О проблемах масштабирования ведущих блокчейн-сетей и их решениях в Enecuum

Антон Никоноров, СТО Enecuum

Наверное, для каждого человека, хоть сколько-нибудь интересующегося развитием современных технологий, термин «блокчейн» стал чем-то, вроде синонима слова «хайп». Криптовалюты выбрались из подполья, о них стали открыто говорить на главных телеканалах; Bitcoin за последние два года показал такую доходность, которая не снилась лучшим портфельным управляющим с Wall Street. На волне ажиотажа мир заполонили тысячи проектов, команды которых стремятся прикрутить блокчейн ко всему, что видят, и собрать многомиллионный капитал в ходе ICO. Подобный рост индустрии, иногда даже пугающий, мы в последний раз видели во времена кризиса доткомов – и это одна из причин, по которым криптовалюты часто сравнивают с пирамидами и пузырями.

Радует, что инвесторы становятся умнее. Если раньше люди были готовы сделать все, что угодно, лишь бы купить этот магический Bitcoin, то сейчас мы видим хотя бы частичное исчезновение рыночной эйфории. Не только профессионалы, но и не очень приближенные к технологиям люди начинают понимать, что фундаментальных причин для столь бурного роста и столь высокой оценки мировых криптовалют пока еще нет.

Сейчас на рынке существуют две парадигмы, два главных видения того, как должны развиваться криптовалюты. Первое – криптовалюта как средство передачи стоимости, и здесь доминирует Bitcoin. Второе – криптовалюта как средство создания дополнительной стоимости, или платформа. Здесь «королем» является Ethereum со своими смарт-контрактамии и DApp’ами. И то, и другое видение имеют право на жизнь, поскольку блокчейн как технология позволяет привнести в мир очевидные преимущества: прозрачность, защищенность, отсутствие централизации.

Но, между тем, и Bitcoin, и Ethereum, и прочие криптовалюты растут экстенсивно – за счет количества предлагаемых решений, в то время как самый главный вызов сегодня – интенсивное развитие, решение проблемы масштабирования.Согласно словам известного исследователя криптовалют Вилли Ву, число пользователей Bitcoin удваивается каждые двенадцать месяцев. Ethereum демонстрирует систематический прирост от 50 до 150 тысяч уникальных кошельков в день. Довольно впечатляюще, даже принимая во внимание тот факт, что уникальный кошелек не эквивалентен уникальному пользователю.

Между тем, эти существенные темпы роста рано или поздно приведут (на самом деле, уже привели, достаточно вспомнить феномен CryptoKitties) к тому, что сети двух ведущих криптовалют не смогут качественно исполнять свой базовый функционал: быстро передавать и создавать ценность.

Если верить информации, представленной на официальном сайте Ripple, сеть Bitcoin в реальных условиях поддерживает около 3-6 транзакций в секунду, Ethereum – 15 транзакций в секунду, а сеть самого Ripple – 1 500 транзакций в секунду. В то же время, современные потребности рядовых потребителей составляют минимум 2 000 транзакций в секунду (здесь используем в качестве прокси среднюю пропускную способность сети Visa, которая, теоретически, может быть расширена до более чем 50 000 транзакций в секунду). И это если не брать в расчет запросы индустрии IoT (IIoТ), медиков и т.п.

Подобные ограничения современных блокчейнов являются следствием принципов функционирования сетей. Биткойн адаптирует сложность расчетов так, чтобы новый блок формировался примерно раз в десять минут. Это «нативное» ограничение сети, обойти которое возможно либо в случае форка, либо в случае поддержки большинством майнеров времени формирования блока (тогда вознаграждение за блок будет получаться чаще, что приведет к повышенной инфляции и падению курса валюты). Есть и другое решение – изменение размера блока, но подобная мера приводит к уменьшению выгод для майнеров. Вообще Bitcoin-сообщество достаточно плохо координируется, и хорошая тому иллюстрация – долгие дебаты касательно размера блока и SegWit.

Суть HyperDAG заключается в объединении принципа подтверждения транзакций последующими и формирования блоков на основе гибридного алгоритма консенсуса, включающего в себя также и элемент PoW как наиболее стабильного с точки зрения безопасности алгоритма. Ключевое отличие от DAG – транзакции, поступающие в систему, могут ссылаться не только на одну из предыдущих, но также и на группу, входящую в блок.В результате мы получаем решение проблемы пропускной способности, возможность обрабатывать десятки и сотни тысяч транзакций в секунду. При этом безопасность достигается за счет поэтапного использования PoW- (при формировании блоков), PoA- (при верификации транзакций) и PoS- (при верификации балансов кошельков) алгоритмов консенсуса. Использование многоуровневых алгоритмов делает подтверждение транзакций внутри сети существенно безопаснее, нежели в стандартных случаях (кстати, подобное мнение подтверждается коллегами из «Microsoft»); позволяет решить ряд ключевых проблем каждого из алгоритмов в отдельности (концентрацию вычислительных мощностей в одной стране, как это происходит с PoW в случае Bitcoin, и задачу «богатеющих богачей», которая существует в базовых вариациях PoS), а также подключить к процессу формирования блоков, подтверждения транзакций и верификации практически любое устройство, вплоть до смартфонов.

Помимо прочего, мы уже сейчас активно работаем над интеграцией сайдченов (цепочек блоков сторонних сетей и приложений, базирующихся на Enecuum) в наше решение. Подобная мера делает платформу Enecuum настолько гибкой, что позволяет создавать практически любые решения для B2B- и B2C-сегментов: от платежных сервисов до систем безопасного обмена корпоративными данными. Каждый сайдчейн может базироваться на собственных правилах майнинга, верификаций транзакций; в каждом есть возможность создавать собственные токены (мы их называем «жетонами»), а также придавать этим токенам произвольный функционал, в зависимости от тех или иных потребностей.

Очевидно, что проблема масштабирования вряд ли будет решена без имплементации шардинга, поэтому ноды нашей платформы не обязаны хранить у себя весь блокчейн. Если организации (или DApp’ы) планируют сконцентрироваться только на собственном решении и хранить только релевантную информацию – это возможно. Таким образом параллельно решается задача не хранить гигабайты лишней информации.

Мы открываем собственный тестнет и уже сейчас можем прогнозировать пропускную способность сети свыше 1 000 000 (!) транзакций в секунд, что полностью покрывает существующие потребности бизнеса и традиционных платежных решений. И даже операторы IIoT-инфраструктуры будут довольны.

Команда Ethereum активно исследует возможные пути решения проблемы масштабирования, в основном, за счет шардинга (разбиения сети на несколько частей), а также за счет перехода с PoW (Proof-of-Work) на PoS (Proof-of-Stake). Последний может повлечь за собой проблему «богатеющих богачей»: ситуацию, когда владельцы крупных средств будут получать больше вознаграждений за блок просто потому, что «большие» кошельки дают большую вероятность участвовать в формировании блока. Да и в целом, несмотря на то, что команда Ethereum осуществляет огромную работу над совершенствованием сети, скорость имплементации новых решений все-таки невысока.

Альтернативное решение проблемы масштабирования – внедрение т.н. направленного ациклического графа (directed acyclic graph, DAG). Суть решения сводится к тому, что транзакции не «упаковываются» в блоки, но подтверждаются друг другом: ссылки новых транзакций на предыдущие подтверждают последние. Такое решение используется коллегами из ITC, IOTA и Byteball. Его плюс – более высокая скорость осуществления транзакций за счет отсутствия потребности в формировании блоков; например, IOTA могут похвастаться пропускной способностью до 800 транзакций в секунду.Между тем, масштабирование с помощью DAG влечет за собой некоторые проблемы с безопасностью. Последние являются, к сожалению, результатом выбора между скоростью и секьюрностью, с которым сталкиваются проекты, использующие одноуровневый алгоритм консенсуса для увеличения количества операций в секунду.

Для решения задачи по созданию безопасной сети с большой пропускной способностью была разработана платформа Enecuum.

Мы пришли к мысли, что проблема масштабирования может решаться за счет использования базовых принципов DAG и элементов «блочной» системы транзакций – и назвали подобное решение HyperDAG.Это механизм, который обладает высокой гибкостью настроек, открывающей новые возможности применения блокчейна в том числе и для бизнеса.

Суть HyperDAG заключается в объединении принципа подтверждения транзакций последующими и формирования блоков на основе гибридного алгоритма консенсуса, включающего в себя также и элемент PoW как наиболее стабильного с точки зрения безопасности алгоритма. Ключевое отличие от DAG – транзакции, поступающие в систему, могут ссылаться не только на одну из предыдущих, но также и на группу, входящую в блок.В результате мы получаем решение проблемы пропускной способности, возможность обрабатывать десятки и сотни тысяч транзакций в секунду. При этом безопасность достигается за счет поэтапного использования PoW- (при формировании блоков), PoA- (при верификации транзакций) и PoS- (при верификации балансов кошельков) алгоритмов консенсуса. Использование многоуровневых алгоритмов делает подтверждение транзакций внутри сети существенно безопаснее, нежели в стандартных случаях (кстати, подобное мнение подтверждается коллегами из «Microsoft»); позволяет решить ряд ключевых проблем каждого из алгоритмов в отдельности (концентрацию вычислительных мощностей в одной стране, как это происходит с PoW в случае Bitcoin, и задачу «богатеющих богачей», которая существует в базовых вариациях PoS), а также подключить к процессу формирования блоков, подтверждения транзакций и верификации практически любое устройство, вплоть до смартфонов.

Помимо прочего, мы уже сейчас активно работаем над интеграцией сайдченов (цепочек блоков сторонних сетей и приложений, базирующихся на Enecuum) в наше решение. Подобная мера делает платформу Enecuum настолько гибкой, что позволяет создавать практически любые решения для B2B- и B2C-сегментов: от платежных сервисов до систем безопасного обмена корпоративными данными. Каждый сайдчейн может базироваться на собственных правилах майнинга, верификаций транзакций; в каждом есть возможность создавать собственные токены (мы их называем «жетонами»), а также придавать этим токенам произвольный функционал, в зависимости от тех или иных потребностей.

Очевидно, что проблема масштабирования вряд ли будет решена без имплементации шардинга, поэтому ноды нашей платформы не обязаны хранить у себя весь блокчейн. Если организации (или DApp’ы) планируют сконцентрироваться только на собственном решении и хранить только релевантную информацию – это возможно. Таким образом параллельно решается задача не хранить гигабайты лишней информации.

Мы открываем собственный тестнет и уже сейчас можем прогнозировать пропускную способность сети свыше 1 000 000 (!) транзакций в секунд, что полностью покрывает существующие потребности бизнеса и традиционных платежных решений. И даже операторы IIoT-инфраструктуры будут довольны.

Кроме того, мы стараемся учитывать опыт Ethereum и признанную сообществом пользу смарт-контрактов, поэтому параллельно внедряем соответствующий функционал и в нашу платформу. Кроссчейны, высокая пропускная способность, безопасность и автоматически исполняемые договоренности — все это, по нашему мнению, позволяет создать максимально автоматизированную, прозрачную, надежную и гибкую экосистему, к чему мы, собственно, и стремимся.

Присоединиться к нашему тестнету сейчас может любой желающий. Уже работает эмуляция PoA, а в скором времени будет добавлена возможность работы с эмиссией. Энтузиасты могут заглянуть к нам на GitHub, а больше подробностей о технологии вы можете найти в нашем White Paper.