TL;DR
Blockkedjor kan bara hantera ett begrÀnsat antal transaktioner per sekund. Bitcoin-nÀtverket kan till exempel behandla cirka sju transaktioner per sekund. Om blockkedjetekniken ska kunna anvÀndas globalt bör den kunna hantera mycket mer data och i snabbare hastigheter, sÄ att fler kan anvÀnda nÀtverket utan att det blir för lÄngsamt eller dyrt. Den grundlÀggande utformningen av mÄnga decentraliserade nÀtverk innebÀr dock att ökad skalbarhet tenderar att försvaga decentraliseringen eller sÀkerheten. Detta Àr vad som kallas blockkedjans trilemma. Utvecklare som vill lösa detta problem experimenterar med olika konsensusmekanismer och skalbarhetslösningar, sÄsom shardande, sidokedjor och state-kanaler.
Introduktion
I grund och botten Ă€r en blockkedja en distribuerad digital databas. Datablock Ă€r ordnade i kronologisk ordning. Blocken Ă€r lĂ€nkade och sĂ€krade med kryptografiska bevis. Implementeringen av denna teknik i olika branscher förĂ€ndrar redan nu hur vi arbetar och lever.Â
Tanken Àr att decentraliserade och sÀkra blockkedjor möjliggör en vÀrld dÀr vi inte behöver förlita oss pÄ tredje part för att nÀtverk eller marknader ska fungera. Men experter Àr i allmÀnhet överens om att om denna teknik ska godtas av fler sÄ finns det ett grundproblem som behöver lösas. Problemet i frÄga Àr kÀnt som "blockkedjans trilemma".
Denna term lyftes fram av Ethereums grundare Vitalik Buterin. För att förstÄ detta mÄste du vara medveten om tre olika element som Àr önskvÀrda i en blockkedja: decentralisering, sÀkerhet och skalbarhet. Blockkedjans trilemma innebÀr att det Àr svÄrt för blockkedjor att uppnÄ optimala nivÄer av alla tre egenskaper samtidigt. Att öka en egenskap leder vanligtvis till en försvagning av en annan.
Denna artikel kommer att undersöka alla tre elementen i detta trilemma och förklara vad var och ett Àr i mer detalj. Att diskutera var och ett mer ingÄende och hur de passar ihop kommer att resultera i en bÀttre förstÄelse för hur och varför blockkedjans trilemma existerar. Den hÀr artikeln kommer ocksÄ att lyfta fram nÄgra av de lösningar som har föreslagits av utvecklarna.
Vad Àr decentralisering?
Bitcoin och liknande blockkedjenÀtverk Àr decentraliserade i sin design. Hela strukturen Àr sÄdan att det inte finns nÄgon person eller organisation som ansvarar för allt. Strukturen Àr snarare decentraliserad. NÀtverkslagret Àr öppet för alla som vill vara med och delta. Som ett resultat av detta Àr kontrollen helt fördelad och innehas inte av en enda enhet. Alla har tillgÄng till samma data. Om nÄgon försöker fuska i systemet genom att Àndra posterna till dennes fördel avvisar resten av deltagarna dessa felaktiga data.
Detta kan lÄta ganska tekniskt, men lÄt oss ta Bitcoin-nÀtverket som ett exempel. Det finns ingen tredje part som har kontroll. JÀmför detta med behovet av banker i det finansiella systemet. Bankerna upprÀtthÄller förtroende mellan mÀnniskor som gör överföringar och ser till att alla register hÄlls korrekt. Bitcoin-blockkedjan delar dock all den informationen med alla i nÀtverket, sÄ att den kan kontrolleras och bekrÀftas innan den lÀggs till i den digitala databasen. Resultatet Àr ett system som kan existera utan behov av en tredje part.
Decentralisering erbjuder möjligheten till det som kallas Web3. Just nu har vi Web2 â dagens internet. Det Ă€r fullt av webbplatser och appar som kontrolleras av företag, fast med innehĂ„ll frĂ„n anvĂ€ndarna. Web3 Ă€r nĂ€sta steg. Det Ă€r ett internet dĂ€r decentraliserad blockkedjeteknik lĂ„ter mĂ€nniskor styra sina egna data och liv pĂ„ nĂ€tet.Â
En sak att tĂ€nka pĂ„ Ă€r dock att pĂ„ grund av hur dessa distribuerade system fungerar â med behovet av flera deltagare för att komma överens om giltigheten av alla data â kan transaktionstiderna bli lĂ„ngsamma pĂ„ grund av hur informationen mĂ„ste delas och bearbetas. Dessutom mĂ„ste blockkedjor skalas, det vill sĂ€ga kunna hantera mera data i snabbare hastigheter. Vi Ă„terkommer till detta nĂ€r vi gĂ„r igenom skalbarhet.
Dessutom fungerar den decentraliserade drömmen endast om de underliggande blockkedjorna Àr sÀkra. Om en blockkedja saknar sÀkerhet kan en bedragare ta kontroll över och Àndra data till dennes fördel. Detta leder till den andra delen av detta trilemma: sÀkerheten.
Vad Àr blockkedjans sÀkerhet?
Det spelar ingen roll hur decentraliserad en blockkedja Àr om den saknar sÀkerhet. Ett bra blockkedjenÀtverk mÄste vara motstÄndskraftigt mot attacker frÄn skadliga enheter. Centraliserade system fÄr sÀkerheten frÄn det faktum att systemet Àr stÀngt. Den som har kontrollen kan garantera att uppgifterna Àr fria frÄn störningar. Men hur uppnÄs detta i ett decentraliserat system, dÀr vem som helst kan delta?
Det Àr ett komplicerat Àmne, men vi kan gÄ tillbaka till Bitcoin som ett exempel pÄ decentraliserad blockkedjesÀkerhet. Bitcoin-blockkedjan anvÀnder en kombination av kryptografi och en konsensusmekanism i nÀtverket som kallas arbetsbevis. NÀr det gÀller kryptografi har varje block en slags digital signatur (eller hash). Varje datablock Àr kopplat pÄ ett sÀtt som inte kan manipuleras, eftersom eventuella Àndringar skulle Àndra ett blocks hash. Alla försök att Àndra data skulle snabbt kunna identifieras av resten av nÀtverket.
Konsensusmekanismen arbetsbevis Àr en annan del av pusslet. Den hjÀlper till att sÀkra kryptovalutans huvudbok. Att förstÄ bevis pÄ arbete Àr ett helt Àmne i sig, men i den hÀr artikeln rÀcker det med att veta att medlemmar i nÀtverket bara kan verifiera nya transaktioner och lÀgga till dem i huvudboken genom en aktivitet som kallas utvinning. Detta innebÀr att du anvÀnder berÀkningskraft för att lösa ett matematiskt pussel. En del av processen krÀver att dessa datorer utför massor av hashfunktioner. Detta har att göra med frÄgan om skalbarhet, eftersom arbetsbevis-mekanismen Àr sÀker men relativt lÄngsam.
Observera Ă€ven att ju fler deltagare (noder) det finns i nĂ€tverket, desto sĂ€krare Ă€r det. Ju fler parter desto svĂ„rare blir det för en bedragare att ta kontroll över systemet. Det Ă€r detta som kallas 51 %-attacken. Kortfattat: Om en enda enhet (eller grupp av bedragare) kan kontrollera mer Ă€n 50 % av en blockkedjas totala nĂ€tverkshashhastighet, skulle de kunna Ă„sidosĂ€tta dess konsensus och Ă€ndra kedjans data för att gynna dem sjĂ€lva, till exempel för token med dubbla utgifter.Â
Kort sagt Àr sÀkerheten ett grundlÀggande krav för att en blockkedja ska bli framgÄngsrik, eftersom angripare annars kan ta kontroll över kedjan, vilket gör den vÀrdelös.
Vad Àr skalbarhet?
Skalbarhet innebĂ€r mĂ„let att bygga en blockkedja som kan stödja fler och fler transaktioner per sekund. Skalbarhet krĂ€vs om blockkedjetekniken ska kunna tjĂ€na samhĂ€llet i stort och eventuellt miljarder med anvĂ€ndare. Men det Ă€r hĂ€r som mĂ„nga blockkedjor fortfarande har problem.Â
Detta beror pÄ att decentralisering och sÀkerhet Àr sÄ grundlÀggande för blockkedjor att de tenderar att fokuseras pÄ först. Decentralisering Àr sÄ centralt för blockkedjans etos och mÄl att det Àr grunden för de flesta vÀlkÀnda blockkedjorna. SÀkerheten Àr, som vi har nÀmnt, ett grundkrav för att en blockkedja ska vara framgÄngsrik och anvÀndbar.
Men genom att prioritera decentralisering och sĂ€kerhet blir skalbarheten en utmaning. Antalet transaktioner som en kedja kan hantera kan vara starkt begrĂ€nsat. Ett centraliserat betalningssystem som Visa sĂ€ger att det kan stödja 24 000 transaktioner per sekund. Detta beror pĂ„ att nĂ€tverket Ă€r stĂ€ngt och Ă€r fritt frĂ„n övervĂ€ganden som offentliga noder och konsensus. JĂ€mför detta med nĂ„gra av de mest kĂ€nda blockkedjorna.Â
Ur en artikel frĂ„n Bloomberg 2022: "I september kunde Bitcoin inte hantera mer Ă€n sju transaktioner per sekund och Ethereum som Ă€r det nĂ€st mest populĂ€ra nĂ€tverket var begrĂ€nsat till cirka 15 per sekund â en evighet jĂ€mfört med konventionella börser."
Som nÀmnts tidigare Àr dessa transaktionshastigheter pÄ blockkedjorna begrÀnsade pÄ grund av hur informationen mÄste behandlas av de olika deltagarna som utgör det decentraliserade nÀtverket, samt pÄ grund av hur sjÀlva arbetsbevis-konsensusmekanismen fungerar. Om fler och fler mÀnniskor i samhÀllet börjar anvÀnda blockkedjeteknik kommer nÀtverken att fastna pÄ grund av det begrÀnsade antalet transaktioner de kan hantera.
DÀrför existerar blockkedjans trilemma
Den mest uppenbara och grundlÀggande lösningen pÄ problemet som beskrivs ovan Àr att minska antalet deltagare som bekrÀftar och lÀgger till nÀtverksdata, i utbyte mot större skala och hastighet. Men att göra detta skulle leda till en försvagning av decentraliseringen, i och med att kontrollen överlÀmnas till ett mindre antal deltagare. Och det skulle ocksÄ leda till en försvagning av sÀkerheten, eftersom fÀrre deltagare innebÀr en högre risk för attacker.
Det Ă€r hĂ€r trilemmat ligger â med tanke pĂ„ sambandet mellan de önskade egenskaperna för decentralisering och sĂ€kerhet gör den grundlĂ€ggande utformningen av hur blockkedjan fungerar den svĂ„r att skala. Ăkar du en del sĂ„ försvagas en annan. Hur ökar du skalbarheten utan att skada decentraliseringen, sĂ€kerheten eller bĂ„da?Â
Lösa blockkedjas trilemma
Det finns ingen gyllene lösning pÄ detta trilemma. Men med tanke pÄ vikten av att lösa detta problem har det funnits ett antal olika tillvÀgagÄngssÀtt inom communityn, med intressanta resultat. LÄt oss gÄ igenom en översikt av nÄgra av de mest populÀra utvecklingarna, för att ge dig en förstÄelse för vad som hÀnder i branschen:
1. Shardande
Detta Àr en metod för att dela upp blockkedjor (eller andra typer av databaser) i mindre och delvisa blockkedjor som hanterar specifika datasegment. Denna funktion tar bort överbelastningen frÄn en enda kedja som hanterar alla transaktioner och interaktioner i ett nÀtverk. Varje uppdelad blockkedja kallas för en shard och har sin specifika huvudbok. Dessa sharder kan sedan bearbeta sina egna transaktioner, men en beacon-blockkedja eller huvudkedja hanterar interaktioner mellan dessa sharder. Detta gör shardande till en skalbarhetsuppgradering av lager 1-nÀtverk, eftersom det Àr en förÀndring av huvudnÀtet för en blockkedja.
2. En annan konsensusmekanism
En av anledningarna till att detta trilemma finns i Bitcoin-nÀtverket Àr pÄ grund av hur arbetsbevis arbetar för att bekrÀfta sÀkerheten. Behovet av miners, kryptoalgoritmer och enorma mÀngder decentraliserad datorkraft leder till ett sÀkert men lÄngsamt system. Att hitta ett annat sÀtt att sÀkra konsensus Àr ett sÀtt att lösa detta trilemma. Detta var en av anledningarna till Ethereums övergÄng frÄn arbetsbevis till insatsbevis.
I insatsbevis-blockkedjor mĂ„ste deltagarna som hanterar validering av transaktioner satsa (lĂ„sa) sina token. Det finns inget behov av högspecialiserade utvinningsmaskiner. Att lĂ€gga till fler validerare i nĂ€tverket Ă€r billigare, enklare och mer tillgĂ€ngligt. Insatsbevis Ă€r bara ett av mĂ„nga olika tillvĂ€gagĂ„ngssĂ€tt för konsensusmekanismer med skalbarhet i Ă„tanke.Â
3. Lager 2-lösningar
BÄde shardande och olika konsensusmekanismer Àr sÄ kallade lager 1-lösningar. De försöker Àndra den grundlÀggande utformningen av det underliggande nÀtverket. Men andra utvecklare som försöker lösa detta trilemma har arbetat med lösningar som bygger pÄ en befintlig nÀtverksstruktur. Med andra ord tror de att svaret ligger i ett andra lager, kallat lager 2. Exempel pÄ detta Àr sidokedjor och state-kanaler.
En sidokedja Àr i grunden en separat blockkedja ansluten till huvudkedjan. Den Àr instÀlld pÄ ett sÀtt sÄ att tillgÄngar kan flöda fritt mellan de bÄda. Det Àr viktigt att sidokedjan kan fungera enligt olika regler, vilket möjliggör högre hastighet och skalbarhet. PÄ samma sÀtt Àr state-kanaler ett annat sÀtt att ta bort transaktioner frÄn huvudkedjan och förenkla processen för lager 1. En state-kanal anvÀnder ett smart kontrakt istÀllet för en separat kedja, för att göra det möjligt för anvÀndarna att interagera med varandra utan att publicera sina transaktioner pÄ blockkedjan. Blockkedjan registrerar bara början och slutet av kanalen.
Sammanfattningsvis
Skalbarhetstrilemmat stÄr i vÀgen för blockkedjan att uppfylla sin potential som en teknik som kan förÀndra vÀrlden. Om blockkedjenÀtverk bara kan hantera ett litet antal transaktioner per sekund för att upprÀtthÄlla decentraliseringen och sÀkerheten blir det svÄrt att nÄ ut till allmÀnheten. De lösningar som för nÀrvarande lÀggs fram av utvecklare som försöker lösa detta problem tyder dock pÄ att de tekniska framstegen som redan gjorts i blockkedjan bara kommer fortsÀtta och dessa nÀtverk kan mycket vÀl komma att kunna hantera mycket mer data i framtiden.