Що таке трилема блокчейну?
Зміст
Вступ
Що таке децентралізація?
Що таке безпека блокчейну?
Що таке масштабованість?
Чому існує трилема блокчейну
Рішення трилеми блокчейну
Підсумки
Що таке трилема блокчейну?
Головна сторінка
Статті
Що таке трилема блокчейну?

Що таке трилема блокчейну?

Середній рівень
Опубліковано Oct 14, 2022Оновлено Nov 11, 2022
9m

Короткий зміст

Блокчейни можуть обробляти лише обмежену кількість транзакцій за секунду. Мережа Bitcoin, наприклад, може обробляти близько семи транзакцій на секунду. Якщо блокчейн-технологія повинна бути прийнята у всьому світі, вона повинна бути здатна обробляти набагато більше даних і набагато швидше, щоб більше людей могли використовувати мережу, а вона не ставала надто повільною або дорогою у використанні. Однак фундаментальний дизайн багатьох децентралізованих мереж показує, що підвищення масштабованості має тенденцію послаблювати децентралізацію чи безпеку. Це явище відоме як трилема блокчейну. Розробники, які прагнуть вирішити цю проблему, експериментують з різними механізмами консенсусу та рішеннями шардінгу, такими як сегментування, сайд-чейни та канали стану.

Вступ

Загалом, блокчейн – це розподілена цифрова база даних. Блоки даних організовані у хронологічному порядку. Блоки пов'язані та захищені криптографічними доказами. Впровадження цієї технології в різних галузях вже змінює те, як ми працюємо та живемо. 

Ідея полягає в тому, що децентралізовані та безпечні блокчейни дозволяють створити світ, у якому нам не потрібно покладатися на треті сторони для функціонування мереж чи ринків. Проте, експерти загалом згодні з тим, що для ширшого прийняття цієї технології існує основна проблема, яку потрібно вирішити. Ця проблема відома як "трилема блокчейну".

Цей термін популяризував співзасновник Ethereum, Віталік Бутерін. Щоб зрозуміти сенс, вам потрібно знати про три різні елементи, які мають бути у блокчейні: децентралізація, безпека та масштабованість. Трилема блокчейну – це ідея про те, що блокчейнам важко досягти оптимальних рівнів усіх трьох властивостей одночасно. Підвищення показників однієї властивості зазвичай призводить до послаблення іншої.

У цій статті ми розглянемо всі три елементи трилеми і більш докладно пояснимо, чому вони так важливі. Докладніше обговорення кожного з них і того, як вони поєднуються один з одним, привзеде до кращого розуміння того, як і чому існує трилема блокчейну. У цій статті також буде висвітлено деякі рішення, запропоновані розробниками.

Що таке децентралізація?

Bitcoin та аналогічні блокчейн-мережі децентралізовані за своєю структурою. Вся структура побудована так, що відповідальна особа чи організація просто відсутні. Все це досягається за рахунок децентралізації. Мережевий рівень відкритий всім, хто хоче брати участь. У результаті контроль повністю розподіляється, а не утримується однією організацією. Всі користувачі мають доступ до тих самих даних. Якщо хтось спробує обдурити систему, змінивши записи на свою користь, решта учасників відкинуть помилкові дані.

Давайте візьмемо як приклад мережу Bitcoin. Контроль зі сторони третіх осіб відсутній. Напротивагу до потреби банків у фінансовій системі. Банки забезпечують довіру між людьми, які здійснюють транзакції, та забезпечують правильне ведення всіх записів. Блокчейн Bitcoin, однак, ділиться всіма цими даними з усіма в мережі, щоб їх можна було перевірити та підтвердити перед додаванням до цифрової бази даних. Результатом є система, яка може існувати без потреби у третіх особах.

Децентралізація пропонує можливість того, що відоме як Web3. Прямо зараз у нас є Web2 – сучасний інтернет. Він повний сайтів та застосунків, контрольованих компаніями, але з контентом, створеним користувачами. Web3 – це наступний крок. Інтернет, в якому технологія децентралізованого блокчейну дозволяє людям контролювати свої дані та онлайн-життя. 

Однак слід зазначити, що через те, як працюють ці розподілені системи з необхідністю згоди широкого кола учасників щодо достовірності будь-яких даних, час виконання транзакцій може бути повільним через те, як інформація має ділитися та оброблятися. Таким чином, блокчейни повинні масштабуватись, тобто бути здатними обробляти більше даних на швидше. Ми повернемося до цього моменту під час обговорення масштабованості.

Крім того, децентралізована мрія можлива лише у тому випадку, якщо блокчейни безпечні. Якщо в блокчейні відсутня безпека, то зловмисник може взяти під контроль і змінити дані на свою користь. Це призводить до другої частини трилеми: безпеки.

Що таке безпека блокчейну?

Немає значення, наскільки децентралізований блокчейн, якщо йому не вистачає безпеки. Хороша блокчейн-мережа має бути стійкою до атак з боку зловмисників. Безпека централізованих систем забезпечується тим, що система є закритою. Той, хто контролює її, може гарантувати, що доступ до даних закритий. Але як це досягається у децентралізованій системі, де кожен може брати участь?

Це складна тема, але ми можемо повернутися до Bitcoin як прикладу децентралізованої безпеки блокчейну. Блокчейн Bitcoin використовує комбінацію криптографії та механізму мережевого консенсусу під назвою Proof of Work (PoW). З погляду криптографії кожен блок має свого роду цифровий підпис (або хеш). Кожен блок даних пов'язаний таким чином, що його не можна підробити, тому що будь-які зміни змінять хеш блоку. Спроба змінити дані буде швидко ідентифікована рештою мережі.

Механізм консенсусу PoW – ще одна частина головоломки. Він допомагає захистити реєстр криптовалюти. Щоб розповісти про Proof of Work потрібна окрема стаття, але для наших цілей зверніть увагу, що учасники мережі можуть лише перевіряти нові транзакції та додавати їх до реєстру за допомогою дії, відомої як майнінг. Це передбачає використання обчислювальної потужності для вирішення математичної задачі. Частина процесу вимагає, щоб ці комп'ютери виконували численні функції хешування. Це впливає на проблему масштабованості, оскільки механізм PoW безпечний, але відносно повільний.

Також зверніть увагу, що більше учасників (нод) у мережі, то вона надійніша. Що більша кількість сторін, то важче одному зловмиснику взяти під контроль систему. Це стосується так званої атаки 51%. Ситуації, коли одна організація (або група зловмисників) може контролювати більше 50% загального хешрейту блокчейн-мережі, тоді вони зможуть відкинути консенсус і змінити дані ланцюга на свою користь, наприклад увімкнути подвійні витрати для токенів. 

Тобто, безпека є фундаментальною вимогою для успіху блокчейну, тому що без неї зловмисники можуть отримати контроль над ланцюгом, що зробить його марним.

Що таке масштабованість?

Масштабованість – це створення блокчейну, який може підтримувати все більше і більше транзакцій на секунду. Масштаб необхідний, якщо блокчейн-технологія має служити всьому суспільству та, можливо, мільярдам користувачів. І це те місце, де багато блокчейнів все ще мають проблеми. 

Це пов'язано з тим, що децентралізація та безпека настільки фундаментальні для блокчейну, що, зазвичай, всі зосереджені насамперед на цих двох властивостях. Децентралізація настільки важлива для духу та цілей блокчейну, що лежить в основі більшості відомих блокчейнів. Безпека, як ми вже обговорювали, є основною вимогою для успіху та корисності блокчейну.

Однак через те, що пріоритет віддається децентралізації та безпеці, масштабованість стає проблемою. Кількість транзакцій, які може обробити ланцюг, може бути обмежена. Централізована платіжна система, така як Visa, заявляє, що вона здатна підтримувати 24 000 транзакцій в секунду. Це пов'язано з тим, що мережа закрита та вільна від таких понять, як публічні ноди та консенсус. Давайте порівняємо цей показник з деякими з найвідоміших блокчейнів. 

Згідно з Bloomberg у 2022 році: "Станом на вересень, Bitcoin не міг обробляти більше семи транзакцій за секунду, а Ethereum, друга за популярністю мережа, була обмежена приблизно 15 транзакціями за секунду".

Як уже згадувалося, ці швидкості транзакцій у блокчейні обмежені через те, що інформація повинна оброблятися різними учасниками, які складають децентралізовану мережу, а також через характер самого механізму консенсусу PoW. Якщо все більше людей у суспільстві почнуть використовувати блокчейн-технологію, мережі будуть перевантажені через обмежену кількість транзакцій, які вони можуть обробити.

Чому існує трилема блокчейну

Найбільш очевидним і базовим вирішенням проблеми, описаної вище, є зменшення кількості учасників, що підтверджують і додають у мережу дані, в обмін на більший масштаб та швидкість. Але це призвело б до ослаблення децентралізації з передачею контролю меншій кількості учасників. І це також призвело б до ослаблення безпеки, оскільки менша кількість гравців означає вищу ймовірність атак.

Отже, тут криється трилема: враховуючи зв'язок між бажаними властивостями децентралізації та безпеки, фундаментальна архітектура блокчейну, ускладнює його масштабування. Збільшуючи один показник, ви послаблюєте інший. Як підвищити масштабованість, не порушуючи децентралізацію, безпеку чи те й інше? 

Рішення трилеми блокчейну

Ця трилема не має єдиного універсального рішення. Але, зважаючи на важливість вирішення цієї проблеми, у спільноті було кілька різних підходів із цікавими результатами. Давайте розглянемо деякі з найпопулярніших розробок, щоб мати уявлення про те, що відбувається у просторі:

1. Шардінг

Це метод поділу блокчейнів (або інших типів баз даних) на дрібніші, розділені блокчейни, які управляють певними сегментами даних. Це налаштування знімає навантаження з одного ланцюга, який обробляє всі транзакції та взаємодії в мережі. Кожен розділений блокчейн відомий як шард і він має свій конекретний реєстр. Потім ці шарди можуть обробляти свої власні транзакції, але beacon блокчейн або основний ланцюг керує взаємодією між шардами. Це робить шардінг оновленням рівня 1 для масштабування мережі, оскільки це зміна основної блокчейн-мережі.

2. Різні механізм консенсусу

Одна з причин, через яку у мережі Bitcoin існує трилема, полягає в тому, як працює PoW для забезпечення безпеки. Потреба у майнерах, криптоалгоритмах та величезній кількості децентралізованих обчислювальних потужностей призводить до створення безпечної, але повільної системи. Пошук іншого способу досягнення консенсусу – це один із підходів для вирішення цієї трилеми. Це було однією з причин переходу Ethereum з PoW на Proof of Stake (PoS).

У блокчейнах з PoS учасники, які беруть участь у перевірці транзакцій, мають здійнювати стейкінг (блокувати) своїх токенів. Немає потреби у вузькоспеціалізованих майнінгових машинах. Додавання додаткових валідаторів у мережу простіше та доступніше. PoS – це лише один із багатьох різних підходів до механізмів консенсусу з ціллю покращення масштабованості. 

3. Рішення рівня 2

І шардінг, і різні механізми консенсусу відомі як рішення рівня 1. Вони прагнуть змінити фундаментальний дизайн базової мережі. Але інші розробники, які намагаються вирішити цю трилему, працюють над рішеннями, що будуються на основі існуючої мережевої структури. Іншими словами, вони думають, що відповідь лежить на другому рівні або рівні 2. Приклади цього це сайд-чейни та канали стану.

Сайд-чейн – це окремий блокчейн, пов'язаний з основним ланцюгом. Він влаштований так, що активи можуть вільно переміщатися між ними. Сайд-чейн може працювати за іншими правилами, що забезпечує велику швидкість та масштаб. Канали стану – це ще один спосіб вивести транзакції з основного ланцюга та послабити тиск на рівень 1. Канал стану використовує смартконтракт, а не окремий ланцюг, щоб користувачі могли взаємодіяти один з одним, не публікуючи свої транзакції у блокчейні. Блокчейн записує лише початковий та кінцевий стан каналу.

Підсумки

Трилема блокчейну стоїть на шляху реалізації блокчейну як технології, здатної змінити світ. Якщо блокчейн-мережі можуть обробляти лише невелику кількість транзакцій за секунду для підтримки децентралізації та безпеки, то домогтися масового прийняття буде складно. Однак рішення, запропоновані розробниками, які прагнуть вирішити цю проблему, припускають, що технологічний прогрес, вже досягнутий блокчейном, буде продовжуватися, і ці мережі зможуть обробляти набагато більше даних у майбутньому.