Трилемма блокчейна: что это?

Блокчейн может обрабатывать только ограниченное количество транзакций в секунду. Сеть Bitcoin, например, может обрабатывать около семи транзакций в секунду. Если технология блокчейн будет принята во всем мире, она должна быть способна обрабатывать гораздо больше данных и на более высоких скоростях, чтобы больше людей могли пользоваться сетью без того, чтобы она не стала слишком медленной или дорогой для использования. Однако фундаментальная конструкция многих децентрализованных сетей означает, что увеличение масштабируемости, как правило, ослабляет децентрализацию или безопасность. Это так называемая трилемма блокчейна. Разработчики, стремящиеся решить эту проблему, экспериментируют с различными механизмами консенсуса и решениями по масштабируемости, такими как шардинг, сайдчейн и каналы состояния.

Подписывайтесь на мой телеграм-канал. Там я публикую эксклюзивный контент и свои сделки!

В базовом смысле блокчейн - это распределенная цифровая база данных. Блоки данных организованы в хронологическом порядке. Блоки связаны между собой и защищены криптографическим доказательством. Внедрение этой технологии в различных отраслях уже меняет то, как мы работаем и живем.

Идея заключается в том, что децентрализованные и безопасные блокчейны позволят создать мир, в котором нам не нужно будет полагаться на третьи стороны для функционирования сетей или рынков. Однако эксперты сходятся во мнении, что для того, чтобы эта технология получила более широкое распространение, необходимо решить основную проблему. Эта проблема известна как "трилемма блокчейна".

Этот термин был популяризирован соучредителем Ethereum Виталиком Бутериным. Чтобы он имел смысл, необходимо знать о трех различных элементах, которые желательно иметь в блокчейне: децентрализация, безопасность и масштабируемость. Трилемма блокчейна относится к идее о том, что блокчейнам трудно достичь оптимального уровня всех трех свойств одновременно. Усиление одного из них обычно приводит к ослаблению другого.

В этой статье мы рассмотрим все три элемента трилеммы и более подробно объясним, что представляет собой каждый из них. Более глубокое обсуждение каждого из них и их взаимосвязи между собой позволит лучше понять, как и почему существует трилемма блокчейна. В этой статье также будут освещены некоторые решения, предложенные разработчиками.

Биткойн и подобные блокчейн-сети децентрализованы по своей сути. Вся структура такова, что в ней нет одного человека или организации, отвечающей за все. Скорее, она децентрализована. Сетевой уровень открыт для всех, кто хочет участвовать. В результате контроль полностью распределен, а не находится в руках одного единственного лица. Все имеют доступ к одним и тем же данным. Если кто-то попытается обмануть систему, изменив записи в свою пользу, то остальные участники отвергнут ошибочные данные.

Это может оказаться довольно сложным с технической точки зрения, но давайте рассмотрим сеть Bitcoin в качестве примера. Здесь нет третьей контролирующей стороны. Сравните это с потребностью в банках в финансовой системе. Банки обеспечивают доверие между людьми, совершающими сделки, и следят за правильностью ведения всех записей. Однако блокчейн Bitcoin делится всеми данными со всеми участниками сети, чтобы их можно было проверить и подтвердить, прежде чем добавить в цифровую базу данных. В результате получается система, которая может существовать без участия третьих лиц.

Децентрализация открывает возможности для создания так называемого Web3. Сейчас у нас есть Web2 - современный Интернет. Он полон сайтов и приложений, контролируемых компаниями, но содержащих контент, созданный пользователями. Web3 - это следующий шаг. Интернет, в котором децентрализованная технология блокчейн позволяет людям самим контролировать свои данные и жизнь в сети.

Однако следует отметить, что из-за того, как работают эти распределенные системы, где необходимо, чтобы широкий круг участников согласился с достоверностью любых данных, время транзакций может быть медленным из-за того, как нужно обмениваться и обрабатывать информацию. Поэтому блокчейн должен масштабироваться, то есть быть способным обрабатывать больше данных с большей скоростью. Мы еще вернемся к этому вопросу при обсуждении масштабируемости.

Кроме того, децентрализованная мечта осуществима только в том случае, если блокчейн безопасен. Если блокчейну не хватает безопасности, то недобросовестный игрок может получить контроль и изменить данные в свою пользу. Это приводит ко второй части трилеммы: безопасности.

Не имеет значения, насколько децентрализован блокчейн, если в нем отсутствует безопасность. Хорошая сеть блокчейн должна быть устойчива к атакам со стороны злоумышленников. Централизованные системы обеспечивают свою безопасность за счет того, что система закрыта. Тот, кто контролирует систему, может гарантировать, что данные не подвержены вмешательству. Но как это достигается в децентрализованной системе, где каждый может принять участие?

Это сложная тема, но мы можем вернуться к Биткойну как к примеру децентрализованной безопасности блокчейна. Блокчейн Bitcoin использует комбинацию криптографии и механизма сетевого консенсуса под названием Proof of Work (PoW). С точки зрения криптографии, каждый блок имеет своего рода цифровую подпись (или хэш). Каждый блок данных связан таким образом, что его невозможно подделать, поскольку любые изменения приведут к изменению хэша блока. Любая попытка изменить данные будет быстро выявлена остальной частью сети.

Механизм консенсуса PoW - еще одна часть головоломки. Он помогает защитить реестр криптовалюты. Понимание принципа Proof of Work - это целая статья, но для наших целей отметим, что участники сети могут проверять новые транзакции и добавлять их в реестр только посредством деятельности, известной как майнинг. Это предполагает использование вычислительных мощностей для решения математической головоломки. Часть процесса требует, чтобы эти компьютеры выполняли многочисленные функции хеширования. Это играет роль в вопросе масштабируемости, поскольку механизм PoW является безопасным, но относительно медленным.

Также следует отметить, что чем больше участников (узлов) в сети, тем более она безопасна. Чем больше участников, тем сложнее одному плохому игроку взять систему под контроль. Это связано с так называемой атакой 51%. В качестве примера: если один субъект (или группа плохих субъектов) может контролировать более 50% общего хэширования сети блокчейна, то он сможет отменить консенсус и изменить данные цепи с выгодой для себя, например, дважды потратить токены.

Одним словом, безопасность - это фундаментальное требование для успешной работы блокчейна, поскольку без нее злоумышленники могут взять цепь под контроль, сделав ее бесполезной.

Масштабируемость - это цель создания блокчейна, который может поддерживать все большее количество транзакций в секунду. Масштабируемость необходима для того, чтобы технология блокчейн обслуживала широкие слои общества и, возможно, миллиарды пользователей. Но именно здесь многие блокчейны все еще испытывают трудности.

Это связано с тем, что децентрализация и безопасность настолько фундаментальны для блокчейна, что на них обычно обращают внимание в первую очередь. Децентрализация настолько важна для этики и целей блокчейна, что она лежит в самом сердце большинства признанных блокчейнов. Безопасность, как мы уже говорили, является основным требованием для того, чтобы блокчейн был успешным и полезным.

Однако, отдавая приоритет децентрализации и безопасности, масштабируемость становится проблемой. Количество транзакций, которые может обрабатывать чейн, может быть сильно ограничено. Централизованная платежная система, такая как Visa, утверждает, что способна поддерживать 24 000 транзакций в секунду. Это происходит потому, что сеть закрыта и свободна от таких соображений, как публичные узлы и консенсус. Сравните это с некоторыми из самых известных блокчейнов.

По данным Bloomberg за 2022 год: "По состоянию на сентябрь Биткойн не мог обрабатывать более семи транзакций в секунду, а Ethereum, вторая по популярности сеть, была ограничена примерно 15 транзакциями в секунду - это целая вечность по сравнению с обычными биржами".

Как уже упоминалось, эти скорости транзакций в блокчейне ограничены из-за того, как информация должна обрабатываться различными участниками, составляющими децентрализованную сеть, и из-за природы самого механизма консенсуса PoW. Если все больше и больше людей в обществе начнут использовать технологию блокчейн, то сети будут забиваться из-за ограниченного количества транзакций, которые они могут обрабатывать.

Наиболее очевидное и базовое решение проблемы, описанной выше, заключается в сокращении числа участников, подтверждающих и добавляющих данные в сеть, в обмен на больший масштаб и скорость. Но это приведет к ослаблению децентрализации, когда контроль будет передан меньшему числу участников. Это также приведет к ослаблению безопасности, поскольку меньшее число участников означает более высокую вероятность атак.

Таким образом, возникает трилемма: учитывая связь между желаемыми свойствами децентрализации и безопасности, фундаментальная конструкция блокчейна затрудняет его масштабирование. Увеличивая одно, вы ослабляете другое. Как добиться масштабируемости без ущерба для децентрализации, безопасности или и того, и другого?

Единого золотого решения трилеммы не существует. Но, учитывая важность решения этой проблемы, в сообществе было предложено несколько различных подходов с интересными результатами. Давайте проведем обзор некоторых наиболее популярных разработок, чтобы дать вам представление о том, что происходит в этой сфере:

1. Шардинг

Это метод разделения блокчейна (или других типов баз данных) на более мелкие, разделенные на части блокчейн, которые управляют определенными сегментами данных. Такая структура снимает нагрузку с единой цепи, управляющей всеми транзакциями и взаимодействиями в сети. Каждый разделенный блокчейн называется шардом и имеет свою собственный реестр. Эти блокчейны могут обрабатывать свои собственные транзакции, но блокчейн-маяк или главная цепочка управляет взаимодействием между блокчейнами. Это делает шардинг модернизацией масштабируемости сети первого уровня, поскольку это изменение основной сети блокчейна.

2. Другие виды механизма консенсуса

Одной из причин существования трилеммы в сети Биткойн является способ обеспечения безопасности PoW. Необходимость в майнерах, криптоалгоритмах и огромных объемах децентрализованных вычислительных мощностей приводит к созданию безопасной, но медленной системы. Поиск другого способа обеспечения консенсуса - один из подходов к решению этой трилеммы. Это было одной из причин перехода Ethereum от PoW к Proof of Stake (PoS).

В блокчейне PoS участники, участвующие в подтверждении транзакций, должны застейкать (заблокировать) свои токены. Нет необходимости в высокоспециализированных майнинговых машинах. Добавление новых валидаторов в сеть является более простым и доступным. PoS - это лишь один из многих различных подходов к механизмам консенсуса с учетом масштабируемости.

3. Решения второго уровня

И шардинг и различные механизмы консенсуса - это так называемые решения первого уровня. Они направлены на изменение фундаментальной конструкции базовой сети. Однако другие разработчики, стремящиеся решить эту трилемму, работают над решениями, которые строятся поверх существующей структуры сети. Другими словами, они считают, что ответ лежит на втором уровне, или уровне 2. Примерами этого являются сайдчейн и каналы состояния.

Сайдчейн - это, по сути, отдельный блокчейн, подключенный к основной цепи. Он устроен таким образом, что активы могут свободно перемещаться между ними. Важно, что сайдчейн может работать по другим правилам, обеспечивая большую скорость и масштаб. Аналогичным образом, каналы состояния - это еще один способ вывести транзакции из основной цепи и ослабить давление на первый уровень. Канал состояния использует смарт-контракт, а не отдельную цепочку, чтобы пользователи могли взаимодействовать друг с другом без публикации своих транзакций в блокчейне. В блокчейн записывается только начало и конец канала.

Трилемма масштабируемости стоит на пути к тому, чтобы блокчейн реализовал свой потенциал в качестве технологии, способной изменить мир. Если сети блокчейн смогут обрабатывать лишь небольшое количество транзакций в секунду для поддержания децентрализации и безопасности, то им будет трудно достичь массового внедрения. Однако те решения, которые сейчас предлагают разработчики, пытающиеся решить эту проблему, говорят о том, что технологический прогресс, уже достигнутый блокчейном, будет продолжаться, и в будущем эти сети смогут обрабатывать гораздо больше данных.

Подписывайтесь на мой телеграм-канал. Там я публикую эксклюзивный контент и свои сделки!

Данная статья не является индивидуальным инвестиционным советом, и автор не является выгодоприобретателем и заинтересованным лицом в продвижении и получении вознаграждений от компаний-разработчиков указанных в данной статье финансовых инструментов. Помните, что операции с высокорискованными активами, которыми являются криптовалюты, могут привести к существенным финансовым потерям.

Источник: