Czym jest skalowalność w Blockchain? Proste wyjaśnienie
Ponieważ coraz więcej osób i organizacji korzysta z technologii blockchain, skalowalność stała się bardziej widoczna. Prawdopodobnie spotkałeś się z tym terminem jako największym problemem branży kryptowalut.
Zasadniczo skalowalność odnosi się do zdolności systemu lub technologii do obsługi rosnącej liczby transakcji lub użytkowników bez uszczerbku dla jego wydajności. W kontekście technologii blockchain skalowalność ma kluczowe znaczenie, ponieważ określa, czy sieć może płynnie rozwijać się wraz z rosnącym popytem, zachowując jednocześnie swoje bezpieczeństwo i funkcjonalność. Znaczenie skalowalności polega na zapewnieniu, że zdecentralizowane systemy, takie jak blockchain, mogą skutecznie wspierać powszechne przyjęcie i wykorzystanie, umożliwiając tym samym ich potencjał transformacyjnego wpływu na różne branże i zastosowania.
Czym jest skalowalność blockchaina?
Termin “skalowalność” oznacza zdolność określonego systemu lub operacji do utrzymania optymalnego poziomu wydajności, gdy jest on poddawany dostosowaniom dotyczącym wielkości lub zakresu. Odpowiednio, koncepcja skalowalności w kontekście technologii blockchain oznacza zdolność konkretnego protokołu blockchain do utrzymania wydajnego i opłacalnego środowiska przetwarzania nawet w obliczu napływu aktywności transakcyjnej, ekspansywnych zbiorów danych i rosnącej liczby użytkowników.
Vitalik Buterin sugeruje [PDF], że protokoły blockchain starają się być zdecentralizowane, bezpieczne i skalowalne, ale osiągają tylko dwie z tych właściwości. A najczęściej poświęcaną cechą jest skalowalność.
Skalowalność jest istotnym czynnikiem wpływającym na wydajność systemu blockchain. Nieskalowalny blockchain może skutkować powolnym przetwarzaniem transakcji, prowadząc do zaległości i zwiększonych opłat. Z drugiej strony, skalowalny blockchain ma zdolność do przetwarzania dużej liczby transakcji w krótkim czasie, przy jednoczesnym zachowaniu bezpieczeństwa, optymalnego doświadczenia użytkownika, niskich opłat i skutecznego podejmowania decyzji poprzez współpracę między wieloma rówieśnikami.
Trzy podstawowe czynniki decydujące o skalowalności protokołu blockchain są następujące:
Czas wymagany do rozpowszechniania transakcji w węzłach sieci, agregując ich informacje zwrotne w celu osiągnięcia konsensusu, ma wpływ na skalowalność systemu. Minimalizacja opóźnień przyczynia się do zwiększenia skalowalności.
Wydajność protokołu blockchain, w odniesieniu do jego zdolności do skalowania, jest dodatkowo uzależniona od ilości transakcji, które może on wykonywać jednocześnie. Zwiększona szybkość przetwarzania przekłada się na zwiększoną skalowalność sieci.
Wymagania dotyczące zasobów systemu blockchain, takie jak moc obliczeniowa i przepustowość sieci, mają bezpośredni wpływ na jego skalowalność. Zwiększenie dostępnych zasobów może prowadzić do zwiększenia nagród dla uczestników sieci, zwłaszcza tych, którzy wnoszą znaczący wkład. I odwrotnie, jeśli nagrody nie są proporcjonalne do kosztów związanych z uczestnictwem w sieci, możliwe jest, że nikt nie dołączy, co skutkuje ograniczoną skalowalnością lub jej brakiem.
Nowsze platformy blockchain, takie jak Solana, generalnie wykazują większą skalowalność w porównaniu do swoich poprzedników, zwłaszcza Bitcoina. Należy jednak zauważyć, że ta lepsza wydajność często odbywa się kosztem zmniejszonych środków bezpieczeństwa lub zwiększonej centralizacji w tych systemach.
Aby technologia blockchain mogła skutecznie obsługiwać aplikacje na dużą skalę i pomieścić znaczne bazy użytkowników, konieczne jest, aby systemy te wykazywały skalowalność. Przyjęcie technologii blockchain znacznie spadnie, jeśli transakcje staną się przeciążone lub jeśli opłaty staną się wygórowane, zwłaszcza gdy istnieją alternatywne, celowe i opłacalne rozwiązania. Przykładowo, wykorzystanie konwencjonalnej metody płatności, takiej jak Visa, do zakupu pizzy może okazać się bardziej praktyczne i przystępne cenowo w porównaniu z wykorzystaniem kryptowalut, takich jak Bitcoin. W związku z tym potrzeba zwiększonej skalowalności w dziedzinie technologii blockchain staje się oczywista.
3 Kluczowe metody skalowania łańcucha bloków
Pomimo różnych wysiłków podejmowanych przez wiele protokołów blockchain w celu zwiększenia wydajności pod względem opóźnień, wydajności i wydatków przy jednoczesnym zachowaniu bezpieczeństwa i decentralizacji, pozostaje nierozwiązane wyzwanie znane jako “trylemat blockchain”. Trylemat ten pojawia się, gdy niektóre rozwiązania naruszają decentralizację lub bezpieczeństwo w celu osiągnięcia lepszych wyników.
Image Credit: Trikona/ Shutterstock
Protokoły blockchain często wykorzystują różne podejścia w celu zwiększenia skalowalności łańcuchów bloków.
Wyżej wymienione podejścia można systematycznie podzielić na trzy kompleksowe strategie.
Rozwiązania warstwy 1
Celem jest tutaj zwiększenie wydajności podstawowej sieci blockchain w celu dostosowania jej do zwiększonego wolumenu transakcji. Potencjalne strategie mogą obejmować zwiększenie rozmiaru bloków, przyspieszenie czasu przetwarzania transakcji lub usprawnienie procesu osiągania konsensusu poprzez agregację czasów odpowiedzi.
Rozwiązania warstwy 1 obejmują wdrażanie ulepszeń bezpośrednio w podstawowej architekturze blockchain, bez polegania na zewnętrznych ramach lub infrastrukturze. Takie ulepszenia często wymagają przeprowadzenia podziału łańcucha, znanego również jako “fork”.
Rozważmy przykład Bitcoina wdrażającego Segregated Witness (SegWit), który został osiągnięty poprzez soft fork. Modyfikacja ta rozszerzyła możliwości protokołu poprzez zwiększenie ograniczeń rozmiaru bloku i zwiększenie wydajności transakcyjnej. Wkrótce potem, hard fork zaowocował pojawieniem się Bitcoin Cash (BCH), alternatywnego łańcucha bloków charakteryzującego się większymi rozmiarami bloków, przyspieszonym czasem przetwarzania transakcji i zmniejszonymi kosztami transakcji.
Blockchain Ethereum również przeszedł hard fork, który zmienił algorytm konsensusu protokołu z proof of work na proof of stake. Był to pierwszy etap wprowadzania shardingu, który zdaniem Buterina pozwoli na dalsze skalowanie sieci.
Blockchain sharding odnosi się do rozwiązania warstwy pierwszej, które nie wymaga zmiany protokołu lub aktualizacji oprogramowania, ale raczej pociąga za sobą podział sieci na mniejsze segmenty zwane “odłamkami” w celu zwiększenia skalowalności i poprawy wydajności transakcyjnej. Chociaż Ethereum zamierza zintegrować tę technologię do 2023 roku, blockchain Zilliqa wdrożył obecnie cztery takie odłamki, co skutkuje skróceniem czasu trwania transakcji, obniżeniem kosztów transakcji i zwiększeniem zadowolenia użytkowników końcowych.
Rozwiązania warstwy 2
Rozwiązania warstwy 1, które są bezpośrednio zintegrowane z podstawowym protokołem blockchain, mają na celu poprawę skalowalności za pomocą różnych środków, takich jak sharding lub mechanizmy konsensusu proof of stake. Metody te mają jednak ograniczenia pod względem możliwości skalowania w poziomie ze względu na takie kwestie, jak przeciążenie sieci lub złożoność obliczeniowa. Aby sprostać temu wyzwaniu, pojawiły się rozwiązania warstwy 2, które koncentrują się na migracji niektórych transakcji lub operacji do oddzielnej warstwy poza głównym łańcuchem, skutecznie zwiększając ogólną zdolność do przetwarzania większej liczby transakcji bez uszczerbku dla bezpieczeństwa lub decentralizacji. Te dodatkowe warstwy, znane jako state channels i rollups, wykorzystują bazową infrastrukturę blockchain, zapewniając jednocześnie zwiększoną wydajność dzięki optymalizacjom, które mogą obejmować skrócenie czasu potwierdzeń, ulepszone funkcje prywatności i niższe opłaty. Wykorzystując rozwiązania warstwy 2, kanały stanowe
oferują skuteczny sposób przeprowadzania transakcji przez wiele stron w czasie rzeczywistym bez polegania wyłącznie na głównym łańcuchu bloków. Jednym z takich przykładów jest Lightning Network, która wykorzystuje transakcje poza łańcuchem ułatwione przez inteligentne kontrakty i ostatecznie rozlicza je na blockchainie Bitcoina. Podobnie, sieć Raiden na Ethereum również wykorzystuje to podejście, aby umożliwić szybkie i bezpieczne transakcje między użytkownikami.
Technologie rollup obejmują szereg zdecentralizowanych systemów, które ułatwiają efektywne wykonywanie transakcji przy jednoczesnym minimalizowaniu zatorów w łańcuchu. Technologie te działają poprzez przetwarzanie transakcji za pośrednictwem sieci poza łańcuchem przed przesłaniem zweryfikowanych informacji z powrotem do głównego łańcucha bloków w celu walidacji. Przykłady platform rollup obejmują rozwiązania oparte na Zero-Knowledge Proof (ZKP), takie jak Loopring i Aztec, które wykorzystują techniki kryptograficzne do weryfikacji transakcji bez ujawniania poufnych szczegółów. Ponadto optymistyczne rollupy, takie jak Arbitrium One i Optimism, opierają się na mechanizmie bez zaufania do walidacji transakcji, wykorzystując algorytmy matematyczne i sieci rozproszone w celu zapewnienia bezpieczeństwa i dokładności.
Ponadto należy zauważyć, że istnieją znaczne rozbieżności między strukturami architektonicznymi sieci blockchain warstwy 1 i warstwy 2.
Nowe łańcuchy
Image Credit: Ico Maker/ Shutterstock
W celu optymalizacji wydajności przetwarzania transakcji można opracować różne odmiany nowych łańcuchów, takich jak łańcuchy boczne, łańcuchy plazmowe i łańcuchy Validium. Rzeczywiście, Polygon służy jako przykład; ten oparty na Ethereum łańcuch boczny ma dostosowane specyfikacje, które spełniają określone wymagania, jednocześnie wykorzystując fundamentalną siłę sieci Ethereum.
Wyżej wymienione rozwiązania zostały potocznie określone jako alternatywy warstwy 2; konieczne jest jednak uznanie, że reprezentują one odrębne podmioty. Wbrew powszechnemu przekonaniu, opcje warstwy 2 są zasadniczo dodatkami do podstawowej architektury warstwy 1, działającymi harmonijnie obok głównego łańcucha. Z drugiej strony, łańcuchy boczne, łańcuchy plazmowe i łańcuchy Validium stanowią oddzielne łańcuchy bloków, wykazujące zwiększoną autonomię w porównaniu do ich odpowiedników w warstwie 1. Te alternatywne sieci często przejmują odpowiedzialność za kwestie takie jak protokoły bezpieczeństwa, mechanizmy konsensusu i konfiguracje bloków.
Brak skalowalności blockchaina, brak masowej adopcji
Transformacyjne możliwości technologii blockchain mogą znacząco wpłynąć na nasz obecny styl życia. Niemniej jednak, jej powszechne przyjęcie zależy od przezwyciężenia wyzwania skalowalności, aby nie zrealizować pełnego potencjału i pozostać ograniczonym do niszowych zastosowań.
Potencjał technologii blockchain w zakresie transformacji różnych branż poprzez cyfryzację aktywów i optymalizację procesów wydaje się obiecujący, pod warunkiem, że uda się osiągnąć skalowalność przy jednoczesnym zachowaniu podstawowych zasad decentralizacji i bezpieczeństwa.