Розуміння заторів у Блокчейн-мережі: Чому ваші транзакції застряють

Коли в блокчейн надходить більше транзакцій, ніж він може обробити, виникає перевантаження мережі. Це критичний виклик, що впливає на Біткойн, Ethereum та інші основні мережі. Розуміння причин перевантаження мережі блокчейн та його наслідків є важливим для кожного, хто використовує криптовалюту.

Реальний вплив: Чому це важливо для користувачів

Перед тим, як зануритися в технічні механізми, давайте зрозуміємо, що таке перевантаження мережі в практичному сенсі. Кожна транзакція, яку ви надсилаєте, потрапляє в зону очікування, звану mempool — скорочення від memory pool. Коли відбувається перевантаження мережі блокчейну, тисячі транзакцій накопичуються тут, змагаючись за місце в наступному блоці. Результат? Ваша транзакція застряє, комісії злітають до небес, і ви залишаєтеся в очікуванні безкінечно.

Це не теоретично. Навесні 2023 року перевантаження мережі Біткойн досягло екстремальних рівнів. Майже 400,000 непідтверджених транзакцій заблокували мемпул, оскільки активність токенів BRC-20 вибухнула. Транзакційні збори зросли понад 300% всього за два тижні. Аналогічно, у 2017-2018 роках бум ціни Біткойна спровокував таке серйозне перевантаження мережі блокчейну, що середні транзакційні збори перевищили $50 за транзакцію.

Як насправді відбувається перевантаження мережі блокчейн

Щоб зрозуміти, чому виникає перевантаження мережі блокчейн, вам потрібно зрозуміти кілька фундаментальних концепцій:

Будівельні блоки: Як транзакції потрапляють у блокчейн

Блокчейн складається з ланцюга блоків, кожен з яких містить дані про транзакції. Ці блоки стають постійно незмінними після додавання. Вони розподілені по децентралізованій мережі вузлів, кожен з яких зберігає повну копію блокчейну. Безпека забезпечується завдяки криптографії та теорії ігор, які працюють разом.

Зал очікування: Розуміння мемпулу

Коли ви транслюєте транзакцію в Біткойн або будь-якому блоці, вона не приєднується до блокчейну миттєво. Замість цього, вона потрапляє в мемпул — колекцію непідтверджених транзакцій, які чекають на включення в наступний блок. Транзакції залишаються тут, поки їх не підтвердять і не запишуть назавжди.

Запропоновані блоки та шлях до остаточності

Кандидатні блоки (, також звані запропонованими блоками ), це те, що майнери або валідатори висувають для додавання до блокчейну. Вони містять непідтверджені транзакції, готові до обробки. Для Біткойну, що використовує Proof of Work (PoW), майнери змагаються у вирішенні складних математичних задач; переможець додає свій кандидатний блок і отримує винагороду. Для Ethereum, що використовує Proof of Stake (PoS), валідатори випадковим чином обираються для пропозиції блоків, а інші валідатори підтверджують їхню дійсність.

Фінальність відноситься до постійного, незворотного статусу транзакції в блокчейні. Транзакції Біткойн зазвичай досягають фінальності після шести додаткових блоків, які додаються після блоку, що містить цю транзакцію. Ethereum рекомендує більшу кількість підтверджень через коротший час блоків.

Принцип найдовшого ланцюга

Кілька майнерів можуть одночасно створювати дійсні блоки, створюючи тимчасові розгалуження блокчейну. Принцип “найдовшого ланцюга” встановлює, що дійсною версією є та, в яку було вкладено найбільше обчислювальної роботи—зазвичай найдовший ланцюг. Блоки на коротших ланцюгах стають сиротами, а їх транзакції повертаються до мемпулу. Ethereum спочатку використовував цей принцип з Proof of Work, але перейшов на алгоритм вибору розгалуження на основі ваги після переходу на Proof of Stake у 2022 році.

Що викликає перевантаження мережі блокчейн?

Три основні фактори, які призводять до перевантаження мережі блокчейн:

Збільшений попит на транзакції: З ростом прийняття все більше користувачів одночасно надсилають транзакції. Раптові коливання цін або хвилі масового прийняття можуть викликати сплески транзакцій, які перевищують те, що може обробити один блок. Це особливо проблематично для блокчейнів з обмеженими розмірами блоків і повільнішими часами блоків.

Обмеження розміру блоку: Кожен блокчейн має максимальний розмір блоку. Біткойн спочатку мав обмеження в 1 МБ, яке згодом було розширено до приблизно 4 МБ через оновлення SegreGated Witness (SegWit) 2017 року. Коли обсяг транзакцій перевищує цю ємність, неминуче виникає перевантаження мережі.

Повільні часи блокування: Біткойн додає новий блок приблизно кожні 10 хвилин. Якщо транзакції створюються значно швидше, виникає затор транзакцій у мемпулі.

Наслідки, які ви дійсно відчуєте

Коли перевантаження мережі блокчейн відбувається, кілька згубних ефектів розповсюджуються через мережу:

Зростаючі комісії за транзакції: Майнери віддають перевагу транзакціям з вищими комісіями. Під час перевантаження мережі вам доведеться платити преміум-ставки, щоб ваша транзакція була оброблена. Менші транзакції стають економічно недоцільними.

Жахливо повільні підтвердження: перевантаження мережі розтягує час підтвердження з хвилин до годин, днів чи більше. Феномен CryptoKitties 2017 року ідеально ілюструє це—вірусний проєкт настільки перевантажив мережу, що значно сповільнив обробку транзакцій і різко підвищив ціни на газ по всій екосистемі.

Знижений користувацький досвід: Високі комісії в поєднанні з тривалими очікуваннями відштовхують користувачів і шкодять прийняттю блокчейну. Технологія стає непридатною для повсякденних транзакцій.

Посилена ринкова волатильність: Перевантаження мережі створює паніку. Якщо трейдери хочуть продати, але мережа занадто перевантажена, щоб обробити їхні транзакції, вони можуть стати відчайдушними, що потенційно викличе крах ринку. Перевантаження також може збільшити ризики атак з подвійними витратами та зосередити майнінгову потужність, створюючи вразливості в безпеці та централізації.

Як галузь бореться у відповідь

Кілька підходів вирішують перевантаження мережі блокчейн, хоча кожен з них має свої компроміси:

Більші розміри блоків: Більше транзакцій поміщається в кожному блоці, що збільшує пропускну здатність. Однак, більші блоки поширюються повільніше, що збільшує ризики розгалуження та вимагає більше пам'яті — потенційно централізуючи мережу.

Швидші часи блоку: Зменшення інтервалів блоків прискорює обробку транзакцій, але збільшує кількість сирітських блоків і потенційні компроміси безпеки.

Рішення другого рівня: Lightning Network Біткойна та Plasma Ethereum обробляють транзакції поза ланцюгом, записуючи фінальні стани в ланцюг. Це покращує масштабованість, але додає складність впровадження та нові питання безпеки.

Шардинг: Розподіл блокчейну на менші частини дозволяє кожному окремо обробляти транзакції, значно розширюючи потужність. Як і рішення другого рівня, шардинг вводить складність та компроміси в безпеці.

Альтернативні механізми: Доказ частки зазвичай обробляє швидше, ніж Доказ роботи, а нові рішення, такі як оптимістичні та нульові знання роллапи, пропонують додаткові шляхи масштабування.

Чекаємо з нетерпінням

Оскільки прийняття блокчейну прискорюється в усьому світі, перевантаження мережі залишатиметься центральною проблемою. Здатність блокчейну ефективно обробляти високі обсяги транзакцій є фундаментальною для широкого впровадження. Для систем, які націлені на реальні, повсякденні транзакції, вирішення проблеми перевантаження мережі блокчейну не є необов'язковим—це необхідно. Галузь продовжує просувати дослідження масштабованості, що свідчить про те, що рішення активно розробляються, щоб зробити блокчейни більш практичними для масового використання.