Масштабируемость в широком смысле означает способность системы расти для удовлетворения растущего спроса. В вычислениях вы можете повысить производительность своей машины, модернизировав ее оборудование, чтобы она быстрее выполняла определенные задачи. Когда мы говорим о масштабируемости в блокчейнах, мы имеем в виду увеличение их способности обрабатывать больше транзакций.
У таких протоколов, как Биткойн, много сильных сторон, но масштабируемость не входит в их число. Если бы биткойн работал в централизованной базе данных, администратору было бы относительно легко увеличить скорость и пропускную способность. Но ценностные предложения Биткойна (например, устойчивость к цензуре) требуют, чтобы многие участники синхронизировали копию блокчейна.
Масштабируемость технологии блокчейн уже много лет является важной темой для дискуссий. Несмотря на прочную начальную инфраструктуру, эта технология должна иметь возможность расти и удовлетворять потребности пользователей. Гораздо легче сказать, чем сделать, поскольку речь идет не об обновлении оборудования или добавлении одного или двух дополнительных серверов. Вместо этого часто требуется капитальный ремонт всего протокола, который можно сделать с помощью хард-форка.
Для большинства публичных блокчейнов масштабируемость остается актуальной проблемой. Даже такие сети, как Биткойн, борются в этом отношении, и немедленного решения не предвидится. Это не мешает разработчикам исследовать новые возможности, чтобы сделать эти экосистемы мейнстримом в ближайшие годы.
Проблема масштабируемости блокчейна
Запуск узла Биткойн относительно дешев, и даже простые устройства могут это сделать. Но поскольку тысячам узлов необходимо поддерживать друг друга в актуальном состоянии, существуют определенные ограничения на их пропускную способность.
Ограничения накладываются на количество транзакций, которые могут быть обработаны в цепочке, чтобы база данных не разрасталась до громоздких размеров. Если он станет слишком большим слишком быстро, узлы не смогут успевать. Более того, если блоки слишком большие, они не могут быть быстро переданы по сети.
В результате мы оказываемся в узком месте. Блокчейн можно рассматривать как поезд, который отправляется через определенные промежутки времени. Количество мест в каждом вагоне ограничено, и, чтобы получить билет, путешественники должны сделать ставку, чтобы гарантировать место. Если все попытаются сесть в поезд одновременно, цена будет высокой. Точно так же сеть, забитая незавершенными транзакциями, потребует от пользователей уплаты более высоких комиссий, чтобы своевременно увидеть свою транзакцию.
Одно из решений — увеличить вагоны. Это будет означать больше мест, большую пропускную способность и более низкие цены на билеты. Но нет гарантии, что места не заполнятся, как когда-то. Вагоны не могут быть расширены постоянно, так же как блоки или ограничения газа не могут масштабироваться бесконечно. Последнее делает более дорогостоящим пребывание узлов в сети, поскольку для синхронизации им потребуется более дорогое оборудование.
Создатель Ethereum Виталик Бутерин придумал трилемму масштабируемости, чтобы описать проблему, с которой сталкиваются блокчейны. Он предполагает, что протоколы должны идти на компромисс между масштабируемостью, безопасностью и децентрализацией. Они несколько расходятся друг с другом — если слишком сосредоточиться на двух свойствах, третье будет плохим.
По этой причине многие рассматривают масштабируемость как нечто, чего нужно достичь вне сети , в то время как безопасность и децентрализация должны быть максимизированы в самой цепочке блоков.
Это не простое решение
При наличии всех этих узких мест быстро становится очевидным, что что-то нужно изменить. Принуждение к такому изменению должно произойти на уровне протокола, но решение должно учитывать все вышеперечисленные аспекты. Нет простого решения для обработки большего количества транзакций при уменьшении размера блока и обеспечении того, чтобы узлы могли не отставать. Увеличение размеров блоков не является решением, даже если это гарантирует более высокую пропускную способность и потенциально более дешевые транзакции. Однако нет гарантии, что сеть будет постоянно нуждаться в этой дополнительной емкости, что создает другие логистические проблемы.
Однако эти проблемы масштабирования присущи не только Биткойну. Виталик Бутерин, создатель термина « Трилемма масштабируемости », признает, что эта проблема существует во всех публичных блокчейнах. Кроме того, компромисс между масштабируемостью, децентрализацией и безопасностью является фактором риска, поскольку нельзя отдавать предпочтение одному над другим. Поддержание баланса — это бессердечное и сложное занятие. Это основная причина, по которой любое улучшение масштабируемости, скорее всего, будет происходить вне цепочки, а не в цепочке.
Масштабирование вне сети относится к подходам, которые позволяют выполнять транзакции без раздувания блокчейна. Протоколы, которые подключаются к цепочке, позволяют пользователям отправлять и получать средства, при этом транзакции не появляются в основной цепочке. Мы рассмотрим два наиболее заметных достижения в этой области: сайдчейны и платежные каналы.
Введение в сайдчейны
Что такое сайдчейн?
Сайдчейн — это отдельный блокчейн. Однако это не отдельная платформа, поскольку она каким-то образом привязана к основной цепочке. Основная и боковая цепочки взаимодействуют друг с другом, что означает, что активы могут свободно перемещаться от одного к другому.
Есть несколько способов обеспечить перенос средств. В некоторых случаях активы перемещаются из основной цепочки путем размещения на специальном адресе . На самом деле они не пересылаются — вместо этого они привязаны к адресу, и соответствующая сумма выдается на боковой цепи. Более простой (хотя и централизованный вариант) — отправить средства хранителю, который обменивает депозит на средства на боковой цепи.
Как работает сайдчейн?
Предположим, у нашей подруги Алисы пять биткойнов. Она хочет обменять их на пять эквивалентных единиц на боковой цепи биткойнов — назовем их сайдкойнами. Рассматриваемая боковая цепь использует двустороннюю привязку, что означает, что пользователи могут переносить свои активы из основной цепи в боковую и наоборот.
Помните, что сайдчейн — это отдельный блокчейн. Таким образом, у него будут разные блоки, узлы и механизмы проверки . Чтобы получить свои сайдкойны, Алиса отправляла ей пять биткойнов на другой адрес. Он может принадлежать кому-то, кто затем зачислит на свой адрес сайдчейна пять сайдкойнов, как только получит биткойны. В качестве альтернативы, у него может быть какая-то настройка с минимальным доверием, при которой сайдкойны автоматически зачисляются после того, как программное обеспечение обнаруживает платеж.
Теперь Алиса конвертировала свои монеты в сайдкойны, но она всегда может отменить процесс, чтобы вернуть свои биткойны. Теперь, когда она вошла в сайдчейн, она может совершать транзакции в этом отдельном блокчейне. Она может отправлять сайдкойны или получать их от других, как и в основной цепочке.
Она могла, например, заплатить Бобу одну сайдкойн за толстовку Binance. Когда она захочет вернуться в Биткойн, она может отправить оставшиеся четыре сайдкойна на специальный адрес. После подтверждения транзакции четыре биткойна будут разблокированы и доставлены на адрес, который она контролирует в основной цепочке.
Почему используются сайдчейны?
Вы можете задаться вопросом, в чем смысл этого. Почему Алиса просто не использует блокчейн Биткойн?
Ответ заключается в том, что сайдчейн может делать то, что не может делать Биткойн. Блокчейны — это тщательно разработанные системы компромиссов. Хотя Биткойн — самая безопасная и децентрализованная криптовалюта, она не самая лучшая с точки зрения пропускной способности. Хотя транзакции биткойнов быстрее, чем обычные методы, они все еще относительно медленны по сравнению с другими системами блокчейнов. Блоки добываются каждые десять минут, и сборы могут значительно вырасти, когда сеть перегружена.
По общему признанию, такой уровень безопасности, вероятно, не нужен для небольших повседневных платежей. Если Алиса платит за кофе, она не будет ждать подтверждения транзакции. Она будет стоять в очереди, и к моменту вручения ее напиток будет холодным.
Сайдчейны не подчиняются одним и тем же правилам. Фактически, им даже не нужно использовать Proof of Work для работы. Вы можете использовать любой механизм консенсуса , доверять одному валидатору или настраивать любое количество параметров. Вы можете добавлять обновления, которых нет в основной цепочке, создавать блоки большего размера и обеспечивать быстрые расчеты.
Интересно, что в сайдчейнах могут быть даже критические ошибки, не затрагивая лежащую в основе цепочку. Это позволяет использовать их в качестве платформ для экспериментов и развертывания функций, которые в противном случае потребовали бы консенсуса со стороны большей части сети.
При условии, что пользователи довольны компромиссами, сайдчейны могут стать неотъемлемым шагом на пути к эффективному масштабированию. Узлы основной цепи не обязаны хранить каждую транзакцию из боковой цепи. Алиса могла войти в боковую цепочку с помощью одной транзакции биткойнов, выполнить сотни транзакций сайдкойнов, а затем выйти из сайдчейна. Что касается блокчейна Биткойн, она выполнила только два — один для входа и один для выхода.
Введение в каналы оплаты
Что такое платежный канал?
Платежные каналы служат той же цели, что и сайдчейны, с точки зрения масштабируемости, но они принципиально сильно отличаются. Как и сайдчейны, они выталкивают транзакции из основной цепи, чтобы предотвратить раздувание блокчейна. Однако, в отличие от сайдчейнов, для их работы не требуется отдельный блокчейн.
Платежный канал использует смарт-контракт, чтобы пользователи могли совершать транзакции, не публикуя свои транзакции в блокчейне. Это достигается с помощью программного соглашения между двумя участниками.
Как работает платежный канал?
В таких моделях, как популярная сеть Lightning Network , две стороны сначала вносят монеты на адрес, которым они совместно владеют. Это multisignature адрес, который требуется две подписи для средств , которые будут потрачены. Таким образом, если Алиса и Боб создали такой адрес, вывести средства можно было только с согласия их обоих.
Допустим, каждый из них вносит по 10 BTC на адрес, который теперь содержит 20 BTC. Им было бы легко вести баланс, который начинается с того, что у Алисы и Боба по 10 BTC. Если Алиса хотела дать Бобу монету, они могли бы обновить ее так, чтобы у Алисы 9 BTC, а у Боба 11 BTC. Им не придется публиковать данные в блокчейне, поскольку они продолжают обновлять эти балансы.
Однако когда придет время, допустим, что у Алисы 5 BTC, а у Боба 15 BTC. Затем они могут создать транзакцию, которая отправляет эти балансы на адреса, принадлежащие сторонам, подписывает ее и транслирует ее.
Алиса и Боб могли записать в своем балансе десять, сто или тысячу транзакций. Но что касается блокчейна, они выполнили только две операции в цепочке: одну для начальной транзакции финансирования и одну для перераспределения остатков, когда они будут выполнены. За исключением этих двух, все остальные транзакции бесплатны и практически мгновенны, поскольку происходят вне сети. Плата за майнер не взимается, и не нужно ждать подтверждения блока.
Конечно, рассмотренный выше пример требует сотрудничества обеих сторон, что не является идеальной ситуацией для незнакомцев. Однако для наказания любой попытки обмана могут использоваться специальные механизмы , чтобы стороны могли безопасно взаимодействовать друг с другом без доверия.
А как насчет маршрутизации платежей?
Один из аспектов платежных каналов, который нельзя игнорировать, — это маршрутизация платежей. Хотя эти каналы работают, когда два человека хотят обработать большой объем транзакций, они не могут автоматически апеллировать к «групповым транзакциям». По этой причине разработчики внедрили решения, позволяющие пользователям платить всем, с кем они не связаны напрямую, при условии, что существует хотя бы один открытый канал через взаимно подключенную сторону. Кроме того, в этом канале должна быть достаточная платежная способность для облегчения перевода средств.
Важное значение будет иметь развитие концепции платежных каналов для обеспечения более широкого охвата транзакций. Подключение каждого к нескольким одноранговым узлам увеличит шансы найти новые пути для маршрутизации транзакций. Кроме того, пользователям необходимо предоставить возможность выбора маршрутизации платежей для достижения максимальной эффективности в любое время. Является ли это предпочтительным перед сайдчейнами, остается предметом споров.
Вывод
Как сайдчейны, так и платежные каналы обладают огромным потенциалом для внедрения решений масштабируемости для любого публичного блокчейна, представленного на рынке сегодня или в будущем. Оба подхода могут включать транзакции, не создавая раздувания основной цепочки блоков, хотя их реализации сильно различаются. Более того, обе концепции все еще находятся на ранней стадии исследований и разработок, но все больше и больше пользователей хотят экспериментировать с этими доступными опциями. Обход недостатков и недостатков транзакций базового уровня станет более важным, когда комиссии за транзакции в основной сети возрастут.
При изучении этих новых вариантов масштабирования разработчикам необходимо поддерживать высокую степень децентрализации. К сожалению, добавление новых фрагментов в существующие цепочки блоков может очень усложнить эту задачу. Один из способов сделать это — ввести строгие ограничения на рост блокчейна, чтобы новые узлы могли с комфортом пополнить ряды в любой момент времени. Решения для масштабирования вне цепочки могут помочь в достижении этой цели, поскольку основная цепочка будет использоваться только для расчетов по переводам крупных сумм или привязки транзакций к сайдчейнам и из них или для открытия и закрытия платежных каналов.
По этим вопросам предстоит еще много исследований в будущем, но все они заслуживают внимания. Так или иначе необходимо будет найти решения по масштабированию. Менее важно, через сайдчейны, платежные каналы или другое решение. Пока пользователи могут свободно совершать транзакции доступным и доступным способом, публичные блокчейны будут продолжать пользоваться успехом.
Видео
Ru
Масштабируемость блокчейна – сайдчейны и платежные каналы
