Mis on plokiahela trilemma?
Avaleht
Artiklid
Mis on plokiahela trilemma?

Mis on plokiahela trilemma?

Keskmine
Avaldatud Oct 14, 2022VĂ€rskendatud Feb 1, 2023
9m

TL;DR

Plokiahelad saavad hakkama vaid piiratud arvu tehingutega sekundis. NĂ€iteks Bitcoini vĂ”rk suudab töödelda umbes seitse tehingut sekundis. Kui plokiahela tehnoloogiat hakatakse ĂŒlemaailmselt kasutusele vĂ”tma, peaks see olema vĂ”imeline töötlema palju rohkem andmeid ja suuremal kiirusel, nii et rohkem inimesi saaks vĂ”rku kasutada, ilma et see muutuks liiga aeglaseks vĂ”i kulukaks. Paljude detsentraliseeritud vĂ”rkude pĂ”hiline ĂŒlesehitus tĂ€hendab aga seda, et suurenev skaleeritavus kipub nĂ”rgendama detsentraliseerimist vĂ”i turvalisust. Seda nimetatakse plokiahela trilemmaks. Arendajad, kes soovivad seda probleemi lahendada, katsetavad erinevaid konsensusmehhanisme ja skaleeritavuse lahendusi, nagu killustamine, kĂŒlgahelad ja seisundi kanalid.

Sissejuhatus

PĂ”himĂ”tteliselt on plokiahel hajutatud digitaalne andmebaas. Andmeplokid on korraldatud kronoloogilises jĂ€rjekorras. Plokid on omavahel seotud ja kaitstud krĂŒptograafiliste tĂ”enditega. Selle tehnoloogia rakendamine erinevates tööstusharudes muudab juba seda, kuidas me töötame ja elame. 

Idee seisneb selles, et detsentraliseeritud ja turvalised plokiahelad vĂ”imaldavad luua maailma, kus me ei pea vĂ”rkude vĂ”i turgude toimimiseks lootma kolmandatele osapooltele. Kuid eksperdid nĂ”ustuvad ĂŒldiselt, et kui seda tehnoloogiat tahetakse laialdasemalt kasutusele vĂ”tta, on sellel pĂ”hiprobleem, mis vajab lahendamist. KĂ”nealune 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 kĂ”igi kolme omaduse optimaalset taset. Ühe suurendamine viib tavaliselt teise nĂ”rgenemiseni.

Selles artiklis uuritakse kĂ”iki kolme trilemma elementi ja selgitatakse ĂŒksikasjalikumalt, mis igaĂŒks neist on. KĂ”igi nende pĂ”hjalikum arutamine ja omavaheline sobivus aitab paremini mĂ”ista, kuidas ja miks plokiahela trilemma eksisteerib. Selles artiklis tuuakse esile ka mĂ”ned arendajate soovitatud lahendused.

Mis on detsentraliseerimine?

Bitcoin ja sarnased plokiahela vĂ”rgud on disainilt detsentraliseeritud. Kogu struktuur on selline, et ei ole ĂŒhtegi vastutavat isikut ega organisatsiooni. Pigem on see detsentraliseeritud. VĂ”rgukiht on avatud kĂ”igile, kes soovivad osaleda. Selle tulemusena on kontroll pigem tĂ€ielikult jaotatud kui ĂŒhele ĂŒksusele kuuluv. KĂ”igil on juurdepÀÀs samadele andmetele. Kui keegi ĂŒritab sĂŒsteemi petta, muutes kirjeid enda kasuks, siis ĂŒlejÀÀnud osalejad lĂŒkkavad vigased andmed tagasi.

See vĂ”ib muutuda ĂŒsna tehniliseks, kuid vĂ”tame nĂ€iteks Bitcoini vĂ”rgu. Kolmanda osapoole kontrolli ei ole. VĂ”rdle seda pankade vajadusega finantssĂŒsteemis. Pangad tugevdavad tehinguid tegevate inimeste vahel usaldust ja tagavad, et kĂ”iki andmeid hoitakse korrektselt. Bitcoini plokiahel jagab aga kĂ”iki neid andmeid kĂ”igi vĂ”rgus olijatega, et neid saaks enne digitaalsesse andmebaasi lisamist kontrollida ja kinnitada. Tulemuseks on sĂŒsteem, mis vĂ”ib eksisteerida ilma kolmandate isikute vajaduseta.

Detsentraliseerimine pakub nn Web3 vĂ”imalust. Praegu on meil Web2 – tĂ€napĂ€eva Internet. See on tĂ€is saite ja rakendusi, mida juhivad ettevĂ”tted, kuid sisaldab kasutajate loodud sisu. Web3 on jĂ€rgmine samm. Internet, kus detsentraliseeritud plokiahela tehnoloogia vĂ”imaldab inimestel kontrollida oma andmeid ja veebielu. 

Üks asi, mida tuleb siiski mĂ€rkida on see, et nende hajutatud sĂŒsteemide toimimise tĂ”ttu – kuna andmete kehtivuses peab kokku leppima suur hulk osalejaid – vĂ”ivad tehinguajad olla aeglased, kuna teavet tuleb jagada ja töödelda. Seega peavad plokiahelad skaleerima, mis tĂ€hendab, et nad peavad suutma kĂ€idelda 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, vĂ”ib pahatahtlik osaleja vĂ”tta kontrolli ĂŒle ja andmeid enda kasuks muuta. See viib trilemma teise osani: turvalisus.

Mis on plokiahela turvalisus?

Pole tĂ€htis, kui detsentraliseeritud plokiahel on, kui sellel puudub turvalisus. Hea plokiahela vĂ”rk peaks olema vastupidav pahatahtlike ĂŒksuste rĂŒnnakutele. Tsentraliseeritud sĂŒsteemide turvalisus tuleneb sellest, et sĂŒsteem on suletud. See, kes kontrollib, vĂ”ib tagada, et andmed on hĂ€ireteta. Aga kuidas seda saavutada detsentraliseeritud sĂŒsteemis, kus igaĂŒks vĂ”ib osaleda?

See on keeruline teema, kuid me vĂ”ime naasta Bitcoini kui detsentraliseeritud plokiahela turvalisuse nĂ€ite juurde. Bitcoini plokiahel kasutab kombinatsiooni krĂŒptograafiast ja vĂ”rgu konsensusmehhanismist, mida nimetatakse töötĂ”enduseks (PoW). KrĂŒptograafia osas on igal plokil omamoodi digitaalne allkiri (vĂ”i rĂ€si). Iga andmeplokk on ĂŒhendatud viisil, mida ei saa rikkuda, sest mis tahes muudatused muudaksid ploki rĂ€si. ÜlejÀÀnud vĂ”rk tuvastab kiiresti kĂ”ik katsed andmeid muuta.

PoW konsensuse mehhanism on mĂ”istatuse teine osa. See aitab kaitsta krĂŒptoraha pearaamatut. TöötĂ”enduse mĂ”istmine on omaette artikkel, kuid siinkohal tuleb mĂ€rkida, et vĂ”rgu liikmed saavad uusi tehinguid kinnitada ja neid pearaamatusse lisada ainult kaevandusena tuntud tegevuse kaudu. See hĂ”lmab arvutusvĂ”imsuse kasutamist matemaatilise mĂ”istatuse lahendamiseks. Osa protsessist nĂ”uab, et need arvutid tĂ€idaksid mitmeid rĂ€sifunktsioone. See mĂ”jutab skaleeritavuse probleemi, kuna PoW mehhanism on turvaline, kuid suhteliselt aeglane.

Samuti pane tĂ€hele, et mida rohkem on vĂ”rgus osalejaid (sĂ”lmi), seda turvalisem see on. Mida suurem on osapoolte arv, seda raskem on ĂŒhel pahatahtlikul osalejal sĂŒsteemi ĂŒle kontrolli haarata. See on seotud nn 51% rĂŒnnakuga. Ülevaatena: kui ĂŒks ĂŒksus (vĂ”i pahatahtlike osalejate rĂŒhm) suudab kontrollida rohkem kui 50% plokiahela kogu vĂ”rgu rĂ€simise mÀÀrast, siis oleks neil vĂ”imalik konsensust alistada ja keti andmeid muuta nii, et see ise tooks kasu, nĂ€iteks topeltkulutus tokenid. 

LĂŒhidalt öeldes on turvalisus plokiahela edukaks toimimiseks pĂ”hinĂ”ue, sest ilma selleta saavad rĂŒndajad ahela ĂŒle kontrolli haarata, muutes selle kasutuks.

Mis on skaleeritavus?

Skaleeritavus viitab eesmĂ€rgile ehitada plokiahel, mis suudab toetada ĂŒha rohkem tehinguid sekundis. Kui plokiahela tehnoloogia soovib teenindada laiemat ĂŒhiskonda ja vĂ”ib-olla miljardeid kasutajaid, on vaja ulatust. Kuid see on koht, kus paljud plokiahelad on endiselt hĂ€das. 

Selle pÔhjuseks on asjaolu, et detsentraliseerimine ja turvalisus on plokiahela jaoks nii olulised, et neile kiputakse kÔigepealt keskenduma. Detsentraliseerimine on plokiahela eesmÀrkides nii kesksel kohal, et see on enamiku tunnustatud plokiahelate eetos. Turvalisus, nagu oleme arutanud, on plokiahela edukaks ja kasulikuks muutmise pÔhinÔue.

Detsentraliseerimise ja turvalisuse esikohale seadmisel muutub skaleeritavus aga vĂ€ljakutseks. Tehingute arv, mida kett saab kĂ€sitleda, vĂ”ib olla tĂ”siselt piiratud. Tsentraliseeritud maksesĂŒsteem, nagu Visa, vĂ€idab, et see suudab toetada 24 000 tehingut sekundis. Selle pĂ”hjuseks on asjaolu, et vĂ”rk on suletud ja vaba sellistest kaalutlustest nagu avalikud sĂ”lmed ja konsensus. VĂ”rdle seda mĂ”ne tuntuima plokiahelaga. 

Bloombergi andmetel 2022. aastal: „Septembri seisuga ei suutnud Bitcoin teha rohkem kui seitset tehingut sekundis ja Ethereum, populaarsuselt teine vĂ”rk, piirdus umbes 15-ga sekundis — eluiga vĂ”rreldes tavapĂ€raste börsidega."

Nagu mainitud, on need plokiahelatehingute kiirused piiratud tĂ€nu sellele, kuidas detsentraliseeritud vĂ”rgu moodustavad erinevad osalejad peavad teavet töötlema, ja PoW konsensusmehhanismi enda olemuse tĂ”ttu. Kui ĂŒha rohkem inimesi ĂŒhiskonnas hakkab plokiahela tehnoloogiat kasutama, jÀÀvad vĂ”rgud ummikusse, kuna tehingute arv on piiratud.

Miks plokiahela trilemma eksisteerib

Ülalkirjeldatud probleemi kĂ”ige ilmsem ja pĂ”hilisem lahendus on vĂ€hendada osalejate arvu, kes kinnitavad ja lisavad vĂ”rguandmeid, et saada suuremat ulatust ja kiirust. Kuid see tooks kaasa detsentraliseerimise nĂ”rgenemise, kuna kontroll antakse vĂ€iksemale arvule osalejatele. Ja see tooks kaasa ka turvalisuse nĂ”rgenemise, kuna vĂ€hem osalejaid tĂ€hendab suuremat rĂŒnnakute vĂ”imalust.

Siin peitubki trilemma: arvestades seost detsentraliseerimise ja turvalisuse soovitud omaduste vahel, muudab plokiahela toimimise pĂ”hiline ĂŒlesehitus selle skaleerimise raskeks. Kui suurendad ĂŒhte, siis nĂ”rgestad teist. Kuidas suurendada skaleeritavust, kahjustamata detsentraliseerimist, turvalisust vĂ”i mĂ”lemat? 

Plokiahela trilemma lahendamine

Trilemmal pole ĂŒht kuldset lahendust. Kuid arvestades selle probleemi lahendamise olulisust, on kogukonnas olnud mitmeid erinevaid lĂ€henemisviise huvitavate tulemustega. Teeme ĂŒlevaate mĂ”nedest kĂ”ige populaarsematest arendustest, et anda sulle aimu sellest, mis selles valdkonnas toimub:

1. killustamine (sharding)

See on meetod plokiahelate (vĂ”i muud tĂŒĂŒpi andmebaaside) jagamiseks vĂ€iksemateks jaotatud plokiahelateks, mis haldavad konkreetseid andmesegmente. See seadistus vĂ”tab pinge maha ĂŒhest ahelast, mis tegeleb kĂ”igi vĂ”rgus tehtavate tehingute ja interaktsioonidega. Iga partitsioonitud plokiahelat nimetatakse killuks ja sellel on oma konkreetne pearaamat. Need killud saavad seejĂ€rel oma tehinguid töödelda, samas kui signaal plokiahel vĂ”i pĂ”hiahel haldab kildude vahelisi koostoimeid. See muudab killustamise 1. kihi vĂ”rgu skaleeritavuse tĂ€ienduseks, kuna see on muutus plokiahela pĂ”hivĂ”rgus.

2. Erinev konsensuse mehhanism

Üks pĂ”hjusi, miks trilemma Bitcoini vĂ”rgus eksisteerib, on PoW turvalisuse tagamise viis. Vajadus kaevandajate, krĂŒptoalgoritmide ja tohutu hulga detsentraliseeritud arvutusvĂ”imsuse jĂ€rele viivad turvalise, kuid aeglase sĂŒsteemini. Teistsuguse viisi leidmine konsensuse saavutamiseks on ĂŒks lĂ€henemine trilemma lahendamisele. See oli ĂŒks pĂ”hjusi, miks Ethereum lĂ€ks PoW-lt ĂŒle panuse tĂ”endusele (PoS).

PoS-i plokiahelates peavad tehingute valideerimisega seotud osalejad oma tokenid panustama (lukustama). Pole vaja vĂ€ga spetsialiseeritud kaevandusmasinaid. Valideerijate vĂ”rku lisamine on odavam, lihtsam ja ligipÀÀsetavam. PoS on vaid ĂŒks paljudest erinevatest lĂ€henemisviisidest konsensusmehhanismidele, pidades silmas skaleeritavust. 

3. 2. kihi lahendused

Nii killustamine kui ka erinevad konsensusmehhanismid on nn 1. kihi lahendused. Nad soovivad muuta aluseks oleva vĂ”rgu pĂ”hilist ĂŒlesehitust. Kuid teised arendajad, kes soovivad seda trilemmat lahendada, on töötanud lahenduste kallal, mis tuginevad olemasolevale vĂ”rgustruktuurile. TeisisĂ”nu arvavad nad, et vastus peitub teises kihis ehk kihis 2. Selle nĂ€idete hulka kuuluvad kĂŒlgahelad ja seisundi kanalid.

KĂŒlgahel on pĂ”himĂ”tteliselt eraldiseisev plokiahel, mis on ĂŒhendatud pĂ”hiahelaga. See on loodud nii, et varad saaksid nende kahe vahel vabalt liikuda. Oluline on see, et kĂŒlgahel vĂ”ib töötada erinevate reeglite alusel, vĂ”imaldades suuremat kiirust ja ulatust. Samamoodi on seisundi kanalid veel ĂŒks viis tehingute peaahelast eemaldamiseks ja 1. kihile avaldatava surve leevendamiseks. Olekukanal kasutab nutilepingut, mitte eraldi ahelat, et vĂ”imaldada kasutajatel ĂŒksteisega suhelda ilma oma tehinguid plokiahelas avaldamata. Plokiahel salvestab ainult kanali alguse ja lĂ”pu.

LÔppmÀrkused

Skaleeritavuse trilemma takistab plokiahela tÀitmist oma potentsiaali maailma muutva tehnoloogiana. Kui plokiahelavÔrgud suudavad detsentraliseerituse ja turvalisuse sÀilitamiseks hakkama saada vaid vÀikese arvu tehingutega sekundis, on massilise kasutusele vÔtuni raske jÔuda. Kuid lahendused, mida arendajad selle probleemi lahendamiseks praegu vÀlja pakuvad, viitavad sellele, et plokiahela poolt juba tehtud tehnoloogilised edusammud ainult jÀtkuvad ja need vÔrgud vÔivad tulevikus palju rohkem andmeid töödelda.