Осторожно! Много текста.
Перегрузка блокчейна возникает, когда сеть не успевает обрабатывать большое количество транзакций
Причинами перегрузки могут стать повышенная активность, малые размеры блоков и длительное время создания блока
Перегрузка сети может привести к повышению комиссий за транзакцию, медленному подтверждению транзакций и ухудшению пользовательского опыта
Весной 2023 года Биткоин столкнулся с перегрузкой, поскольку рост транзакций, связанных с токенами BRC-20, привел к резкому увеличению количества незавершенных транзакций и комиссий.
Что такое перегрузка сети
Перегрузка блокчейна возникает, когда сеть не успевает обрабатывать большое количество транзакций. Она может быть вызвана как внешними факторами, например волатильностью рынка, так и внутренними характеристиками сети, такими как размер и время создания блока.
Чтобы лучше понять суть этого явления, нужно знать, как именно блоки присоединяются к блокчейну.
Как работает технология блокчейна
Блокчейн состоит из цепочки блоков, которые содержат данные о транзакциях пользователей. При этом все новые блоки являются постоянными и неизменными.
Блоки распространяются по децентрализованной сети нод, каждая из которых хранит копию блокчейна. Например, в основе Биткоина и Ethereum лежат блокчейны, защищенные криптографией и теорией игр.
Чтобы понять причины перегрузки сети, важно изучить ключевые термины, связанные с обработкой транзакций: мемпулы, блоки-кандидаты, завершение и правило самой длинной цепи.
Что такое мемпул
Мемпул — это группа неподтвержденных транзакций, ожидающих включения в следующий блок.
Например, новая транзакция Биткоина не сразу будет добавлена в блокчейн. Вместо этого она сначала попадает в мемпул (сокр. от memory pool), который представляет собой зону ожидания для всех неподтвержденных транзакций. После подтверждения транзакция будет удалена из мемпула.
Что такое блоки-кандидаты
Блоки-кандидаты (или предложенные блоки) — это блоки, предлагаемые майнерами или валидаторами для добавления в блокчейн. Они содержат неподтвержденные транзакции, которые были переданы в сеть, но еще не включены в блокчейн.
Чтобы присоединиться к блокчейну, блок-кандидат должен быть создан майнерами или проверен валидаторами в соответствии с механизмом консенсуса блокчейна. Например, механизм Биткоина Proof-of-Work (PoW) основан на решении сложной математической задачи. Первый майнер, которому это удается, подтверждает свой блок-кандидат и получает вознаграждение.
Ethereum использует механизм консенсуса Proof-of-Stake (PoS) , в котором блоки-кандидаты выбираются случайно выбранными валидаторами. При этом создание блока должно быть подтверждено другими валидаторами. Блок считается подтвержденным только после получения достаточного количества подтверждений.
Что такое завершение на блокчейне
Завершение означает, что транзакция или операция не может быть изменена или отменена. Как только транзакция была завершена, она записывается в блокчейн и ее уже нельзя удалить.
К примеру, транзакции Биткоина передаются в сеть и добавляются в мемпул. Затем майнеры выбирают и проверяют неподтвержденные транзакции и включают их в новые блоки, добавляемые в блокчейн. И хотя эти транзакции считаются подтвержденными, есть вероятность того, что другие майнеры создадут блок-конкурент.
Завершение транзакций зависит от числа других подтвержденных блоков. Обычно транзакции Биткоина считаются «завершенными», когда к блоку добавляются еще шесть блоков. Ethereum имеет более короткое время создания блока, поэтому сети требуется большее количество подтверждений для достижения аналогичного «завершения».
Что такое правило самой длинной цепи
Как мы уже сказали, бывают ситуации, когда несколько майнеров создают новые блоки одновременно. Это может привести к появлению временных форков на блокчейне.
Согласно правилу самой длинной цепи действительной версией блокчейна считается та, на которую затрачено больше всего вычислительной мощности, то есть, как правило, самая длинная цепь блоков. При этом «действительные» блоки более коротких цепей, часто называемые сиротскими или брошенными, отцепляются, а их транзакции возвращаются в мемпул.
Ethereum использовал правило самой длинной цепи, когда блокчейн работал на основе механизма Proof-of-Work (PoW). Однако в 2022 году после перехода Ethereum на Proof-of-Stake (PoS) в сети был принят обновленный алгоритм выбора форков, который измеряет «вес» цепи, то есть общую сумму голосов валидаторов, по балансу эфира в стейкинге.
Причины перегрузки сети
Перегрузка блокчейна возникает, когда сеть не успевает обрабатывать большое количество подтвержденных транзакций.
Существует несколько причин перегрузки сети:
Повышенный спрос
При резком росте активности на блокчейне количество неподтвержденных транзакций в мемпуле может не уместиться в один блок. Это связано с характерными для блокчейнов ограничениями размера и времени создания блока.
Увеличение числа транзакций может быть вызвано внезапными колебаниями цен или волнами циклов массового принятия.
Маленький размер блока
Каждый блокчейн имеет максимальный размер блока, который ограничивает количество включаемых в него транзакций.
Например, изначальный размер блока Биткоина составлял 1 МБ. Однако в 2017 году блокчейн внедрил обновление Segregated Witness, или SegWit, для повышения пропускной способности транзакций. Это позволило увеличить размера блока примерно до 4 МБ.
Если количество транзакций превысит максимальный размер блока, это приведет к перегрузке сети.
Медленное создание блоков
Время создания блока — это частота добавления нового блока в блокчейн. К примеру, Биткоин добавляет новый блок примерно каждые 10 минут. Однако если транзакции создаются более быстрыми темпами и в больших объемах, возникает перегрузка.
Каковы последствия перегрузки сети
Перегрузка блокчейна может привести к негативным последствиям, которые препятствуют его работе.
Увеличение комиссий за транзакцию
Майнерам выгоднее подтверждать транзакции с более высокой комиссией. Поэтому в случае перегрузки пользователям часто приходится платить повышенные комиссии за транзакцию. Это делает использование блокчейна дороже, чем обычно, особенно при совершении небольших транзакций.
Задержка подтверждения транзакций
Перегрузка сети может привести к увеличению времени подтверждения и завершения транзакции. В крайних случаях подтверждение транзакции занимает несколько часов, дней или даже дольше. Это может вызвать недовольство пользователей.
Ухудшение пользовательского опыта
Высокие комиссии и медленное время подтверждения приводят к ухудшению пользовательского опыта, препятствуя принятию и делая использование блокчейна менее удобным.
Волатильность рынка
Перегрузка может усиливать неопределенность и способствовать волатильности рынка. Если много пользователей одновременно пытаются продать криптовалюту, а сеть не может быстро обработать транзакции, трейдеры могут запаниковать и попытаться быстро избавиться от своих активов.
Существуют и другие последствия, включая риски безопасности и централизации сети. В частности, более длительное время подтверждения может увеличить риск двойного расходования, а высокие комиссии — привести к централизации майнинга.
Примеры перегрузки сети
Биткоин и Ethereum сталкивались со значительной перегрузкой сети.
Перегрузка Биткоина
Заметный рост цены биткоина с конца 2017 года по начало 2018 года привел к одному из самых известных на сегодняшний день событий, связанных с перегрузкой сети. Всплеск популярности Биткоина спровоцировал массовое увеличение спроса и транзакций, став причиной значительных задержек и резкого роста комиссий за транзакцию. В то время средняя комиссия за транзакцию превышала $50.
Весной 2023 года Биткоин также столкнулся с перегрузкой: рост транзакций, связанных с токенами BRC-20, стал причиной резкого увеличения количества незавершенных транзакций и комиссий. В результате в сети накопилось около 400 000 неподтвержденных транзакций, что вызвало перегрузку мемпула. В течение нескольких недель комиссия за транзакцию выросла более чем на 300%.
Перегрузка Ethereum
Ярким примером перегрузки Ethereum стал период в 2017 году, когда проект CryptoKitties набрал популярность и значительно замедлил работу сети. Также наблюдалась перегрузка сети из-за бума DeFi , что привело к росту цены газа.
С перегрузкой может столкнуться любой блокчейн. Однако замедление работы Биткоина и Ethereum привлекло больше внимания, поскольку они оказали более широкое влияние в силу своей популярности и важности.
Решения проблемы перегрузки сети
Снижение нагрузки блокчейна — сложная задача. Существует несколько подходов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Увеличение размера блока
Увеличение размера блока позволяет обрабатывать больше транзакций на блок и повысить пропускную способность блокчейна. Однако большие блоки дольше распространяются по сети, увеличивая риск возникновения временных форков. Они также требуют больше места для хранения, что может привести к усилению централизации.
Сокращение времени создания блока
Сокращение времени создания блока позволяет сети быстрее обрабатывать транзакции. Однако это может увеличить количество сиротских блоков и поставить под угрозу безопасность.
Решения второго уровня
Эти офчейн-решения обрабатывают транзакции вне основной сети и записывают конечное состояние на блокчейне. К ним относятся Lightning Network для Биткоина и Plasma для Ethereum. И хотя эти решения помогают повысить масштабируемость, они сложны в реализации и могут создавать дополнительные риски безопасности.
Шардинг
Шардинг — это метод разделения блокчейна на несколько небольших шардов, каждый из которых способен обрабатывать транзакции и смарт-контракты. Он может значительно увеличить пропускную способность сети. Однако, как и в случае с решениями второго уровня, шардинг увеличивает сложность и может привести к дополнительным рискам безопасности.
Другие потенциальные решения проблемы перегрузки сети включают корректировку комиссий и решения по масштабированию, в том числе оптимистические роллапы и роллапы с нулевым разглашением. Механизм консенсуса Proof-of-Stake (PoS) обычно работает быстрее, чем Proof-of-Work (PoW).
Заключение
Поскольку ожидается, что в ближайшие годы технология блокчейна будет использоваться большим количеством людей, проблема перегрузки сети становится все значительнее. Способность блокчейна эффективно обрабатывать большой объем транзакций имеет решающее значение для широкого принятия и использования. Это особенно актуально для систем блокчейна, призванных облегчить повседневные транзакции в реальном времени.
Перегрузка сети остается серьезной проблемой, поэтому сообщество продолжает разрабатывать инструменты, которые могут ее решить. По этой причине исследования по улучшению масштабируемости являются одним из важнейших направлений в отрасли.
Рекомендуемая литература
Что такое блокчейн и как он работает
Что такое комиссии за транзакции в блокчейне?
Что такое соотношение комиссии и вознаграждения на Биткоине?
Предупреждение о рисках и отказ от ответственности: следующие материалы предоставляются на условиях «как есть» без каких-либо гарантий исключительно для общих справочных и образовательных целей. Эта информация не должна рассматриваться как финансовая, юридическая консультация или рекомендация по приобретению какого-либо конкретного продукта или услуги. Вам следует самостоятельно обратиться за советом к соответствующим профессиональным консультантам. Поскольку статья написана сторонним автором, обратите внимание, что высказанные мнения принадлежат стороннему автору и необязательно отражают точку зрения Binance Academy. Для получения более подробной информации перейдите по ссылке. Стоимость цифровых активов может быть волатильной. Стоимость инвестированных средств может увеличиваться и уменьшаться. Вы можете не вернуть инвестированные средства. Вы несете полную ответственность за свои инвестиционные решения. Binance Academy не несет ответственность за ваши возможные убытки. Данная информация не является финансовой, юридической или профессиональной рекомендацией. Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с нашими Условиями использования и Предупреждением о рисках.