При взаимодействии трилеммы блокчейна, цепочки обычно могут достичь двух из трех свойств — масштабируемости, децентрализации и безопасности. Для данного уровня безопасности, масштабируемость обратно пропорциональна децентрализации. Поэтому блокчейн должен идти на компромиссы.
Масштабируемость — это способность системы блокчейн поддерживать рост числа пользователей и транзакций без снижения производительности.
Перегрузка сети
В большинстве современных блокчейнов, которые описаны на Coinmarketrate.com, при увеличении количества транзакций сеть становится перегруженной ожидающими транзакциями, что вынуждает пользователей платить чрезмерные комиссии.
Масштабируемость важна, потому что она позволяет снизить плату за услуги и открыть новые варианты использования, что в конечном счете способствует привлечению новых пользователей.
Эти проблемы особенно ярко выражены для блокчейнов старого поколения, таких как Ethereum и Bitcoin. Следующие цифры показывают среднюю цену комиссии за транзакции Bitcoin и Ethereum в долларах США, и загрузку их мощностей.
Следует отметить, что загрузка мощностей Ethereum недавно снизилась примерно до 50% — целевого уровня — из-за реализации предложения 1559 по улучшению Ethereum. Согласно EIP-1559, плата увеличивается, когда загрузка блока превышает 50%, и наоборот.
Для Bitcoin существует прямая зависимость между ограничениями по мощности (отсутствием масштабируемости), и платой. Когда система пользуется большим спросом, возникают узкие места и увеличивается плата за пользование.
Традиционные платежные сети
По сравнению с традиционными финансовыми решениями, соотношение скорости транзакций и их стоимости неблагоприятно для старых сетей блокчейн. Платежные процессоры Visa выполняют около 1 700 транзакций в секунду (TPS) и могут масштабироваться до 65 000 TPS. Для сравнения, такой блокчейн, как Ethereum, может обрабатывать только 15 TPS.
В связи с этим ограничением появились конкуренты, такие как Binance Smart Chain, Solana и Polkadot, предлагающие более высокий TPS, часто за счет большей централизации. В следующей таблице показано сравнение TPS различных блокчейн-платформ с VISA и PayPal.
TPS платформ блокчейна по сравнению с VISA и PayPal. Источник: SEBA Bank
Говоря о проблеме масштабирования, Илон Маск написал в Твиттере о Dogecoin: «В идеале Doge ускоряет время блока в 10 раз, увеличивает размер блока в 10 раз, и снижает комиссию в 100 раз. Тогда он побеждает с большим отрывом у многих».
Но как бы заманчиво это ни звучало, за это приходится платить.
Имеет ли смысл предложение Маска?
Один из ключевых постулатов технологии блокчейн заключается в минимизации доверия, как часто говорят: «Не доверяй, проверяй». Блокчейн должен предлагать как можно меньше препятствий, если пользователь хочет запустить узел и «проверить» сам блокчейн. Это способствует максимальной децентрализации и позволяет блокчейну оставаться устойчивым к цензуре и обеспечивает безопасность от атак.
Биткойн преодолел запрет на криптовалюты и миграцию китайских майнеров в США и Казахстан, потому что он был достаточно децентрализован, чтобы поддерживать работу сети даже в случае выхода из строя ключевого игрока.
Для обеспечения максимальной децентрализации и надежности, блокчейн должен быть достаточно легким, чтобы работать на среднем потребительском оборудовании. Требования к узлам Bitcoin и Ethereum достаточно низкие, чтобы работать на потребительских ноутбуках. Для цепочки с более высокой пропускной способностью, такой как Solana, требования выше, и только специальные институциональные верификаторы могут проверять транзакции.
Если мы реализуем предложение Илона Маска, требования к узлам будут увеличены в десять раз, что приведет к поражению децентрализации, и сделает цепочку уязвимой для цензуры. Поэтому необходимо изучить альтернативные решения для масштабируемости.
Чтобы проиллюстрировать этот путь, мы используем Ethereum в качестве примера и поймем, как эти решения работают и какие компромиссы необходимо сделать при выборе этих альтернатив.
К счастью, в настоящее время существует несколько решений для масштабирования. Некоторые из них уже используются и находятся на разных стадиях внедрения, а другие все еще находятся в стадии разработки. Каждое из этих решений предлагает уникальные компромиссы и в основном может быть классифицировано следующим образом:
- Решения первого уровня или решения в сети: В этих решениях все транзакции обрабатываются на самой главной цепи.
- Решения второго уровня или вне сети: Эти решения используют внецепочечный механизм, при котором транзакции и расчеты происходят вне основной сети.
Чтобы лучше понять разницу между решениями Уровня 1 и Уровня 2, представьте себе дорогу, известную своей загруженностью. Решение первого уровня заключается в расширении дороги, обозначении перекрестков и расширении полос движения, чтобы «выдержать» больше автомобилей.
Решение второго уровня заключается в создании второй дороги или инфраструктуры общественного транспорта, например, автобусов или метро, чтобы избежать заторов.
Решения первого уровня
Для иллюстрации решений по масштабированию блокчейнов первого уровня мы приводим пример Ethereum, который начал обновление до Ethereum 2.0. Основная причина перехода на ETH 2.0 — увеличение пропускной способности блокчейна, чтобы он мог обрабатывать больше транзакций и конкурировать с более новыми решениями Layer-1. TPS должен увеличиться с ~15 сегодня до ~100,000, когда обновление будет полностью реализовано вместе со свертыванием. Это будет значительным улучшением, позволяющим расширить возможности использования, и снизить операционные издержки.
Для достижения такой скорости архитектура Ethereum будет «разделена на части» с помощью шардинга. Шардинг означает, что основная цепочка разделяется на несколько параллельных цепочек для обработки транзакций. Это можно сравнить с расширением однополосной дороги до шоссе с большим количеством полос, в случае Ethereum — 64.
Структура шардинга Ethereum 2.0
Шардинг позволяет распределить вычислительную мощность и емкость хранения данных между несколькими системами, снижая требования к операторам узлов. Каждый осколок будет иметь свое собственное независимое состояние и историю транзакций. Таким образом, в отличие от текущей версии, нет необходимости запускать целый узел Ethereum.
Среди всех цепочек, работающих параллельно, Beacon Chain будет выступать в качестве регуляторного уровня для координации всех действий системы, хранения и управления реестром валидаторов, как это обстоит, к примеру в DecimalChain (DEL), при выборе производителей блоков и применении правил консенсуса.
Чтобы блокчейн и крипто-активы выполнили свои амбициозные обещания всемирных компьютеров и денег для интернета, они должны быть устойчиво масштабируемыми. Решение по масштабируемости не будет универсальным, и для разных сценариев использования потребуются разные требования к масштабированию и безопасности. Пока мы разобрали проблемы масштабируемости и идеи для блокчейнов первого уровня, но в одной из следующих статей мы расскажем о различных решениях, построенных поверх него, так называемых платформах второго уровня.
