Īsumā
Blokķēdes ik sekundi var apstrādāt ierobežotu darījumu skaitu. Piemēram, Bitcoin tīklā sekundē var apstrādāt aptuveni septiņus darījumus. Ja blokķēdes tehnoloģija tiktu ieviesta visā pasaulē, būtu nepieciešams apstrādāt daudz vairāk datu un lielākā ātrumā, lai lielāks skaits cilvēku varētu izmantot tīklu, nepadarot to pārāk lēnu vai dārgu ekspluatācijā. Tomēr daudzi decentralizētie tīkli ir veidoti tā, ka, palielinot to mērogojamību, pasliktinās decentralizācija vai drošība. To sauc par blokķēdes trilemmu. Cenšoties risināt šo problēmu, izstrādātāji eksperimentē ar dažādiem konsensa mehānismiem un mērogojamības risinājumiem, piemēram, slodzes dalīšanu, sānķēdēm un stāvokļu kanāliem.
Ievads
Būtībā blokķēde ir decentralizēta digitālā datu bāze. Datu bloki tiek organizēti hronoloģiskā secībā. Šie bloki tiek savstarpēji saistīti un nodrošināti, izmantojot kriptogrāfiskus apliecinājumus. Šīs tehnoloģijas ieviešana dažādās nozarēs jau tagad maina to, kā mēs dzīvojam un strādājam.
Ideja ir tāda, ka decentralizētas un drošas blokķēdes ļauj izveidot pasauli, kurā mums nav jāpaļaujas uz trešajām pusēm, lai tīkli vai tirgi varētu darboties. Tomēr eksperti kopumā ir vienisprātis, ka, lai šī tehnoloģija tiktu plašāk izmantota, ir jāatrisina tās pamata problēma. Šī problēma ir t. s. "blokķēdes trilemma".
Šo terminu popularizēja Ethereum līdzdibinātājs Vitālijs Buterins. Lai to izprastu, ir jāsaprot trīs atšķirīgi elementi, kurus ir vēlams nodrošināt blokķēdē, proti, decentralizācija, drošība un mērogojamība. Blokķēdes trilemma ir saistīta ar ideju par to, ka blokķēdē ir grūti vienlaikus nodrošināt optimālu šo trīs parametru līmeni. Uzlabojot vienu, parasti cieš kāds cits.
Šajā rakstā apskatīsim visus trīs trilemmas elementus un detalizēti skaidrosim katru no tiem. Padziļināti raksturojot katru no šiem elementiem un to savstarpējo saistību, tu gūsi labāku izpratni par blokķēdes trilemmu un tās pastāvēšanas iemesliem. Šajā rakstā akcentēsim arī dažus no risinājumiem, kurus ierosinājuši izstrādātāji.
Kas ir decentralizācija?
Bitcoin un līdzīgi blokķēdes tīkli pēc būtības ir decentralizēti. To kopējā struktūra ir veidota tā, ka nav vienas personas vai organizācijas, kas tos kontrolētu. Tā ir decentralizēta. Tīkla slānis ir atvērts ikvienam, kurš vēlas piedalīties. Tā rezultātā kontrole ir pilnībā decentralizēta un neatrodas vienas personas rokās. Jebkurš var piekļūt jebkuriem datiem. Ja kāds mēģinātu krāpties, veicot sev vēlamas datu izmaiņas sistēmā, pārējie tīkla dalībnieki noraidītu kļūdainos datus.
Šīs sistēmas skaidrojums var kļūt visai tehnisks, taču ņemsim par piemēru Bitcoin tīklu. To nekontrolē neviena trešā persona. Salīdzināsim to ar nepieciešamību pēc bankām finanšu sistēmā. Bankas veicina uzticēšanos starp cilvēkiem, kas veic darījumus, un nodrošina visu datu pareizu uzskaiti. Turpretī Bitcoin blokķēdē visiem tīkla dalībniekiem ir pieejami visi dati, lai tos varētu pārbaudīt un apstiprināt pirms pievienošanas digitālajai datu bāzei. Tā rezultātā iegūstam sistēmu, kas var pastāvēt bez trešo pušu starpniecības.
Decentralizācija padara iespējamu t. s. Web3. Pašlaik mēs izmantojam Web2 – šodienas internetu. Tajā ir dažādas vietnes un lietotnes, kuras kontrolē dažādi uzņēmumi, bet to saturu veido lietotāji. Web3 ir nākamais līmenis. Tas ir internets, kurā decentralizētās blokķēdes tehnoloģija ļauj cilvēkiem kontrolēt savus datus un tiešsaistes aktivitātes.
Tomēr ir jāņem vērā, ka, tā kā šādās decentralizētās sistēmās lielam skaitam dalībnieku ir jāvienojas par datu derīgumu, darījumu apstrādes laiks mēdz būt ļoti ilgs, ņemot vērā veidu, kā informāciju ir nepieciešams kopīgot un apstrādāt. Līdz ar to blokķēdēm ir nepieciešama mērogošana, proti, iespēja ātrāk apstrādāt lielāku datu apjomu. Mēs pie šī jautājuma atgriezīsimies, kad apspriedīsim mērogojamību.
Turklāt ideju par decentralizāciju ir iespējams īstenot tikai tad, ja pamatā esošās blokķēdes ir drošas. Ja blokķēde nav pietiekami droša, kāds krāpnieks var pārņemt kontroli un koriģēt datus sev izdevīgā veidā. Tādējādi nonākam pie otrās šīs trilemmas daļas – drošības.
Kas ir blokķēdes drošība?
Nav svarīgi, cik decentralizēta ir blokķēde, ja tā nav pietiekami droša. Labam blokķēdes tīklam ir jābūt noturīgam pret uzbrukumiem, ko varētu veikt ļaunprātīgas personas. Centralizētās sistēmās drošību veicina fakts, ka tās ir slēgtas. Lai kurš kontrolētu sistēmu, tiek garantēts, ka neviens nevarēs iejaukties tās darbībā. Taču kā tas tiek nodrošināts decentralizētā sistēmā, kurā iesaistīties var jebkurš?
Tā ir sarežģīta tēma, taču kā piemēru decentralizētas blokķēdes drošībai atkal varam apskatīt Bitcoin. Bitcoin blokķēde izmanto kriptogrāfijas apvienojumu ar tīkla konsensa mehānismu, ko dēvē par darba apliecinājumu (PoW). Kriptogrāfijā katram blokam ir sava veida digitālais paraksts (jeb jaucējkods). Visi datu bloki ir savienoti tā, lai tos nevarētu mainīt, jo jebkuras izmaiņas mainītu bloka jaucējkodu. Mēģinājumus modificēt datus drīz vien pamanītu pārējie tīkla dalībnieki.
PoW konsensa mehānisms ir vēl viena puzles daļiņa. Tas palīdz aizsargāt kriptovalūtas virsgrāmatu. Darba apliecinājuma mehānisms ir atsevišķa tēma, taču šī raksta kontekstā pieminēsim, ka tīkla dalībnieki var verificēt jaunos darījumus un pievienot tos virsgrāmatai, tikai izmantojot īpašu aktivitāti – ieguvi. Tā ietver skaitļošanas jaudas izmantošanu ar mērķi atrisināt matemātisku uzdevumu. Šī procesa ietvaros datori izpilda vairākas jaukšanas funkcijas. Rezultātā nonākam pie mērogojamības problēmas, jo PoW mehānisms ir drošs, taču darbojas samērā lēni.
Vienlaikus jāņem vērā – jo vairāk tīklā ir dalībnieku jeb mezglu, jo drošāks tas ir. Jo lielāks ir iesaistīto pušu skaits, jo grūtāk ir krāpniekam pārņemt kontroli pār sistēmu. Tas ir saistīts ar t. s.51 % uzbrukuma jēdzienu. Īsumā: ja viena persona (vai ļaunprātīgu personu grupa) iegūtu kontroli pār vairāk nekā pusi no blokķēdes tīkla kopējās jaukšanas jaudas, tā varētu ignorēt konsensu un pēc saviem ieskatiem mainīt ķēdē esošos datus, piemēram, pieļaujot tokenu dubultu tērēšanu.
Drošība ir blokķēdes sekmīgas darbības pamatā, jo bez tās uzbrucēji varētu pārņemt kontroli pār ķēdi, padarot to nelietderīgu.
Kas ir mērogojamība?
Mērogojamība ir saistīta ar mērķi izveidot tādu blokķēdi, kas var nodrošināt arvien lielāku skaitu darījumu sekundē. Mērogošana ir nepieciešama, ja blokķēdes tehnoloģiju ir plānots padarīt pieejamu plašākai sabiedrībai un, iespējams, pat miljardiem lietotāju. Taču daudzām blokķēdēm tas sagādātu problēmas.
Tas ir tāpēc, ka decentralizācijas un drošības aspektu nozīmīguma dēļ blokķēdes primāri pievēršas tiem. Decentralizācija ir tik nozīmīga blokķēdes ētikas un mērķu kontekstā, ka tā kļūst par galveno mērķi vairumam populārāko blokķēžu. Kā pieminējām, drošība ir viena no pamatprasībām, lai blokķēde gūtu panākumus un būtu lietderīga.
Tomēr, kā prioritāti izvirzot decentralizāciju un drošību, mērogojamība sagādā grūtības. Darījumu skaits, ko ķēde spēj apstrādāt, var būt ļoti ierobežots. Tiek norādīts, ka centralizētā maksājumu sistēma Visa sekundē var apstrādāt 24 000 darījumu. Tas ir tāpēc, ka šis tīkls ir slēgts un tajā nav nedz publisko mezglu, nedz nepieciešamības nodrošināt konsensu. Salīdzināsim to ar dažām no populārākajām blokķēdēm.
Saskaņā ar Bloomberg 2022. gadā publicēto informāciju: "Uz septembra mēnesi Bitcoin tīklā nebija iespējams apstrādāt vairāk kā septiņus darījumus sekundē, bet otrajā populārākajā tīklā – Ethereum – varēja apstrādāt ne vairāk kā 15 darījumus sekundē, kas ir nesalīdzināmi ar tradicionālo biržu iespējām".
Kā minējām, blokķēžu darījumu apstrādes ātrumu ierobežo tas, kā decentralizētā tīkla dalībniekiem jāapstrādā informācija un kā darbojas pats PoW konsensa mehānisms. Jo vairāk cilvēku sāk izmantot blokķēdes tehnoloģiju un jo noslogotāki kļūst tīkli, jo lielāki sastrēgumi rodas ierobežotā darījumu skaita dēļ, ko tīkli spēj apstrādāt.
Kāpēc blokķēdes trilemma pastāv?
Acīmredzamākais un vienkāršākais risinājums minētajai problēmai ir dalībnieku, kuri apstiprina un pievieno datus tīklā, skaita samazināšana, tādējādi uzlabojot mērogojamību un ātrumu. Taču tas pasliktinātu decentralizāciju, jo kontrole tiktu nodota mazākai tīkla dalībnieku grupai. Šādā situācijā ciestu arī drošība, jo mazāks dalībnieku skaits nozīmē lielāku uzbrukumu risku.
Tādējādi izveidojas šī trilemma – ņemot vērā saistību starp decentralizāciju un drošību, blokķēdes uzbūves dēļ ir grūti nodrošināt arī mērogojamību. Uzlabojot vienu aspektu, tiek pasliktināts kāds cits. Kā veicināt mērogojamību, nekaitējot decentralizācijai, drošībai vai abiem šiem aspektiem kopumā?
Blokķēdes trilemmas risināšana
Nav viena ideāla risinājuma šai trilemmai. Taču, ņemot vērā šīs problēmas aktualitāti, ir notikuši dažādi kopienas dalībnieku mēģinājumi to atrisināt, iegūstot interesantus rezultātus. Apskatīsim dažus populārākos risinājumus, lai tu varētu gūt priekšstatu par to, kas notiek šajā jomā:
1. Slodzes dalīšana
Šī metode paredz blokķēžu (vai citu veidu datu bāzu) sadalīšanu mazākās, daļējās blokķēdēs, kas pārvalda noteiktus datu segmentus. Tas noņem slodzi no vienas ķēdes, kurai būtu jātiek galā ar visiem darījumiem un mijiedarbībām tīklā. Katru sadalītās blokķēdes daļu sauc par segmentu, un tam ir atsevišķa virsgrāmata. Šie segmenti var apstrādāt savus darījumus, taču galvenā ķēde pārvalda mijiedarbību starp segmentiem. Tādējādi slodzes dalīšana būtībā ir 1. slāņa tīkla mērogojamības jauninājums, jo tas paredz izmaiņas blokķēdes galvenajā tīklā.
2. Cits konsensa mehānisms
Viens no iemesliem, kāpēc šī trilemma pastāv Bitcoin tīklā, ir veids, kā PoW garantē drošību tīklā. Tā kā ir nepieciešami ieguvēji, kriptovalūtu algoritmi un liels apjoms decentralizētas skaitļošanas jaudas, sistēma ir droša, taču visai lēna. Viens no veidiem, kā risināt šo trilemmu, ir atrast citu veidu, kā nodrošināt konsensu. Tas bija viens no iemesliem, kāpēc Ethereum tīklā notika pāreja no PoW uz likmes apliecinājumu (PoS).
PoS blokķēdēs darījumu validēšanā iesaistītajiem dalībniekiem ir jāiegulda savi tokeni steikingā (proti, tie jāiesaldē). Nav jāizmanto ļoti specifiskas ieguves iekārtas. Jaunu validētāju iesaiste tīklā ir vienkāršāka un pieejamāka. PoS ir tikai viens no dažādajiem konsensa mehānismiem, kas cenšas nodrošināt mērogojamību.
3. 2. slāņa risinājumi
Slodzes dalīšana un dažādie konsensa mehānismi ir t. s. 1. slāņa risinājumi. Tie maina pamatā esošā tīkla fundamentālo uzbūvi. Taču citi izstrādātāji cenšas atrisināt šo trilemmu, nemainot esošo tīkla struktūru. Citiem vārdiem sakot, viņi uzskata, ka risinājums slēpjas otrajā slānī. Kā piemēru var minēt sānķēdes un stāvokļu kanālus.
Sānķēde būtībā ir atsevišķa ar galveno ķēdi savienota blokķēde. Tā ir izveidota tā, lai aktīvus varētu brīvi pārvietot starp abām ķēdēm. Svarīgi, ka sānķēde var darboties ar atšķirīgiem noteikumiem, nodrošinot lielāku ātrumu un mērogojamību. Līdzīgi arī stāvokļu kanāli ļauj novirzīt darījumus ārpus galvenās ķēdes un atslogot 1. slāni. Stāvokļu kanāli izmanto viedos līgumus, nevis atsevišķu ķēdi, ļaujot lietotājiem mijiedarboties savā starpā, nepublicējot savus darījumus blokķēdē. Blokķēdē tiek reģistrēts tikai attiecīgā kanāla sākums un beigas.
Noslēgumā
Blokķēdes trilemma neļauj blokķēdei pilnībā īstenot tās potenciālu kā tehnoloģijai, kas spēj mainīt pasauli. Ja blokķēdes tīkli spēj apstrādāt tikai nelielu skaitu darījumu sekundē, nekaitējot decentralizācijai un drošībai, tad būs grūti panākt šīs tehnoloģijas plašāku ieviešanu. Tomēr izstrādātāju piedāvātie šīs problēmas risinājumi liecina, ka blokķēdes tehnoloģiskie uzlabojumi turpināsies un nākotnē šie tīkli varētu apstrādāt daudz lielākus datu apjomus.