο της αποκέντρωσης ισχύει μόνο εάν τα υποκείμενα blockchain είναι ασφαλή. Εάν ένα blockchain στερείται ασφάλειας, τότε ένας κακόβουλος παράγοντας μπορεί να πάρει τον έλεγχο και να αλλάξει τα δεδομένα προς όφελός του. Αυτό οδηγεί στο δεύτερο μέρος του τριπλού διλήμματος: την ασφάλεια.
Τι είναι η ασφάλεια του blockchain;
Δεν έχει σημασία πόσο αποκεντρωμένο είναι ένα blockchain εάν δεν έχει ασφάλεια. Ένα καλό δίκτυο blockchain θα πρέπει να είναι ανθεκτικό σε επιθέσεις από κακόβουλες οντότητες. Τα κεντρικά συστήματα αντλούν την ασφάλειά τους από το γεγονός ότι το σύστημα είναι κλειστό. Όποιος έχει τον έλεγχο μπορεί να εγγυηθεί ότι τα δεδομένα είναι απαλλαγμένα από παρεμβολές. Όμως, πώς επιτυγχάνεται αυτό σε ένα αποκεντρωμένο σύστημα στο οποίο μπορεί να λάβει μέρος ο καθένας;
Είναι ένα περίπλοκο ζήτημα, αλλά μπορούμε να επιστρέψουμε στο Bitcoin ως παράδειγμα αποκεντρωμένης ασφάλειας blockchain. Το blockchain του Bitcoin χρησιμοποιεί έναν συνδυασμό κρυπτογράφησης και ενός μηχανισμού συναίνεσης δικτύου που ονομάζεται Proof of Work (PoW). Όσον αφορά την κρυπτογράφηση, κάθε block έχει ένα είδος ψηφιακής υπογραφής (ή hash). Κάθε block δεδομένων συνδέεται με τρόπο που δεν μπορεί να παραποιηθεί, επειδή τυχόν αλλαγές θα άλλαζαν το hash ενός block. Οποιαδήποτε προσπάθεια αλλαγής των δεδομένων θα γινόταν γρήγορα αντιληπτή από το υπόλοιπο δίκτυο.
Ο μηχανισμός συναίνεσης PoW είναι ένα ακόμα κομμάτι του παζλ. Βοηθά στην ασφάλεια του καθολικού του κρυπτονομίσματος. Η κατανόηση του Proof of Work είναι ένα ολόκληρο άρθρο από μόνο του, αλλά για τους σκοπούς μας, λάβετε υπόψη ότι τα μέλη του δικτύου μπορούν να επαληθεύουν νέες συναλλαγές και να τις προσθέτουν στο καθολικό μέσω μιας δραστηριότητας γνωστής ως εξόρυξης. Αυτό περιλαμβάνει τη χρήση υπολογιστικής ισχύος για την επίλυση ενός μαθηματικού γρίφου. Ένα μέρος της διαδικασίας απαιτεί από αυτούς τους υπολογιστές να εκτελούν πολλές λειτουργίες hashing. Αυτό παίζει ρόλο στο ζήτημα της κλιμάκωσης, καθώς ο μηχανισμός PoW είναι ασφαλής αλλά σχετικά αργός.
Λάβετε επίσης υπόψη ότι όσο περισσότεροι συμμετέχοντες (κόμβοι) υπάρχουν στο δίκτυο, τόσο πιο ασφαλές είναι. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των μερών, τόσο πιο δύσκολο γίνεται για έναν κακόβουλο παράγοντα να αναλάβει τον έλεγχο του συστήματος. Αυτό σχετίζεται με αυτό που είναι γνωστό ως επίθεση 51%. Ως επισκόπηση: εάν μια μεμονωμένη οντότητα (ή μια ομάδα κακόβουλων παραγόντων) μπορεί να ελέγξει περισσότερο από το 50% του συνολικού ποσοστού hash του δικτύου ενός blockchain, τότε θα είναι σε θέση να παρακάμψει τη συναίνεση και να αλλάξει τα δεδομένα της αλυσίδας προς όφελός της, όπως τα token διπλής δαπάνης.
Εν ολίγοις, η ασφάλεια είναι μια θεμελιώδης απαίτηση για την επιτυχία ενός blockchain, επειδή, χωρίς αυτήν, οι εισβολείς μπορούν να πάρουν τον έλεγχο της αλυσίδας, καθιστώντας την άχρηστη.
Τι είναι η κλιμάκωση;
Η κλιμάκωση αναφέρεται στον στόχο της δημιουργίας ενός blockchain που θα μπορεί να υποστηρίζει όλο και περισσότερες συναλλαγές ανά δευτερόλεπτο. Η κλίμακα είναι απαραίτητη εάν η τεχνολογία blockchain θέλει να εξυπηρετήσει την ευρύτερη κοινωνία και πιθανώς δισεκατομμύρια χρήστες. Αλλά αυτό είναι το σημείο στο οποίο συνεχίζουν να έχουν προβλήματα πολλά blockchain.
Αυτό συμβαίνει επειδή η αποκέντρωση και η ασφάλεια είναι τόσο θεμελιώδεις για το blockchain, που τείνουν να επικεντρώνονται πρώτα σε αυτά. Η αποκέντρωση είναι τόσο θεμελιώδης για το ήθος και τους στόχους του blockchain, που βρίσκεται στο επίκεντρο των περισσότερων αναγνωρισμένων blockchain. Η ασφάλεια, όπως συζητήσαμε, είναι βασική προϋπόθεση για να είναι επιτυχημένο και χρήσιμο ένα blockchain.
Ωστόσο, δίνοντας προτεραιότητα στην αποκέντρωση και την ασφάλεια, η κλιμάκωση γίνεται πρόκληση. Ο αριθμός των συναλλαγών που μπορεί να διαχειριστεί μια αλυσίδα μπορεί να είναι εξαιρετικά περιορισμένος. Ένα κεντρικό σύστημα πληρωμών όπως η Visa, δηλώνει ότι μπορεί να υποστηρίξει 24.000 συναλλαγές ανά δευτερόλεπτο. Αυτό συμβαίνει επειδή το δίκτυο είναι κλειστό και απαλλαγμένο από παραμέτρους όπως οι δημόσιοι κόμβοι και η συναίνεση. Συγκρίνετε αυτό με μερικά από τα πιο γνωστά blockchain.
Σύμφωνα με το Bloomberg, το 2022: "Από τον Σεπτέμβριο, το Bitcoin δεν ήταν σε θέση να διαχειριστεί περισσότερες από επτά συναλλαγές ανά δευτερόλεπτο και το Ethereum, το δεύτερο πιο δημοφιλές δίκτυο, περιορίστηκε σε περίπου 15 ανά δευτερόλεπτο — μια αιωνιότητα σε σύγκριση με τα συμβατικά ανταλλακτήρια".
Όπως προαναφέρθηκε, αυτές οι ταχύτητες συναλλαγών του blockchain είναι περιορισμένες λόγω του τρόπου με τον οποίο γίνεται η επεξεργασία των πληροφοριών από τους διαφορετικούς συμμετέχοντες που συνθέτουν το αποκεντρωμένο δίκτυο και της φύσης του ίδιου του μηχανισμού συναίνεσης PoW. Εάν όλο και περισσότεροι άνθρωποι στην κοινωνία αρχίσουν να χρησιμοποιούν την τεχνολογία blockchain, τα δίκτυα θα μπλοκάρουν λόγω του περιορισμένου αριθμού συναλλαγών που μπορούν να διαχειριστούν.
Γιατί υπάρχει το τριπλό δίλημμα του Blockchain
Η πιο προφανής και βασική λύση στο πρόβλημα που περιγράφηκε παραπάνω είναι η μείωση του αριθμού των συμμετεχόντων που επιβεβαιώνουν και προσθέτουν στα δεδομένα του δικτύου, με αντάλλαγμα μεγαλύτερη κλίμακα και ταχύτητα. Αλλά κάτι τέτοιο θα οδηγούσε σε αποδυνάμωση της αποκέντρωσης, με τον έλεγχο να παραχωρείται σε μικρότερο αριθμό συμμετεχόντων. Και θα οδηγούσε επίσης σε αποδυνάμωση της ασφάλειας, καθώς λιγότεροι παίκτες σημαίνει μεγαλύτερη πιθανότητα επιθέσεων.
Εδώ λοιπόν έγκειται το τριπλό δίλημμα: δεδομένης της σύνδεσης μεταξύ των επιθυμητών ιδιοτήτων της αποκέντρωσης και της ασφάλειας, ο θεμελιώδης σχεδιασμός του τρόπου λειτουργίας του blockchain καθιστά δύσκολη την κλιμάκωση. Η βελτίωση του ενός σημαίνει αποδυνάμωση του άλλου. Πώς μπορείτε να προωθήσετε την κλιμάκωση χωρίς να βλάψετε την αποκέντρωση, την ασφάλεια ή και τα δύο;
Λύση του τριπλού διλήμματος του blockchain
Δεν υπάρχει μία χρυσή τομή στο τριπλό δίλημμα. Δεδομένης όμως της σημασίας της επίλυσης αυτού του προβλήματος, έχουν υπάρξει πολλές διαφορετικές προσεγγίσεις εντός της κοινότητας με ενδιαφέροντα αποτελέσματα. Ας κάνουμε μια επισκόπηση σε μερικές από τις πιο δημοφιλείς εξελίξεις για να σας δώσουμε μια ιδέα για το τι συμβαίνει στον χώρο:
1. Sharding
Αυτή είναι μια μέθοδος διαχωρισμού των blockchain (ή άλλων τύπων βάσεων δεδομένων) σε μικρότερα, ξεχωριστά blockchain, τα οποία διαχειρίζονται συγκεκριμένα τμήματα δεδομένων. Αυτή η ρύθμιση αφαιρεί το άγχος από μια ενιαία αλυσίδα η οποία ασχολείται με όλες τις συναλλαγές και τις αλληλεπιδράσεις σε ένα δίκτυο. Κάθε ξεχωριστό blockchain είναι γνωστό ως shard και έχει το συγκεκριμένο καθολικό του. Αυτά τα shard μπορούν στη συνέχεια να επεξεργαστούν τις δικές τους συναλλαγές, αλλά ένα blockchain ή μια κύρια αλυσίδα beacon διαχειρίζεται τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των shard. Αυτό καθιστά το Sharding μια αναβάθμιση κλιμάκωσης δικτύου επιπέδου 1, καθώς πρόκειται για μια αλλαγή στο mainnet ενός blockchain.
2. Διαφορετικός μηχανισμός συναίνεσης
Ένας από τους λόγους που υπάρχει το τριπλό δίλημμα στο δίκτυο του Bitcoin είναι λόγω του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί το PoW για να διασφαλίσει την ασφάλεια. Η ανάγκη για εξορύκτες, αλγόριθμους κρύπτο και τεράστιες ποσότητες αποκεντρωμένης υπολογιστικής ισχύος οδηγεί σε ένα ασφαλές, αλλά αργό σύστημα. Η εύρεση ενός διαφορετικού τρόπου για την εξασφάλιση συναίνεσης είναι μία προσέγγιση για την επίλυση του τριπλού διλήμματος. Αυτός ήταν ένας από τους λόγους πίσω από τη μετάβαση του Ethereum από το PoW στο Proof of Stake (PoS).
Στα blockchain PoS, οι συμμετέχοντες που εμπλέκονται στην επικύρωση συναλλαγών πρέπει να πραγματοποιούν ενέργειες Staking (κλειδώνουν) με τα token τους. Δεν υπάρχει ιδιαίτερη ανάγκη για εξειδικευμένα μηχανήματα εξόρυξης. Η προσθήκη περισσότερων επικυρωτών στο δίκτυο είναι απλούστερη και πιο προσιτή. Το PoS είναι μόνο μία από τις πολλές διαφορετικές προσεγγίσεις προς τους μηχανισμούς συναίνεσης, με γνώμονα την κλιμάκωση.
3. Λύσεις επιπέδου 2
Τόσο το sharding όσο και οι διαφορετικοί μηχανισμοί συναίνεσης είναι γνωστές ως λύσεις επιπέδου 1. Προσπαθούν να αλλάξουν τον θεμελιώδη σχεδιασμό του υποκείμενου δικτύου. Όμως άλλοι προγραμματιστές, οι οποίοι επιδιώκουν να λύσουν το τριπλό δίλημμα, εργάζονται για λύσεις που βασίζονται πάνω σε μια υπάρχουσα δομή δικτύου. Με άλλα λόγια, πιστεύουν ότι η απάντηση βρίσκεται σε ένα δεύτερο επίπεδο, ή στο Επίπεδο 2. Παραδείγματα αυτού είναι οι παράπλευρες αλυσίδες και τα κανάλια κατάστασης.
Μια παράπλευρη αλυσίδα είναι στην ουσία ένα ξεχωριστό blockchain το οποίο συνδέεται με την κύρια αλυσίδα. Είναι ρυθμισμένη έτσι ώστε τα στοιχεία ενεργητικού να μπορούν να ρέουν ελεύθερα μεταξύ των δύο. Είναι σημαντικό ότι η πλευρική αλυσίδα μπορεί να λειτουργεί με διαφορετικούς κανόνες, επιτρέποντας υψηλότερη ταχύτητα και κλίμακα. Ομοίως, τα κανάλια κατάστασης είναι ένας άλλος τρόπος αφαίρεσης των συναλλαγών από την κύρια αλυσίδα και μείωσης της πίεσης στο Επίπεδο 1. Ένα κανάλι κατάστασης χρησιμοποιεί μια έξυπνη σύμβαση, αντί για μια ξεχωριστή αλυσίδα, για να δώσει τη δυνατότητα στους χρήστες να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους χωρίς να δημοσιεύουν τις συναλλαγές τους στο blockchain. Το blockchain καταγράφει μόνο την αρχή και το τέλος του καναλιού.
Συμπεράσματα
Το τριπλό δίλημμα κλιμάκωσης εμποδίζει το blockchain από το να εκπληρώσει τις δυνατότητές του ως τεχνολογία που θα αλλάξει τον κόσμο. Εάν τα δίκτυα blockchain μπορούν να διαχειριστούν μόνο έναν μικρό αριθμό συναλλαγών ανά δευτερόλεπτο προκειμένου να διατηρήσουν την αποκέντρωση και την ασφάλεια, τότε θα είναι δύσκολο να επιτευχθεί μαζική υιοθέτηση. Ωστόσο, οι λύσεις που προτείνονται αυτήν τη στιγμή από προγραμματιστές οι οποίοι επιδιώκουν να λύσουν αυτό το πρόβλημα υποδηλώνουν ότι οι τεχνολογικές εξελίξεις που έχουν πραγματοποιηθεί ήδη από το blockchain θα συνεχιστούν και αυτά τα δίκτυα μπορεί κάλλιστα να είναι σε θέση να διαχειρίζονται πολύ περισσότερα δεδομένα στο μέλλον.