TL;DR
Plokiahelad saavad hakkama vaid piiratud arvu tehingutega sekundis. Näiteks Bitcoini võrk suudab töödelda umbes seitse tehingut sekundis. Kui plokiahela tehnoloogiat hakatakse ülemaailmselt kasutusele võtma, peaks see olema võimeline töötlema palju rohkem andmeid ja suuremal kiirusel, nii et rohkem inimesi saaks võrku kasutada, ilma et see muutuks liiga aeglaseks või kulukaks. Paljude detsentraliseeritud võrkude põhiline ülesehitus tähendab aga seda, et suurenev skaleeritavus kipub nõrgendama detsentraliseerimist või turvalisust. Seda nimetatakse plokiahela trilemmaks. Arendajad, kes soovivad seda probleemi lahendada, katsetavad erinevaid konsensusmehhanisme ja skaleeritavuse lahendusi, nagu killustamine, külgahelad ja seisundi kanalid.
Sissejuhatus
Põhimõtteliselt on plokiahel hajutatud digitaalne andmebaas. Andmeplokid on korraldatud kronoloogilises järjekorras. Plokid on omavahel seotud ja kaitstud krüptograafiliste tõenditega. Selle tehnoloogia rakendamine erinevates tööstusharudes muudab juba seda, kuidas me töötame ja elame.
Idee seisneb selles, et detsentraliseeritud ja turvalised plokiahelad võimaldavad luua maailma, kus me ei pea võrkude või turgude toimimiseks lootma kolmandatele osapooltele. Kuid eksperdid nõustuvad üldiselt, et kui seda tehnoloogiat tahetakse laialdasemalt kasutusele võtta, on sellel põhiprobleem, mis vajab lahendamist. Kõnealune probleem on tuntud kui „plokiahela trilemma".
Seda terminit populariseeris Ethereumi kaasasutaja Vitalik Buterin. Selleks, et see oleks arusaadav, pead olema teadlik kolmest erinevast plokiahelas soovitavast elemendist: detsentraliseerimine, turvalisus ja skaleeritavus. Plokiahela trilemma viitab ideele, et plokiahelatel on raske saavutada samaaegselt kõigi kolme omaduse optimaalset taset. Ühe suurendamine viib tavaliselt teise nõrgenemiseni.
Selles artiklis uuritakse kõiki kolme trilemma elementi ja selgitatakse üksikasjalikumalt, mis igaüks neist on. Kõigi nende põhjalikum arutamine ja omavaheline sobivus aitab paremini mõista, kuidas ja miks plokiahela trilemma eksisteerib. Selles artiklis tuuakse esile ka mõned arendajate soovitatud lahendused.
Mis on detsentraliseerimine?
Bitcoin ja sarnased plokiahela võrgud on disainilt detsentraliseeritud. Kogu struktuur on selline, et ei ole ühtegi vastutavat isikut ega organisatsiooni. Pigem on see detsentraliseeritud. Võrgukiht on avatud kõigile, kes soovivad osaleda. Selle tulemusena on kontroll pigem täielikult jaotatud kui ühele üksusele kuuluv. Kõigil on juurdepääs samadele andmetele. Kui keegi üritab süsteemi petta, muutes kirjeid enda kasuks, siis ülejäänud osalejad lükkavad vigased andmed tagasi.
See võib muutuda üsna tehniliseks, kuid võtame näiteks Bitcoini võrgu. Kolmanda osapoole kontrolli ei ole. Võrdle seda pankade vajadusega finantssüsteemis. Pangad tugevdavad tehinguid tegevate inimeste vahel usaldust ja tagavad, et kõiki andmeid hoitakse korrektselt. Bitcoini plokiahel jagab aga kõiki neid andmeid kõigi võrgus olijatega, et neid saaks enne digitaalsesse andmebaasi lisamist kontrollida ja kinnitada. Tulemuseks on süsteem, mis võib eksisteerida ilma kolmandate isikute vajaduseta.
Detsentraliseerimine pakub nn Web3 võimalust. Praegu on meil Web2 – tänapäeva Internet. See on täis saite ja rakendusi, mida juhivad ettevõtted, kuid sisaldab kasutajate loodud sisu. Web3 on järgmine samm. Internet, kus detsentraliseeritud plokiahela tehnoloogia võimaldab inimestel kontrollida oma andmeid ja veebielu.
Üks asi, mida tuleb siiski märkida on see, et nende hajutatud süsteemide toimimise tõttu – kuna andmete kehtivuses peab kokku leppima suur hulk osalejaid – võivad tehinguajad olla aeglased, kuna teavet tuleb jagada ja töödelda. Seega peavad plokiahelad skaleerima, mis tähendab, et nad peavad suutma käidelda rohkem andmeid suurema kiirusega. Tuleme selle punkti juurde tagasi, kui arutame skaleeritavust.
Lisaks kehtib detsentraliseeritud unistus ainult siis, kui aluseks olevad plokiahelad on turvalised. Kui plokiahelal puudub turvalisus, võib pahatahtlik osaleja võtta kontrolli üle ja andmeid enda kasuks muuta. See viib trilemma teise osani: turvalisus.
Mis on plokiahela turvalisus?
Pole tähtis, kui detsentraliseeritud plokiahel on, kui sellel puudub turvalisus. Hea plokiahela võrk peaks olema vastupidav pahatahtlike üksuste rünnakutele. Tsentraliseeritud süsteemide turvalisus tuleneb sellest, et süsteem on suletud. See, kes kontrollib, võib tagada, et andmed on häireteta. Aga kuidas seda saavutada detsentraliseeritud süsteemis, kus igaüks võib osaleda?
See on keeruline teema, kuid me võime naasta Bitcoini kui detsentraliseeritud plokiahela turvalisuse näite juurde. Bitcoini plokiahel kasutab kombinatsiooni krüptograafiast ja võrgu konsensusmehhanismist, mida nimetatakse töötõenduseks (PoW). Krüptograafia osas on igal plokil omamoodi digitaalne allkiri (või räsi). Iga andmeplokk on ühendatud viisil, mida ei saa rikkuda, sest mis tahes muudatused muudaksid ploki räsi. Ülejäänud võrk tuvastab kiiresti kõik katsed andmeid muuta.
PoW konsensuse mehhanism on mõistatuse teine osa. See aitab kaitsta krüptoraha pearaamatut. Töötõenduse mõistmine on omaette artikkel, kuid siinkohal tuleb märkida, et võrgu liikmed saavad uusi tehinguid kinnitada ja neid pearaamatusse lisada ainult kaevandusena tuntud tegevuse kaudu. See hõlmab arvutusvõimsuse kasutamist matemaatilise mõistatuse lahendamiseks. Osa protsessist nõuab, et need arvutid täidaksid mitmeid räsifunktsioone. See mõjutab skaleeritavuse probleemi, kuna PoW mehhanism on turvaline, kuid suhteliselt aeglane.
Samuti pane tähele, et mida rohkem on võrgus osalejaid (sõlmi), seda turvalisem see on. Mida suurem on osapoolte arv, seda raskem on ühel pahatahtlikul osalejal süsteemi üle kontrolli haarata. See on seotud nn 51% rünnakuga. Ülevaatena: kui üks üksus (või pahatahtlike osalejate rühm) suudab kontrollida rohkem kui 50% plokiahela kogu võrgu räsimise määrast, siis oleks neil võimalik konsensust alistada ja keti andmeid muuta nii, et see ise tooks kasu, näiteks topeltkulutus tokenid.
Lühidalt öeldes on turvalisus plokiahela edukaks toimimiseks põhinõue, sest ilma selleta saavad ründajad ahela üle kontrolli haarata, muutes selle kasutuks.
Mis on skaleeritavus?
Skaleeritavus viitab eesmärgile ehitada plokiahel, mis suudab toetada üha rohkem tehinguid sekundis. Kui plokiahela tehnoloogia soovib teenindada laiemat ühiskonda ja võib-olla miljardeid kasutajaid, on vaja ulatust. Kuid see on koht, kus paljud plokiahelad on endiselt hädas.
Selle põhjuseks on asjaolu, et detsentraliseerimine ja turvalisus on plokiahela jaoks nii olulised, et neile kiputakse kõigepealt keskenduma. Detsentraliseerimine on plokiahela eesmärkides nii kesksel kohal, et see on enamiku tunnustatud plokiahelate eetos. Turvalisus, nagu oleme arutanud, on plokiahela edukaks ja kasulikuks muutmise põhinõue.
Detsentraliseerimise ja turvalisuse esikohale seadmisel muutub skaleeritavus aga väljakutseks. Tehingute arv, mida kett saab käsitleda, võib olla tõsiselt piiratud. Tsentraliseeritud maksesüsteem, nagu Visa, väidab, et see suudab toetada 24 000 tehingut sekundis. Selle põhjuseks on asjaolu, et võrk on suletud ja vaba sellistest kaalutlustest nagu avalikud sõlmed ja konsensus. Võrdle seda mõne tuntuima plokiahelaga.
Bloombergi andmetel 2022. aastal: „Septembri seisuga ei suutnud Bitcoin teha rohkem kui seitset tehingut sekundis ja Ethereum, populaarsuselt teine võrk, piirdus umbes 15-ga sekundis — eluiga võrreldes tavapäraste börsidega."
Nagu mainitud, on need plokiahelatehingute kiirused piiratud tänu sellele, kuidas detsentraliseeritud võrgu moodustavad erinevad osalejad peavad teavet töötlema, ja PoW konsensusmehhanismi enda olemuse tõttu. Kui üha rohkem inimesi ühiskonnas hakkab plokiahela tehnoloogiat kasutama, jäävad võrgud ummikusse, kuna tehingute arv on piiratud.
Miks plokiahela trilemma eksisteerib
Ülalkirjeldatud probleemi kõige ilmsem ja põhilisem lahendus on vähendada osalejate arvu, kes kinnitavad ja lisavad võrguandmeid, et saada suuremat ulatust ja kiirust. Kuid see tooks kaasa detsentraliseerimise nõrgenemise, kuna kontroll antakse väiksemale arvule osalejatele. Ja see tooks kaasa ka turvalisuse nõrgenemise, kuna vähem osalejaid tähendab suuremat rünnakute võimalust.
Siin peitubki trilemma: arvestades seost detsentraliseerimise ja turvalisuse soovitud omaduste vahel, muudab plokiahela toimimise põhiline ülesehitus selle skaleerimise raskeks. Kui suurendad ühte, siis nõrgestad teist. Kuidas suurendada skaleeritavust, kahjustamata detsentraliseerimist, turvalisust või mõlemat?
Plokiahela trilemma lahendamine
Trilemmal pole üht kuldset lahendust. Kuid arvestades selle probleemi lahendamise olulisust, on kogukonnas olnud mitmeid erinevaid lähenemisviise huvitavate tulemustega. Teeme ülevaate mõnedest kõige populaarsematest arendustest, et anda sulle aimu sellest, mis selles valdkonnas toimub:
1. killustamine (sharding)
See on meetod plokiahelate (või muud tüüpi andmebaaside) jagamiseks väiksemateks jaotatud plokiahelateks, mis haldavad konkreetseid andmesegmente. See seadistus võtab pinge maha ühest ahelast, mis tegeleb kõigi võrgus tehtavate tehingute ja interaktsioonidega. Iga partitsioonitud plokiahelat nimetatakse killuks ja sellel on oma konkreetne pearaamat. Need killud saavad seejärel oma tehinguid töödelda, samas kui signaal plokiahel või põhiahel haldab kildude vahelisi koostoimeid. See muudab killustamise 1. kihi võrgu skaleeritavuse täienduseks, kuna see on muutus plokiahela põhivõrgus.
2. Erinev konsensuse mehhanism
Üks põhjusi, miks trilemma Bitcoini võrgus eksisteerib, on PoW turvalisuse tagamise viis. Vajadus kaevandajate, krüptoalgoritmide ja tohutu hulga detsentraliseeritud arvutusvõimsuse järele viivad turvalise, kuid aeglase süsteemini. Teistsuguse viisi leidmine konsensuse saavutamiseks on üks lähenemine trilemma lahendamisele. See oli üks põhjusi, miks Ethereum läks PoW-lt üle panuse tõendusele (PoS).
PoS-i plokiahelates peavad tehingute valideerimisega seotud osalejad oma tokenid panustama (lukustama). Pole vaja väga spetsialiseeritud kaevandusmasinaid. Valideerijate võrku lisamine on odavam, lihtsam ja ligipääsetavam. PoS on vaid üks paljudest erinevatest lähenemisviisidest konsensusmehhanismidele, pidades silmas skaleeritavust.
3. 2. kihi lahendused
Nii killustamine kui ka erinevad konsensusmehhanismid on nn 1. kihi lahendused. Nad soovivad muuta aluseks oleva võrgu põhilist ülesehitust. Kuid teised arendajad, kes soovivad seda trilemmat lahendada, on töötanud lahenduste kallal, mis tuginevad olemasolevale võrgustruktuurile. Teisisõnu arvavad nad, et vastus peitub teises kihis ehk kihis 2. Selle näidete hulka kuuluvad külgahelad ja seisundi kanalid.
Külgahel on põhimõtteliselt eraldiseisev plokiahel, mis on ühendatud põhiahelaga. See on loodud nii, et varad saaksid nende kahe vahel vabalt liikuda. Oluline on see, et külgahel võib töötada erinevate reeglite alusel, võimaldades suuremat kiirust ja ulatust. Samamoodi on seisundi kanalid veel üks viis tehingute peaahelast eemaldamiseks ja 1. kihile avaldatava surve leevendamiseks. Olekukanal kasutab nutilepingut, mitte eraldi ahelat, et võimaldada kasutajatel üksteisega suhelda ilma oma tehinguid plokiahelas avaldamata. Plokiahel salvestab ainult kanali alguse ja lõpu.
Lõppmärkused
Skaleeritavuse trilemma takistab plokiahela täitmist oma potentsiaali maailma muutva tehnoloogiana. Kui plokiahelavõrgud suudavad detsentraliseerituse ja turvalisuse säilitamiseks hakkama saada vaid väikese arvu tehingutega sekundis, on massilise kasutusele võtuni raske jõuda. Kuid lahendused, mida arendajad selle probleemi lahendamiseks praegu välja pakuvad, viitavad sellele, et plokiahela poolt juba tehtud tehnoloogilised edusammud ainult jätkuvad ja need võrgud võivad tulevikus palju rohkem andmeid töödelda.