Короткий зміст
Перевантаження блокчейн-мережі виникає, коли кількість транзакцій, надісланих у мережу, перевищує пропускну здатність мережі.
Підвищена активність транзакцій, невеликі розміри блоків і повільний час блоку можуть сприяти перевантаженню мережі.
Наслідки перевантаження мережі включають збільшення комісій за транзакції, повільніше підтвердження транзакцій і погіршення якості обслуговування користувачів.
Навесні 2023 року мережа Bitcoin стала перевантаженою, оскільки зростання активності транзакцій, пов'язаних з токенами BRC-20, призвело до відкладених транзакцій та різкого збільшення комісій.
Що таке перевантаження мережі?
Перевантаження мережі відбувається, коли кількість транзакцій, надісланих у мережу, перевищує її можливості обробки цих транзакцій. Це явище має кілька чинників, таких як зовнішні фактори, зокрема волатильність ринку, і внутрішні характеристики мережі, такі як розмір блоку і час блоку.
Перш ніж ми заглибимося в деталі, важливо дослідити процес, за допомогою якого блоки додаються до блокчейну.
Як працює блокчейн-технологія?
Блокчейн складається з ланцюга блоків, кожен з яких містить дані про транзакції, створені користувачами. Кожен новий блок, що додається в блокчейн, є постійним та незмінним.
Ці блоки поширюються по децентралізованій мережі з нод, кожна з яких зберігає копію блокчейну. Блокчейн, захищений криптографією і теорією ігор, становить основу криптовалют, таких як Bitcoin та Ethereum.
Щоб повністю зрозуміти, чому блокчейн-мережі можуть бути перевантажені, нам потрібно дослідити ключові концепції, які відіграють роль у здатності мережі обробляти транзакції: мемпули, блоки-кандидати, завершеність і принцип найдовшого ланцюга.
Що таке "мемпул"?
Мемпул відноситься до набору непідтверджених транзакцій, що очікують включення до наступного блоку.
Наприклад, коли транзакція транслюється в мережі Bitcoin, вона не миттєво додається до блокчейну. Натомість вона спочатку потрапляє в мемпул (пул пам'яті), який по суті є зоною очікування для всіх транзакцій. Транзакція буде видалена з мемпулу після її підтвердження.
Що таке "блоки-кандидати"?
Блоки-кандидати, також відомі як "запропоновані блоки" – це блоки, які майнери або валідатори пропонують додати до блокчейну. Ці блоки містять непідтверджені транзакції, які були передані до мережі, але не включені до блокчейну.
Щоб блок-кандидат став підтвердженим блоком, він повинен бути здобутий або перевірений відповідно до механізму консенсусу блокчейну. Наприклад, механізм консенсусу Bitcoin Proof of Work (PoW) дозволяє майнерам змагатися у вирішенні складної математичної головоломки. Перший майнер, який вирішив головоломку, додасть свій блок-кандидат до блокчейну й отримає винагороду.
У механізмі консенсусу Ethereum Proof of Stake (PoS), валідатори вибираються випадково, після чого вони можуть пропонувати блоки-кандидати. Інші валідатори підтверджують дійсність блоку. Коли блок отримує достатньо підтверджень, він переходить із блоку-кандидата до підтвердженого блоку.
Що таке "завершеність" у блокчейні?
Завершеність – це коли транзакцію або операцію більше не можна змінити або скасувати. Щойно транзакція досягла завершеності, вона назавжди записується в блокчейні, і її не можна змінити або видалити.
У блокчейні Bitcoin, транзакції транслюються в мережу та додаються до мемпулу. Майнери вибирають і перевіряють транзакції з цього пулу і включають в нові блоки для додавання у блокчейн. Транзакції, включені до цього блоку, вважаються підтвердженими, але теоретично інші майнери можуть видобувати конкуруючий блок.
Завершеність транзакцій зростає з кількістю підтверджених блоків. Bitcoin-транзакції зазвичай вважаються "завершеними", коли до блоку, що містить ці транзакції, додаються шість додаткових блоків. Через більш короткий час блоку, Ethereum рекомендується більше підтверджень для досягнення аналогічного рівня впевненості у "завершеності".
Що таке принцип "найдовшого ланцюга"?
Як показано вище, кілька майнерів можуть виробляти нові дійсні блоки в один і той же час. Це може призвести до тимчасових розгалужень блокчейну.
Принцип "найдовшого ланцюга" відноситься до правила, згідно з яким діюча версія блокчейну – це та, в яку вкладено найбільше обчислювальної роботи, тобто, як правило, це версія з найдовшим ланцюгом блоків. В результаті "дійсні" блоки в більш коротких ланцюгах (втрачені або застарілі блоки) відкидаються, а їхні транзакції повертаються до мемпулу.
Ethereum використовував принцип найдовшого ланцюга, коли мережа використовувала Proof of Work (PoW). Після переходу Ethereum на Proof of Stake (PoS) у 2022 році, мережа прийняла оновлений алгоритм вибору форку, що вимірює "вагу" ланцюга, який є накопиченою сумою голосів валідаторів, зважених за балансами стейкінгу Ether валідатора.
Що викликає перевантаження блокчейн-мережі?
Перевантаження блокчейн-мережі виникає, коли кількість транзакцій, що надсилаються в мережу, перевищує можливості мережі для їхньої обробки.
Є кілька причин, через які блокчейн-мережі можуть стати перевантаженими:
Підвищений попит
У міру того, як все більше людей надсилають транзакції в блокчейн, кількість непідтверджених транзакцій в мемпулі може перевищувати кількість, яка може бути включена в один блок. Це особливо актуально для блокчейнів з властивими їм обмеженнями за розміром блоку і часом блоку.
Збільшення числа транзакцій може бути викликане раптовою волатильністю цін, що призводить до сплеску транзакційних операцій або хвиль циклів масового прийняття.
Невеликий розмір блоку
Кожен блокчейн має розмір блоку, який визначає максимальний розмір блоку. Цей розмір блоку обмежує кількість транзакцій, які можна включити у блок.
Наприклад, Bitcoin спочатку був розроблений з обмеженням розміру блоку в 1 мегабайт. У 2017 році Bitcoin реалізував оновлення під назвою Segregated Witness або SegWit для підвищення пропускної здатності транзакцій. Це збільшує теоретичну межу розміру блоку приблизно до 4 МБ.
Якщо кількість транзакцій перевищує цю межу, це призводить до перевантаження мережі.
Повільний час блоку
Час блоку відноситься до того, як часто новий блок додається у блокчейн. Bitcoin додає новий блок кожні 10 хвилин. Якщо транзакції створюються з набагато вищою швидкістю та у більшому обсязі, виникне відставання транзакцій.
Які наслідки перевантаження мережі?
Перевантаження блокчейн-мережі може призвести до кількох негативних наслідків, які перешкоджають безперебійній роботі мережі.
Підвищені комісії за транзакції
Майнери зацікавлені у тому, щоб віддавати пріоритет транзакціям із вищою комісією. Тому, коли блокчейн-мережа стає перевантаженою, користувачам часто доводиться платити вищі комісії за транзакції, щоб стимулювати майнерів розставляти пріоритети у своїх транзакціях. Це може зробити використання блокчейну дорожчим, ніж зазвичай, особливо для невеликих транзакцій.
Час затримки підтвердження транзакції
Перевантаження мережі може призвести до збільшення часу очікування підтвердження та завершеності транзакції. У крайніх випадках транзакції можуть не підтверджуватись протягом кількох годин, днів або навіть довше. Це може викликати розчарування у користувачів.
Кращий досвід користувача
Високі комісії та повільний час підтвердження можуть призвести до поганої взаємодії з користувачем, що потенційно може знизити прийняття і зручність використання блокчейну.
Волатильність ринку
Перевантаження можуть посилити невизначеність і сприяти волатильності ринку. Якщо багато користувачів намагаються продати криптовалюту, але мережа надто перевантажена для обробки цих транзакцій, користувачі можуть запанікувати і спробувати швидко позбутися своїх активів.
Існують й інші наслідки, у тому числі ризики безпеки та ризики централізації мережі. Зокрема, триваліший час підтвердження може збільшити ризик атак з подвійними витратами, а високі комісії можуть призвести до централізації потужності майнінгу.
Приклади перевантажень мережі
Мережі Bitcoin та Ethereum зазнали значного навантаження мережі.
Перевантаження мережі Bitcoin
Помітне зростання ціни Bitcoin в період з кінця 2017 року до початку 2018 року призвело до однієї з найпомітніших подій перевантаження мережі станом до сьогодні. Сплеск популярності Bitcoin призвів до значного збільшення попиту та транзакцій, що в свою чергу призвело до значних затримок і збільшення комісій за транзакції. Якоїсь миті середня комісія за транзакцію перевищувала 50 $.
Навесні 2023 року мережа Bitcoin зазнала перевантаження, оскільки зростання активності транзакцій, пов'язаних з токенами BRC-20, призвело до відкладених транзакцій і різкого збільшення комісій. У якийсь момент було зареєстровано майже 400 000 непідтверджених транзакцій, що призвело до низької пропускної здатності в мемпулі. Комісія за транзакції збільшилася більш ніж на 300% за кілька тижнів.
Перевантаження мережі Ethereum
Один помітний приклад перевантаження мережі Ethereum стався в 2017 році, коли проєкт CryptoKitties став вірусним і значно уповільнив роботу мережі. Також відбулося перевантаження мережі через бум DeFi, що призвело до зростання цін gas.
Будь-яка блокчейн-мережа може стати перевантаженою. Але випадки перевантаження в мережах Bitcoin та Ethereum привернули більше уваги, ніж в інших блокчейнах, тому що вони мали ширший вплив через свою популярність і важливість.
Рішення для зменшення перевантаження мережі
Розв'язання проблеми перевантаження блокчейн-мережі є складним завданням. Існує кілька підходів, і кожен з них має свої переваги та недоліки.
Збільшення розміру блоку
Збільшення розміру блоку дозволяє обробляти більше транзакцій на блок, ефективно збільшуючи пропускну здатність мережі. Але більші блоки розповсюджуються довше, що збільшує ризик тимчасових форків. Їм також потрібно більше місця для зберігання, що може призвести до посилення централізації.
Зменшення часу блоку
Скорочення часу блоку може дозволити мережі швидше обробляти транзакції. Однак коротший час блоку може збільшити кількість втрачених блоків і потенційно поставити під загрозу безпеку.
Рішення рівня 2
Ці офчейн-рішення обробляють транзакції поза основним блокчейном і записують кінцевий стан ончейн. Прикладами таких рішень є Lightning Network для Bitcoin і Plasma для Ethereum. Ці рішення можуть підвищити масштабованість, але складні в реалізації та можуть спричинити додаткові проблеми з безпекою.
Шардинг
Шардинг – це метод, за якого блокчейн розбивається на кілька дрібніших шардів, кожен з яких здатний обробляти транзакції та смартконтракти. Це може значно збільшити пропускну здатність мережі. Але, як і використання рішень рівня 2, шардинг збільшує складність і може створювати додаткові ризики для безпеки.
Інші потенційні рішення проблеми перевантаження мережі включають коригування комісії та рішення щодо масштабування, в тому числі оптимістичні ролапи та ролапи з нульовим розголошенням. Механізм консенсусу Proof of Stake (PoS), як правило, швидше, ніж Proof of Work (PoW).
Підсумки
Оскільки очікується, що найближчими роками блокчейн-технологія буде прийнята великою кількістю користувачів, проблеми перевантаження мережі набувають все більшого значення. Здатність мережі ефективно обробляти великий обсяг транзакцій має вирішальне значення для прийняття та зручності використання. Це особливо актуально для блокчейн-систем, призначених для полегшення повсякденних транзакцій у реальному часі.
Попри те, що перевантаження блокчейн-мережі створює серйозні проблеми, спільнота продовжує розробляти рішення, які допомагають пом'якшити ці проблеми. Ось чому дослідження щодо підвищення масштабованості блокчейну перебувають в авангарді галузі.
Пов'язані статті
Що таке блокчейн і як він працює?
Що таке комісії за блокчейн-транзакції?
Що таке співвідношення комісії до винагороди у Bitcoin?
Відмова від відповідальності та попередження про ризик: цей контент надається вам на умовах "як є" тільки для загальної інформації та освітніх цілей, без будь-яких заяв чи гарантій. Його не слід розглядати як фінансову, юридичну чи іншу професійну пораду, і він не призначений для рекомендації купівлі будь-якого конкретного продукту чи послуги. Вам слід звернутися за порадою до відповідних професійних консультантів. Якщо стаття написана стороннім автором, зверніть увагу, що висловлені думки належать сторонньому автору, і не обов'язково відображають думку Binance Academy. Для отримання додаткової інформації, будь ласка, перегляньте нашу повну відмову від відповідальності. Ціни на цифрові активи можуть бути волатильними. Вартість ваших інвестицій може як впасти, так і зрости, і ви можете не повернути інвестовану суму. Ви несете повну відповідальність за свої інвестиційні рішення, і Binance Academy не несе відповідальності за збитки, які ви можете понести. Цей матеріал не повинен розглядатись як фінансова, юридична чи інша професійна порада. Для отримання додаткової інформації, будь ласка, перегляньте наші Умови користування та Попередження про ризик.