Понимание заторов в Блокчейн-сети: почему ваши транзакции застревают

Когда в блокчейн поступает больше транзакций, чем он может обработать, происходит перегрузка сети. Это критическая проблема, затрагивающая Биткойн, Ethereum и другие крупные сети. Понимание причин перегрузки сети блокчейн и ее последствий является важным для любого, кто использует криптовалюту.

Реальное воздействие: почему это важно для пользователей

Прежде чем погрузиться в технические механизмы, давайте разберемся, что такое перегрузка сети на практическом уровне. Каждая транзакция, которую вы отправляете, попадает в область ожидания, называемую мемпулом — сокращение от memory pool. Когда происходит перегрузка сети блокчейна, тысячи транзакций накапливаются здесь, конкурируя за место в следующем блоке. В результате? Ваша транзакция застревает, комиссии взлетают, и вы остаетесь в ожидании бесконечно.

Это не теоретически. Весной 2023 года перегрузка сети Биткойн достигла экстремальных уровней. Почти 400,000 неподтвержденных транзакций заблокировали мемпул, так как активность токенов BRC-20 взорвалась. Комиссии за транзакции выросли более чем на 300% всего за две недели. Аналогично, в 2017-2018 годах бум цен на Биткойн вызвал такую серьезную перегрузку сети блокчейна, что средние комиссии за транзакции превышали $50 за транзакцию.

Как на самом деле происходит перегрузка сети блокчейн

Чтобы понять, почему возникает перегрузка сети блокчейна, вам нужно осознать несколько основных концепций:

Строительные блоки: Как транзакции попадают в блокчейн

Блокчейн состоит из цепочки блоков, каждый из которых содержит данные о транзакциях. Эти блоки становятся постоянно неизменными после добавления. Они распределены по децентрализованной сети узлов, каждый из которых поддерживает полную копию блокчейна. Безопасность обеспечивается совместной работой криптографии и теории игр.

Зал ожидания: Понимание Мемпула

Когда вы передаете транзакцию в Биткойне или любой другой блокчейн, она не попадает в блокчейн сразу. Вместо этого она попадает в мемпул — коллекцию неподтвержденных транзакций, ожидающих включения в следующий блок. Транзакции остаются здесь до тех пор, пока не будут подтверждены и окончательно записаны.

Предложенные блоки и путь к окончательности

Кандидатские блоки (, также называемые предлагаемыми блоками ), это то, что майнеры или валидаторы выдвигают для добавления в блокчейн. Они содержат неподтвержденные транзакции, готовые к обработке. Для Биткойна с доказательством работы (PoW) майнеры соревнуются в решении сложных математических задач; победитель добавляет свой кандидатский блок и получает вознаграждение. Для Ethereum с доказательством доли (PoS) валидаторы случайным образом выбираются для предложения блоков, при этом другие валидаторы подтверждают их действительность.

Финальность относится к постоянному, необратимому статусу транзакции в блокчейне. Транзакции Биткойна, как правило, достигают финальности после добавления шести дополнительных блоков после блока, содержащего эту транзакцию. Ethereum рекомендует большее количество подтверждений из-за более короткого времени блока.

Принцип самой длинной цепи

Несколько майнеров могут одновременно производить действительные блоки, создавая временные форки блокчейна. Принцип “самой длинной цепи” устанавливает, что действительной версией является та, в которую вложено больше всего вычислительной работы — как правило, самая длинная цепь. Блоки на более коротких цепях становятся сиротами, и их транзакции возвращаются в мемпул. Ethereum изначально использовал этот принцип с Доказательством Работы, но переключился на алгоритм выбора форка на основе веса после перехода на Доказательство Ставки в 2022 году.

Что вызывает перегрузку сети блокчейна?

Три основных фактора вызывают перегрузку сети блокчейна:

Увеличенный спрос на транзакции: По мере роста принятия, все больше пользователей одновременно отправляют транзакции. Внезапная волатильность цен или волны массового принятия могут вызвать всплески транзакций, которые превышают то, что может обработать один блок. Это особенно проблематично для блокчейнов с ограниченными размерами блоков и более медленным временем обработки блоков.

Ограничения размера блока: Каждая блокчейн-сеть имеет максимальный размер блока. Биткойн изначально имел ограничение в 1 МБ, которое позже было увеличено до примерно 4 МБ благодаря обновлению SegreGated Witness (SegWit) в 2017 году. Когда объем транзакций превышает эту емкость, неизбежно возникает перегрузка сети блокчейна.

Медленные времена блока: Биткойн добавляет новый блок примерно каждые 10 минут. Если транзакции создаются намного быстрее, в мемпуле возникает очередь транзакций.

Последствия, которые вы действительно испытаете

Когда происходит перегрузка сети блокчейна, несколько разрушительных эффектов затрагивают сеть:

Растущие транзакционные сборы: Майнеры отдают предпочтение транзакциям с более высокими сборами. Во время перегрузки сети вам придется платить премиальные ставки, чтобы ваша транзакция была обработана. Более мелкие транзакции становятся экономически нецелесообразными.

Ужасно медленные подтверждения: Перегрузка сети растягивает время подтверждения с минут до часов, дней и более. Явление CryptoKitties в 2017 году идеально это иллюстрировало — вирусный проект так перегрузил сеть, что значительно замедлил обработку транзакций и драматически увеличил цены на газ по всей экосистеме.

Сниженное качество пользовательского опыта: Высокие комиссии в сочетании с долгими ожиданиями отпугивают пользователей и наносят ущерб принятию блокчейна. Технология становится непригодной для повседневных транзакций.

Увеличенная волатильность рынка: Перегрузка создает панику. Если трейдеры хотят продать, но сеть слишком перегружена для обработки их транзакций, они могут стать отчаянными, что потенциально может спровоцировать крахи рынка. Перегрузка также может увеличить риски атак двойной траты и сосредоточить майнинг-ресурсы, создавая уязвимости в безопасности и централизации.

Как индустрия борется с этим

Несколько подходов решают проблему перегрузки сети блокчейна, хотя каждый из них имеет свои недостатки:

Более крупные размеры блоков: В блок помещается больше транзакций, что увеличивает пропускную способность. Однако более крупные блоки распространяются медленнее, увеличивая риски разветвления и требуя больше места для хранения, что потенциально может централизовать сеть.

Более быстрые времена блока: Уменьшение интервалов между блоками ускоряет обработку транзакций, но увеличивает количество сиротских блоков и потенциальные угрозы безопасности.

Решения второго уровня: Сеть Lightning Биткойна и Plasma Эфириума обрабатывают транзакции вне цепи, записывая конечные состояния в цепи. Это увеличивает масштабируемость, но добавляет сложность реализации и новые аспекты безопасности.

Шардинг: Разделение блокчейна на меньшие шардов позволяет каждой обрабатывать транзакции независимо, значительно увеличивая пропускную способность. Как и решения второго уровня, шардинг вносит сложность и компромиссы в безопасности.

Альтернативные механизмы: Proof of Stake, как правило, обрабатывается быстрее, чем Proof of Work, а новые решения, такие как оптимистичные и нулевые свертки, предлагают дополнительные пути масштабирования.

С нетерпением ждем

С ускорением глобального принятия блокчейна перегрузка сети останется центральной проблемой. Способность блокчейна эффективно обрабатывать большие объемы транзакций является основополагающей для широкого принятия. Для систем, нацеленных на транзакции в реальном времени, решение проблемы перегрузки сети блокчейна не является опциональным — это необходимо. Отрасль продолжает развивать исследования масштабируемости, сигнализируя о том, что решения активно разрабатываются для повышения практичности блокчейнов для массового использования.