Розуміння проблеми трилеми практичного блокчейн

Дилема трьох характеристик

Існують невідворотні виклики при просуванні глобального прийняття технології блокчейн. Це складність одночасного досягнення балансу трьох основних характеристик: безпеки, дистрибуції та масштабованості. Це питання, відоме як трилема, вказує на структурну суперечність, при якій посилення однієї характеристики обов'язково призводить до ослаблення іншої.

Щоб блокчейн справді працював, мережа повинна значно збільшити кількість транзакцій, які вона може обробляти за секунду (TPS). Однак багато сучасних публічних блокчейнів, намагаючись підвищити масштабованість, схильні знижувати децентралізацію чи безпеку. Проти цієї основної дилеми в галузі намагаються різні технічні підходи.

Суть децентралізованої мережі

Блокчейн, простими словами, є розподіленою цифровою базою даних. Блоки даних організовані в хронологічному порядку і з'єднані за допомогою криптографічних доказів.

Головна перевага децентралізації полягає в усуненні централізованого управління з боку окремих компаній або осіб. Усі учасники мережі мають доступ до одного й того ж реєстру, що дозволяє колективно перевіряти та запобігати підробці записів про транзакції. Саме завдяки цій децентралізації біткоїн зміг реалізувати платіжну систему, яка не потребує центрального банку.

Однак, оскільки багато учасників повинні досягти консенсусу, швидкість обробки буде повільнішою в порівнянні з централізованими системами. Це є однією з обмежень масштабованості та коренем трилеми.

Баланс між безпекою та швидкістю обробки

Безпека блокчейну забезпечується комбінацією криптографічних технологій та механізмів консенсусу. У біткойні, який використовує доказ роботи (PoW), майнери перевіряють транзакції, вирішуючи складні математичні обчислення. Ця обчислювально важка система робить вартість атаки на мережу надзвичайно високою, забезпечуючи безпеку.

Однак цей дизайн безпеки обмежує пропускну здатність біткойна приблизно до 5 TPS. З іншого боку, базовий шар ефіріуму також залишається на рівні приблизно 18 TPS. Проникнення цих обмежень, зберігаючи безпеку та децентралізацію, стане ключем до вирішення трилеми.

У теорії, якщо одна особа контролює більше половини обчислювальної потужності мережі, це може призвести до атаки 51%, що підвищує ймовірність шахрайств, таких як подвоєні платежі. Щоб запобігти цьому, необхідно забезпечити достатню децентралізацію, але чим більше підвищується децентралізація, тим більше часу потрібно для формування консенсусу, що призводить до погіршення масштабованості.

Стан та проблеми масштабованості

Централізовані платіжні системи, такі як Visa, можуть обробляти тисячі транзакцій за секунду. Це можливо завдяки тому, що в закритому дозволеному середовищі невелика кількість вузлів приймає рішення.

На відміну від цього, у публічних блокчейнах усі валідатори повинні перевіряти транзакції. Цей децентралізований процес верифікації є безпечним, але значно обмежує обробну здатність. Якщо ігнорувати масштабованість і збільшити використання мережі, уникнути заторів і зростання комісій за транзакції буде неможливо.

Перехід на доказ частки (PoS) також є частковим покращенням, але все ще необхідний консенсус з боку розподілених вузлів по всьому світу, що не є фундаментальним рішенням.

Багатогранний підхід до вирішення трилеми

Індустрія паралельно досліджує кілька технічних підходів, і деякі з них насправді приносять обнадійливі результати.

Розподіл навантаження за допомогою шардінгу

Шардинг - це механізм, який розділяє блокчейн на кілька незалежних малих ділянок (шардів), кожен з яких паралельно обробляє транзакції. У моделі Nightshade 2.0 протоколу NEAR кілька паралельних шардів динамічно масштабують мережу, і на 2025 рік працюватиме 8 активних шардів, що забезпечують приблизно 600 мілісекунд часу підтвердження транзакцій.

Використання різноманітних механізмів консенсусу

Різні проекти намагаються налаштувати баланс характеристик трилеми за допомогою різних дизайнів консенсусу. У PoS стати валідатором можна просто ставлячи токени, що знижує бар'єри для участі та підвищує децентралізацію.

Proof of Authority (PoA) — це метод, який надає перевагу масштабованості шляхом концентрації повноважень у надійних валідаторів. BNB Smart Chain використовує Proof of Staked Authority (PoSA), поєднуючи елементи PoS та PoA, що забезпечує збалансовану архітектуру. Мережа Conflux намагається спробувати інший підхід, поєднуючи елементи Proof of Work з орієнтованою ациклічною графовою (DAG) структурою.

поетапне масштабування за допомогою Layer 2

Найбільш практичним короткостроковим рішенням є рішення другого рівня. Замість того, щоб змінювати основний ланцюг, воно будує на ньому, що дозволяє обробляти транзакції поза ланцюгом.

Технологія ролл-апів стискає кілька транзакцій і надсилає їх на основний ланцюг як єдине свідчення. Оптимістичні ролл-апи, такі як Arbitrum та Scroll, досягають швидкості, зберігаючи всі деталі транзакцій, тоді як ролл-апи з нульовим знанням перевіряють дійсність за допомогою криптосвідчень. Ethereum еволюціонує в структуру, зосереджену на ролл-апах, що значно покращує масштабованість екосистеми DeFi.

Стейт-канали — це механізм, який записує лише стани на початку та в кінці транзакції в блокчейні, дозволяючи учасникам вільно здійснювати угоди поза блокчейном. Lightning Network біткоїна використовує цей метод, в той час як більшість процедур проходять поза блокчейном, фінальне врегулювання здійснюється на базовому рівні, що забезпечує швидкі та низькозатратні платежі.

Можливість вирішення трилеми та майбутнє

Наразі не існує блокчейну, який би повністю “вирішив” трилему. Проте дорожня карта Ethereum, зосереджена на роллапах, та нові високопродуктивні модульні блокчейни демонструють практичні перспективи.

Ці технологічні інновації наближають нас до можливості підвищення масштабованості без шкоди для безпеки та децентралізації, і настає епоха, коли глобальні додатки можуть функціонувати на блокчейні.