Czym jest skalowalność w Blockchain? Proste wyjaśnienie

W miarę jak coraz więcej osób i organizacji korzysta z technologii blockchain, skalowalność staje się coraz bardziej widoczna. Prawdopodobnie spotkałeś się z tym terminem jako największym problemem branży kryptograficznej.

Ale co dokładnie oznacza „skalowalność”, zwłaszcza w odniesieniu do technologii blockchain, i dlaczego ma to tak duże znaczenie?

Czym jest skalowalność Blockchain?

„Skalowalność” odnosi się do zdolności systemu lub procesu do dalszego funkcjonowania pomimo zmian w objętości lub skali. Podobnie skalowalność blockchainu odnosi się do zdolności protokołu blockchain do dalszego optymalnego funkcjonowania – bez zwiększonych kosztów – gdy jest więcej transakcji, danych i użytkowników.

Sugeruje Vitalik Buterin [PDF], że protokoły blockchain starają się być zdecentralizowane, bezpieczne i skalowalne, ale osiągają tylko dwie z tych właściwości. Najczęściej poświęcaną cechą jest skalowalność.

Kiedy łańcuch bloków nie jest skalowalny, przetwarza transakcje powoli, co może prowadzić do przeciążenia sieci (zaległości w płatnościach) i wyższych opłat. Tymczasem skalowalny łańcuch bloków może obsłużyć dużą liczbę transakcji na sekundę (TPS) bez spadku bezpieczeństwo, doświadczenie użytkownika i opłaty lub podejmowanie decyzji (osiąganie konsensusu z rozległą siecią peer-to-peer aktorzy).

Trzy kluczowe wskaźniki określają skalowalność protokołu blockchain:

1. Czas oczekiwania: Czas potrzebny na rozgłoszenie transakcji do węzłów sieci i zebranie ich odpowiedzi w celu osiągnięcia konsensusu wpływa na skalowalność. Mniejsze opóźnienia powodują, że sieć jest bardziej skalowalna.
2. Wydajność: Skalowalność protokołu blockchain zależy również od liczby transakcji, które może on przetworzyć na sekundę. Wyższa przepustowość skutkuje bardziej skalowalną siecią.
3. Koszt: Zasoby (moc obliczeniowa, przepustowość itp.) wymagane do uruchomienia łańcucha bloków określają jego skalowalność. Większe zasoby oznaczałyby wyższe zachęty dla sieci, zwłaszcza dla większej liczby uczestników sieci. Jeżeli zachęty nie są współmierne do kosztów uczestnictwa, sieć może nie istnieć.

Większość nowszych protokołów blockchain, takich jak Solana, jest bardziej skalowalna niż starsze protokoły, takie jak Bitcoin; jednakże zazwyczaj osiągają to kosztem słabszego systemu bezpieczeństwa lub większej centralizacji.

Aby łańcuchy bloków mogły wspierać ogromne gospodarki i bazy użytkowników, muszą być skalowalne. Ludzie nie przyjmą protokołów blockchain, jeśli są powolne i drogie, zwłaszcza że istnieją szybkie i tanie tradycyjne opcje. Na przykład szybciej i taniej jest płacić za pizzę za pomocą karty VISA niż za pomocą Bitcoina. Stąd znaczenie skalowalności blockchainu.

3 kluczowe metody skalowania Blockchain

W kilku protokołach blockchain wdrożono liczne techniki poprawiające opóźnienia, przepustowość i koszty bez poświęcania bezpieczeństwa i decentralizacji. Jednak żadne rozwiązanie nie było w stanie rozwiązać trylemat blockchaina, zwłaszcza że wiele z nich poświęca decentralizację lub bezpieczeństwo.

W rezultacie protokoły blockchain zazwyczaj wykorzystują wiele rozwiązań w celu poprawy skalowalności blockchain.

Techniki te można podzielić na trzy szerokie rozwiązania.

1. Rozwiązania warstwy 1

W tym przypadku celem jest ulepszenie podstawowej sieci blockchain do obsługi zużytych transakcji. Może to obejmować rozwiązania takie jak zwiększanie rozmiarów bloków, skracanie czasu transakcji lub szybsze gromadzenie odpowiedzi w celu uzyskania konsensusu.

Rozwiązania warstwy 1 są wdrażane w łańcuchu, koncentrując się na ulepszaniu podstawowego protokołu blockchain bez angażowania jakiejkolwiek dodatkowej struktury. Zazwyczaj te ulepszenia wprowadza się za pomocą forka blockchain.

Na przykład, Aktywowany Bitcoinem Segregowany Świadek (SegWit) poprzez miękki fork w 2017 r. Ta zmiana zwiększyła limity rozmiaru bloku protokołu i wydajność transakcji. Później w tym samym roku hard fork doprowadził do powstania Gotówka Bitcoin (BCH), alternatywny łańcuch bloków z większymi rozmiarami bloków, krótszym czasem transakcji i niższymi opłatami transakcyjnymi.

Blockchain Ethereum również zakończył hard fork w 2022 roku. Spowodowało to przeniesienie algorytmu konsensusu protokołu z dowód pracy do dowodu stawki. Był to pierwszy etap wprowadzenia shardingu, który Buterin wierzy spowoduje dalsze skalowanie sieci.

Fragmentowanie łańcucha bloków jest rozwiązaniem warstwy 1, chociaż nie wymaga widelca. Zamiast tego polega na podzieleniu sieci na mniejsze partycje — fragmenty — w celu rozproszenia i usprawnienia przetwarzania transakcji. Choć Ethereum planuje wdrożyć sharding w 2023 r., blockchainie Zilliqa ma już cztery fragmenty, co skraca czas transakcji, zmniejsza opłaty transakcyjne i poprawia satysfakcję użytkowników.

2. Rozwiązania warstwy 2

W przeciwieństwie do rozwiązań warstwy 1 zaimplementowanych w podstawowym protokole blockchain, rozwiązania warstwy 2 zwiększają skalowalność blockchainu, przenosząc niektóre transakcje lub procesy poza łańcuch. Są to struktury wtórne – kanały stanowe i pakiety zbiorcze – zbudowane w oparciu o podstawowy protokół blockchain w celu obsługi zwiększonego wolumenu transakcji.

• Kanały stanowe: Dzięki kanałowi stanowemu dwie lub więcej stron może szybko przeprowadzić transakcję poza łańcuchem, jednocześnie umożliwiając rozliczenie ostateczności transakcji w łańcuchu. Na przykład, Sieć błyskawic działa na podstawie łańcucha bloków Bitcoin i umożliwia transakcje Bitcoin poza głównym łańcuchem bloków. Za pomocą inteligentnych kontraktów transakcje są zamykane. Następnie transakcja i jej finalność są dodawane do podstawowego blockchainu, umożliwiając rozstrzygnięcie sporu i zamknięcie kanału. Innym przykładem kanału stanowego jest sieć Raiden zbudowana na Ethereum.
• Rollupy: Tymczasem pakiety zbiorcze — na przykład optymistyczne lub o zerowej wiedzy — wykonują transakcje poza łańcuchem, a następnie przesłać dane transakcji lub dowód ważności do podstawowego protokołu blockchain, gdzie nastąpi konsensus osiągnięty. Loopring i Aztec są dobrymi przykładami pakietów zbiorczych o zerowej wiedzy, podczas gdy Arbitrium One i optymizm to przykłady optymistycznych rollupów.

Ponadto istnieją inne różnice między łańcuchami bloków warstwy 1 i warstwy 2.

3. Nowe łańcuchy

Można tworzyć różne formy nowych łańcuchów - łańcuchy boczne, łańcuchy plazmowe i łańcuchy Validium - w celu wspierania wydajnego przetwarzania transakcji. Na przykład Polygon jest łańcuchem bocznym Ethereum ze specyfikacjami dostosowanymi do konkretnych potrzeb, ale nadal czerpie korzyści z solidnych podstaw Ethereum i na nich polega.

Chociaż rozwiązania te są czasami określane jako rozwiązania warstwy 2, są one dość różne. Rozwiązania warstwy 2 są rozszerzeniami swoich odpowiedników w warstwie 1 i zazwyczaj działają zgodnie z rdzeniem łańcucha bloków. Jednakże łańcuchy boczne, łańcuchy plazmowe i łańcuchy Validium są bardziej niezależnymi łańcuchami bloków z połączeniami z ich odpowiednikami w warstwie 1. Zwykle biorą odpowiedzialność za swoje bezpieczeństwo, algorytmy konsensusu lub parametry bloków.

Brak skalowalności Blockchain, brak masowego przyjęcia

Technologia Blockchain ma potencjał, aby zmienić świat, jaki znamy. Nie zmieni to jednak świata, jeśli skalowalność pozostanie ograniczeniem, ponieważ nie będzie masowej adopcji.

Od cyfryzacji aktywów po firmy wykorzystujące technologię blockchain do optymalizacji procesów – przyszłość jest jasne dla technologii blockchain, jeśli można ją skalować w sposób zrównoważony bez poświęcania decentralizacji i bezpieczeństwo.