Wat is schaalbaarheid in Blockchain? Een eenvoudige uitleg

Nu steeds meer individuen en organisaties blockchaintechnologie gebruiken, wordt schaalbaarheid steeds belangrijker. Je bent deze term waarschijnlijk al tegengekomen als het grootste probleem van de crypto-industrie.

In essentie verwijst schaalbaarheid naar de capaciteit van een systeem of technologie om een toenemend aantal transacties of gebruikers te verwerken zonder dat dit ten koste gaat van de prestaties. In de context van blockchaintechnologie is schaalbaarheid cruciaal omdat het bepaalt of het netwerk naadloos kan meegroeien met de groeiende vraag terwijl de veiligheid en functionaliteit behouden blijven. Het belang van schaalbaarheid ligt in het verzekeren dat gedecentraliseerde systemen zoals blockchains efficiënt wijdverspreide adoptie en gebruik kunnen ondersteunen, waardoor hun potentieel voor transformerende impact op verschillende industrieën en toepassingen mogelijk wordt.

Wat is Blockchain Schaalbaarheid?

De term “schaalbaarheid” verwijst naar het vermogen van een bepaald systeem of een bepaalde operatie om zijn optimale prestatieniveaus te behouden wanneer het aanpassingen ondergaat met betrekking tot omvang of reikwijdte. Dienovereenkomstig betekent het concept van schaalbaarheid binnen de context van blockchaintechnologie het vermogen van een specifiek blockchainprotocol om een efficiënte en kosteneffectieve verwerkingsomgeving te handhaven, zelfs wanneer het geconfronteerd wordt met een toevloed aan transactieactiviteiten, uitgebreide datasets en een toenemend aantal gebruikersparticipaties.

Vitalik Buterin suggereert [PDF] dat blockchainprotocollen ernaar streven gedecentraliseerd, veilig en schaalbaar te zijn, maar ze bereiken slechts twee van deze eigenschappen. En de meest opgeofferde eigenschap is schaalbaarheid.

Schaalbaarheid is een essentiële factor die de prestaties van een blockchain systeem beïnvloedt. Een niet schaalbare blockchain kan resulteren in trage transactieverwerking, wat leidt tot achterstanden en hogere kosten. Aan de andere kant heeft een schaalbare blockchain het vermogen om een groot aantal transacties binnen een korte periode te verwerken met behoud van veiligheid, optimale gebruikerservaring, lage kosten en efficiënte besluitvorming door samenwerking tussen talloze peers.

De drie belangrijkste factoren die de schaalbaarheid van een blockchainprotocol bepalen zijn de volgende:

De tijd die nodig is voor het verspreiden van transacties over netwerkknooppunten, het aggregeren van hun feedback om consensus te bereiken, heeft invloed op de schaalbaarheid van het systeem. Het minimaliseren van de latentie draagt bij aan een grotere schaalbaarheid.

De efficiëntie van een blockchainprotocol, met betrekking tot het vermogen om te schalen, is bovendien afhankelijk van het volume aan transacties dat gelijktijdig kan worden uitgevoerd. Een verhoogde verwerkingssnelheid vertaalt zich in een verbeterde schaalbaarheid voor het netwerk.

De benodigde middelen van een blockchain systeem, zoals rekencapaciteit en netwerkbandbreedte, hebben een directe invloed op de schaalbaarheid. Een toename in beschikbare middelen kan leiden tot hogere beloningen voor deelnemers aan het netwerk, vooral voor degenen die een aanzienlijke bijdrage leveren. Omgekeerd, als de beloningen niet evenredig zijn met de kosten die gepaard gaan met deelname aan het netwerk, is het mogelijk dat niemand zich zal aansluiten, wat resulteert in beperkte of geen schaalbaarheid.

Nieuwere blockchainplatformen zoals Solana vertonen over het algemeen een grotere schaalbaarheid in vergelijking met hun voorgangers, met name Bitcoin. Het is echter belangrijk op te merken dat deze verbeterde prestaties vaak ten koste gaan van verminderde veiligheidsmaatregelen of toegenomen centralisatie binnen deze systemen.

Om ervoor te zorgen dat blockchaintechnologieën effectief grootschalige toepassingen kunnen ondersteunen en grote gebruikersbestanden kunnen huisvesten, is het noodzakelijk dat deze systemen schaalbaarheid laten zien. De toepassing van blockchaintechnologieën zal aanzienlijk afnemen als transacties overbelast raken of als de kosten exorbitant hoog worden, vooral als er alternatieve, snelle en kosteneffectieve oplossingen bestaan. Ter illustratie, het gebruik van een conventionele betaalmethode zoals Visa om een pizza te kopen kan praktischer en betaalbaarder blijken dan het gebruik van cryptocurrencies zoals Bitcoin. De behoefte aan meer schaalbaarheid binnen het domein van blockchaintechnologie wordt dus duidelijk.

3 Belangrijkste methoden voor het schalen van de blockchain

Ondanks verschillende pogingen van verschillende blockchainprotocollen om de efficiëntie te verbeteren op het gebied van latentie, prestaties en kosten met behoud van veiligheid en decentralisatie, blijft er een onopgeloste uitdaging die bekend staat als het “blockchaintrilemma”. Dit trilemma ontstaat wanneer bepaalde oplossingen ofwel decentralisatie ofwel veiligheid in gevaar brengen om betere resultaten te bereiken.

Afbeelding Credit: Trikona/ Shutterstock

Blockchainprotocollen maken vaak gebruik van verschillende benaderingen om de schaalbaarheid van blockchains te verbeteren.

De bovengenoemde benaderingen kunnen systematisch worden onderverdeeld in drie uitgebreide strategieën.

Laag 1 Oplossingen

Het doel hier is om de prestaties van het primaire blockchainnetwerk te verbeteren om een groter transactievolume aan te kunnen. Mogelijke strategieën zijn het vergroten van de grootte van blokken, het versnellen van de verwerkingstijd van transacties of het stroomlijnen van het proces om consensus te bereiken door het samenvoegen van reactietijden.

Laag 1-oplossingen omvatten het implementeren van verbeteringen direct op de primaire blockchainarchitectuur, zonder afhankelijk te zijn van externe raamwerken of infrastructuur. Dergelijke verbeteringen vereisen vaak het uitvoeren van een kettingsplitsing, ook bekend als een “fork”.

Neem het voorbeeld van Bitcoin waarbij Segregated Witness (SegWit) werd geïmplementeerd, wat werd bereikt via een soft fork. Deze modificatie breidde de mogelijkheden van het protocol uit door de beperking van de blokgrootte te vergroten en de efficiëntie van transacties te verbeteren. Kort daarna resulteerde een hard fork in de opkomst van Bitcoin Cash (BCH), een alternatieve blockchain die wordt gekenmerkt door grotere blokken, snellere verwerking van transacties en lagere transactiekosten.

De Ethereum blockchain voltooide ook een hard fork in Hierdoor werd het consensusalgoritme van het protocol veranderd van proof of work naar proof of stake . Het was de eerste fase in de introductie van sharding, waarvan Buterin gelooft dat het netwerk verder zal schalen.

Blockchain sharding verwijst naar een laag één oplossing die geen protocolwijziging of software-upgrade vereist, maar eerder inhoudt dat het netwerk wordt opgedeeld in kleinere segmenten die “shards” worden genoemd voor verbeterde schaalbaarheid en verbeterde transactie-efficiëntie. Hoewel Ethereum van plan is om deze technologie tegen het jaar 2023 te integreren, heeft de Zilliqa blockchain momenteel vier van dergelijke shards geïmplementeerd, wat resulteert in kortere transactietijden, lagere transactiekosten en meer tevredenheid bij de eindgebruiker.

Laag 2 Oplossingen

Laag 1 oplossingen, die direct geïntegreerd zijn met het kernprotocol van de blockchain, hebben als doel de schaalbaarheid te verbeteren door middel van verschillende middelen zoals sharding of proof of stake consensusmechanismen. Deze methoden hebben echter beperkingen wat betreft hun vermogen om horizontaal te schalen vanwege problemen zoals netwerkcongestie of rekencomplexiteit. Om dit probleem aan te pakken, zijn er laag 2-oplossingen ontstaan, die zich richten op het migreren van bepaalde transacties of bewerkingen naar een aparte laag buiten de hoofdketen, waardoor de totale capaciteit voor het verwerken van meer transacties wordt vergroot zonder de veiligheid of decentralisatie in gevaar te brengen. Deze extra lagen, bekend als state channels en rollups, maken gebruik van de onderliggende blockchaininfrastructuur en bieden verbeterde prestaties door optimalisaties die kunnen bestaan uit kortere bevestigingstijden, verbeterde privacyfuncties en lagere kosten. Door gebruik te maken van Laag 2 oplossingen, bieden

State channels een efficiënte manier voor meerdere partijen om transacties in realtime uit te voeren zonder alleen te vertrouwen op de hoofd blockchain. Een voorbeeld hiervan is het Lightning Network, dat gebruik maakt van off-chain transacties gefaciliteerd door slimme contracten en deze uiteindelijk afwikkelt op de Bitcoin blockchain. Ook het Raiden-netwerk op Ethereum maakt gebruik van deze aanpak om snelle en veilige transacties tussen gebruikers mogelijk te maken.

Rollup-technologieën omvatten een reeks gedecentraliseerde systemen die een efficiënte uitvoering van transacties mogelijk maken, terwijl ze congestie op de keten minimaliseren. Deze technologieën werken door het verwerken van transacties via een off-chain netwerk voordat ze geverifieerde informatie terugsturen naar de primaire blockchain voor validatie. Voorbeelden van rollup platforms zijn Zero-Knowledge Proof (ZKP) gebaseerde oplossingen zoals Loopring en Aztec, die cryptografische technieken gebruiken om transacties te verifiëren zonder gevoelige details te onthullen. Daarnaast vertrouwen Optimistic Rollups zoals Arbitrium One en Optimism op een mechanisme zonder vertrouwen om transacties te valideren, waarbij wiskundige algoritmen en gedistribueerde netwerken worden gebruikt om veiligheid en nauwkeurigheid te garanderen.

Daarnaast is het belangrijk op te merken dat er opmerkelijke verschillen bestaan tussen de architecturale structuren van Layer 1 en Layer 2 blockchain netwerken.

Nieuwe ketens

Image Credit: Ico Maker/ Shutterstock

Er kunnen verschillende soorten nieuwe ketens zoals zijketens, plasmaketens en Validium ketens worden bedacht om de efficiëntie van transactieverwerking te optimaliseren. Polygon is hier een goed voorbeeld van; deze op Ethereum gebaseerde sidechain heeft op maat gemaakte specificaties die tegemoet komen aan specifieke eisen, terwijl toch gebruik wordt gemaakt van de fundamentele kracht van het Ethereum-netwerk.

De bovengenoemde oplossingen zijn in de volksmond aangeduid als Layer 2 alternatieven; het is echter noodzakelijk om te erkennen dat ze verschillende entiteiten vertegenwoordigen. In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, zijn Layer 2-opties in wezen toevoegingen aan de fundamentele Layer 1-architectuur, die harmonieus functioneren naast de primaire keten. Aan de andere kant vormen sidechains, plasmaketens en Validium ketens aparte blockchains, die een grotere autonomie vertonen dan hun Layer 1 tegenhangers. Deze alternatieve netwerken nemen vaak de verantwoordelijkheid op zich voor zaken als beveiligingsprotocollen, consensusmechanismen en blokconfiguraties.

Geen schaalbaarheid van blockchain, geen massale adoptie

De transformerende mogelijkheden van blockchaintechnologie hebben het potentieel om onze huidige manier van leven aanzienlijk te beïnvloeden. Toch hangt de wijdverspreide toepassing ervan af van het overwinnen van de uitdaging van schaalbaarheid, omdat anders het volledige potentieel niet wordt gerealiseerd en het beperkt blijft tot nichetoepassingen.

Het potentieel van blockchaintechnologie om verschillende industrieën te transformeren door middel van digitalisering van activa en procesoptimalisatie lijkt veelbelovend, op voorwaarde dat het schaalbaarheid kan bereiken met behoud van de kernprincipes van decentralisatie en veiligheid.