TL;DR
Blockchainurile pot gestiona doar un număr limitat de tranzacții pe secundă. Rețeaua Bitcoin, de exemplu, poate procesa aproximativ șapte tranzacții pe secundă. Dacă se dorește adoptarea tehnologiei blockchain la nivel global, aceasta ar trebui să poată gestiona mult mai multe date și la viteze mai mari, astfel încât mai mulți oameni să poată folosi rețeaua fără ca aceasta să devină prea lentă sau utilizarea sa să devină costisitoare. Cu toate acestea, din cauza designului fundamental al multor rețele descentralizate, creșterea scalabilității tinde să slăbească descentralizarea sau securitatea. Aceasta este ceea ce se numește trilema blockchainului. Dezvoltatorii care doresc să rezolve această problemă experimentează cu diferite mecanisme de consens și soluții de scalabilitate, cum ar fi partiționarea, sidechains și canale de stare.
Introducere
În termeni de bază, un blockchain este o bază de date digitală distribuită. Blocurile de date sunt organizate în ordine cronologică. Blocurile sunt conectate și securizate prin dovezi criptografice. Implementarea acestei tehnologii în diferite industrii schimbă deja modul în care lucrăm și trăim.
Ideea este că blockchainurile descentralizate și sigure permit o lume în care nu trebuie să ne bazăm pe terțe părți pentru ca rețelele sau piețele să funcționeze. Cu toate acestea, experții sunt de acord, în general, că, dacă această tehnologie va fi adoptată pe scară mai largă, există o problemă de bază care trebuie rezolvată. Problema respectivă este cunoscută sub numele de „trilema blockchainului”.
Acest termen a fost popularizat de cofondatorul Ethereum, Vitalik Buterin. Pentru a înțelege acest termen, trebuie să înțelegem mai întâi cele trei elemente diferite care sunt de dorit într-un blockchain: descentralizare, securitate și scalabilitate. Trilema blockchain se referă la ideea că este dificil pentru blockchain să atingă niveluri optime ale tuturor celor trei proprietăți simultan. Îmbunătățirea uneia duce, de obicei, la o slăbire a alteia.
Acest articol va examina toate cele trei elemente din trilemă și va explica mai detaliat ce este fiecare. Discutarea în profunzime a fiecăruia și a modului în care se interconectează ne va ajuta să înțelegem mai bine cum și de ce există trilema blockchainului. Acest articol va evidenția și câteva dintre soluțiile care au fost sugerate de dezvoltatori.
Ce este descentralizarea?
Bitcoin și rețelele blockchain similare sunt descentralizate prin design. Întreaga structură este de așa natură, încât nu există o singură persoană sau organizație responsabilă. Este descentralizată. Nivelul rețelei este deschis pentru oricine dorește să participe. Ca urmare, controlul este distribuit integral, mai degrabă decât deținut de o singură entitate. Toată lumea are acces la aceleași date. Dacă cineva încearcă să înșele sistemul modificând înregistrările în favoarea sa, atunci restul participanților vor respinge datele greșite.
Acest lucru poate părea destul de tehnic, dar să luăm ca exemplu rețeaua Bitcoin. Nu există niciun terț care deține controlul. Comparați această situație cu nevoia de bănci în sistemul financiar. Băncile întăresc încrederea între persoanele care efectuează tranzacții și se asigură că toate înregistrările sunt păstrate corect. Blockchainul Bitcoin, însă, partajează toate acele date cu toată lumea din rețea, astfel încât să poată fi verificate și confirmate, înainte de a fi adăugate în baza de date digitală. Rezultatul este un sistem care poate exista fără a fi nevoie de terți.
Descentralizarea oferă posibilitatea existenței a ceea ce este cunoscut sub numele de Web3. În acest moment avem Web2, internetul de astăzi. Este plin de site-uri și aplicații controlate de companii, dar cu conținut creat de utilizatori. Web3 reprezintă pasul următor. Un internet în care tehnologia blockchain descentralizată le permite oamenilor să-și controleze propriile date și viața online.
Un lucru de remarcat, însă, este că, din cauza modului în care funcționează aceste sisteme distribuite - cu necesitatea ca o gamă largă de participanți să convină asupra validității oricăror date - timpii de tranzacție pot fi lenți din cauza modului în care informațiile trebuie partajate și prelucrate. Și astfel, blockchainurile trebuie să se extindă, adică să fie capabile să gestioneze mai multe date la viteze mai mari. Vom reveni la acest punct când discutăm despre scalabilitate.
În plus, visul descentralizării rămâne valabil doar dacă blockchainurile de bază sunt securizate. Dacă unui blockchain îi lipsește securitatea, atunci un actor rău intenționat poate prelua controlul și poate schimba datele în favoarea sa. Ajungem așadar la a doua parte a trilemei: securitatea.
Ce este securitatea blockchainului?
Nu contează cât de descentralizat este un blockchain dacă îi lipsește securitatea. O rețea blockchain bună ar trebui să fie rezistentă la atacurile entităților rău intenționate. Sistemele centralizate își derivă securitatea din faptul că sistemul este închis. Oricine deține controlul poate garanta că datele sunt lipsite de interferențe. Dar cum se realizează acest lucru într-un sistem descentralizat la care poate participa oricine?
Este un subiect complicat, dar putem reveni la Bitcoin ca exemplu de securitate a blockchainului descentralizat. Blockchainul Bitcoin folosește o combinație de criptografie și un mecanism de consens al rețelei numit Proof of Work (PoW). În ceea ce privește criptografia, fiecare bloc are un fel de semnătură digitală (sau hash). Fiecare bloc de date este conectat într-un mod care nu poate fi modificat, deoarece orice modificare ar modifica hash-ul unui bloc. Orice încercare de modificare a datelor ar fi identificată rapid de restul rețelei.
Mecanismul de consens PoW este o altă parte a puzzle-ului. Ajută la securizarea registrului criptomonedei. Pentru înțelegerea Proof of Work este necesar un articol întreg, dar, pentru scopul urmărit în acest articol, rețineți că membrii rețelei pot verifica tranzacțiile noi și le pot adăuga în registru doar printr-o activitate cunoscută sub numele de minerit. Aceasta implică utilizarea puterii de calcul pentru a rezolva un puzzle matematic. O parte a procesului necesită ca aceste computere să îndeplinească numeroase funcții de hashing. Acest lucru joacă un rol în problema scalabilității, deoarece mecanismul PoW este sigur, dar relativ lent.
De asemenea, rețineți că, cu cât sunt mai mulți participanți (noduri) în rețea, cu atât rețeaua este mai sigură. Cu cât numărul de participanți este mai mare, cu atât devine mai greu pentru o persoană rău intenționată să preia controlul asupra sistemului. Aceasta se referă la ceea ce este cunoscut sub numele de atac 51%. Ca o privire de ansamblu: dacă o singură entitate (sau un grup de persoane rău intenționate) poate controla mai mult de 50% din rata totală de hashing a unei rețele blockchain, atunci ar putea să suprascrie consensul și să modifice datele lanțului în beneficiul său, cum ar fi să își dubleze tokenurile.
Pe scurt, securitatea este o cerință fundamentală pentru ca un blockchain să aibă succes, deoarece, fără ea, atacatorii pot prelua controlul asupra lanțului, făcându-l inutil.
Ce este scalabilitatea?
Scalabilitatea se referă la obiectivul de a construi un blockchain care poate suporta tot mai multe tranzacții pe secundă. Scalarea este necesară dacă tehnologia blockchain dorește să deservească o parte mai mare a societății și, eventual, miliarde de utilizatori. Dar aici o mulțime de blockchainuri încă au probleme.
Acest lucru se datorează faptului că descentralizarea și securitatea sunt atât de fundamentale pentru blockchain, încât tind să se concentreze mai întâi asupra lor. Descentralizarea este atât de esențială pentru etosul și obiectivele blockchainului încât se află chiar în centrul celor mai cunoscute blockchainuri. Securitatea, așa cum am discutat, este o cerință de bază pentru ca un blockchain să aibă succes și să fie util.
Cu toate acestea, acordând prioritate descentralizării și securității, scalabilitatea devine o provocare. Numărul de tranzacții pe care un lanț le poate gestiona poate fi foarte limitat. Un sistem de plată centralizat, cum ar fi Visa, susține că este capabil să proceseze 24.000 de tranzacții pe secundă. Acest lucru se datorează faptului că rețeaua este închisă și lipsită de caracteristici precum noduri publice și consens. Să comparăm aceste cate cu unele dintre cele mai cunoscute blockchainuri.
Potrivit Bloomberg, în 2022: „În septembrie, Bitcoin nu a putut gestiona mai mult de șapte tranzacții pe secundă, iar Ethereum, a doua cea mai populară rețea, a fost limitată la aproximativ 15 pe secundă - o performanță mult sub cea a schimburilor convenționale.”
După cum s-a menționat, aceste viteze ale tranzacțiilor pe blockchain sunt limitate din cauza modului în care informațiile trebuie procesate de diferiții participanți care alcătuiesc rețeaua descentralizată și a naturii mecanismului de consens PoW în sine. Dacă tot mai mulți oameni din societate încep să folosească tehnologia blockchain, rețelele se vor bloca din cauza numărului limitat de tranzacții pe care le pot gestiona.
De ce există trilema blockchainului
Cea mai evidentă și de bază soluție la problema prezentată mai sus este reducerea numărului de participanți care confirmă și adaugă date în rețea, în schimbul unei dimensiuni și viteze mai mari. Dar acest lucru ar duce la o slăbire a descentralizării, controlul fiind acordat unui număr mai mic de participanți. Și ar duce, de asemenea, la o slăbire a securității, deoarece mai puțini participanți înseamnă o șansă mai mare de atacuri.
Așadar, aici este trilema: având în vedere legătura dintre proprietățile de descentralizare și securitate dorite, designul fundamental al modului în care funcționează blockchainul face dificilă scalarea. Când crește una dintre ele, cealaltă este slăbită. Cum se poate îmbunătăți scalabilitatea fără a deteriora descentralizarea, securitatea sau ambele?
Rezolvarea trilemei blockchainului
Nu există o singură soluție de aur pentru trilemă. Dar având în vedere importanța rezolvării acestei probleme, au existat o serie de abordări diferite în cadrul comunității, cu rezultate interesante. Să prezentăm pe scurt câteva dintre cele mai populare dezvoltări, pentru a vă ajuta să înțelegeți ce se întâmplă în spațiu:
1. Partiționare (Sharding)
Aceasta este o metodă de împărțire a blockchainurilor (sau a altor tipuri de baze de date) în blockchainuri mai mici, partiționate, care gestionează anumite segmente de date. Această configurație elimină efortul procesării de către un singur lanț a tuturor tranzacțiilor și interacțiunilor dintr-o rețea. Fiecare blockchain partiționat este cunoscut sub numele de partiție și are propriul registru. Aceste partiții își pot procesa apoi propriile tranzacții, dar un blockchain beacon sau principal gestionează interacțiunile dintre partiții. Acest lucru face ca partiționarea să fie o actualizare a scalabilității rețelei Layer 1, deoarece este o modificare a mainnetului unui blockchain.
2. Mecanism diferit de consens
Unul dintre motivele pentru care trilema există în rețeaua Bitcoin este din cauza modului în care PoW funcționează pentru a asigura securitatea. Nevoia de mineri, algoritmi cripto și cantități uriașe de putere de calcul descentralizată duce la un sistem sigur, dar lent. Găsirea unei modalități diferite de a asigura consensul este o abordare pentru rezolvarea trilemei. Acesta a fost unul dintre motivele din spatele trecerii rețelei Ethereum de la PoW la Proof of Stake (PoS).
În blockchainurile PoS, participanții implicați în validarea tranzacțiilor trebuie să facă staking cu (să blocheze) tokenurile. Nu este nevoie de echipamente de minerit foarte specializate. Adăugarea mai multor validatori în rețea este mai simplă și mai accesibilă. PoS este doar una dintre multele abordări diferite ale mecanismelor de consens în ceea ce privește scalabilitatea.
3. Soluții Layer 2
Atât partiționarea, cât și diferitele mecanisme de consens fac parte din soluțiile Layer 1. Acestea încearcă să schimbe designul fundamental al rețelei de bază. Dar alți dezvoltatori care doresc să rezolve trilema au lucrat la soluții care se construiesc pe structura unei rețele existente. Cu alte cuvinte, ei cred că răspunsul este dat de un al doilea strat sau Layer 2. Printre exemplele în acest sens se numără sidechains și canale de stare.
Un sidechain este practic un blockchain separat conectat la lanțul principal. Este configurat în așa fel încât activele să poată circula liber între cele două. Important este că sidechainul poate funcționa după reguli diferite, permițând o viteză și o scalare mai mari. În mod similar, canalele de stare reprezintă o altă modalitate de a elimina tranzacțiile din lanțul principal și de a reduce presiunea asupra Layer 1. Un canal de stare folosește un contract inteligent, mai degrabă decât un lanț separat, pentru a permite utilizatorilor să interacționeze între ei fără a-și publica tranzacțiile în blockchain. Blockchainul înregistrează doar începutul și sfârșitul canalului.
Gânduri de încheiere
Trilema scalabilității stă în calea împlinirii potențialului blockchainului ca tehnologie care va revoluționa lumea. Dacă rețelele blockchain pot gestiona doar un număr mic de tranzacții pe secundă pentru a menține descentralizarea și securitatea, atunci va fi dificil să ajungă la adoptarea în masă. Cu toate acestea, soluțiile propuse în prezent de dezvoltatorii care încearcă să rezolve această problemă sugerează că progresele tehnologice făcute deja de blockchain vor continua, iar aceste rețele ar putea să fie capabile să gestioneze mult mai multe date în viitor.