Что такое треугольник блокчейна?

Количество транзакций, обрабатываемых блокчейном за секунду, ограничено. Например, сеть Биткойн может обрабатывать примерно семь транзакций в секунду. После широкого внедрения технологий блокчейн, производительность обработки данных и скорость значительно возрастут, а увеличение числа пользователей не приведет к замедлению сети или росту комиссий. Однако основные принципы децентрализованных сетей зачастую делают акцент на расширяемости, что зачастую ослабляет децентрализацию или безопасность. Именно это и называется «триумфальная парадокс блокчейна». Разработчики экспериментируют с различными механизмами консенсуса, а также решениями для масштабируемости, такими как шардинг, сайдчейны и каналы состояния, надеясь решить эту проблему.

Введение

Кратко говоря, блокчейн — это распределенная цифровая база данных. Блоки данных организованы в хронологическом порядке. Каждый блок соединен с предыдущим с помощью криптографического доказательства и защищен безопасностью. Эта технология внедряется в различных отраслях и уже меняет наш образ работы и жизни.

Эта концепция подразумевает, что после появления безопасного децентрализованного блокчейна людям не нужно полагаться на сторонние сети или рынки для поддержания функционирования мира. Однако эксперты считают, что для масштабного распространения этой технологии необходимо решить один ключевой вопрос — так называемый «триумфальный парадокс блокчейна».

Этот термин стал широко известен благодаря Виталику Бутерину, соучредителю Ethereum. Чтобы понять его, нужно знать три основных элемента блокчейна: децентрализация, безопасность и масштабируемость. Концепция «триумфального парадокса блокчейна» указывает на то, что трудно одновременно добиться оптимальных показателей по всем трем характеристикам. Усиление одного свойства обычно ведет к ослаблению другого.

В этой статье мы рассмотрим три ключевых элемента парадокса и подробно проанализируем каждый из них. Глубокое понимание взаимосвязи и причин существования этого парадокса поможет лучше понять его природу. Также мы уделим внимание предлагаемым разработчиками решениям.

Что такое децентрализация?

По замыслу, сети Bitcoin и другие подобные блокчейны обладают свойством децентрализации. Их архитектура не управляется одним человеком или организацией, а является децентрализованной. Сетевая структура открыта для всех участников. Поэтому контроль полностью распределен, а не сосредоточен в руках одного субъекта. Каждый участник имеет доступ к одинаковым данным. Если кто-то попытается изменить записи по своему усмотрению или мошенничать в системе, другие участники смогут отклонить ошибочные данные.

Такая работа требует технических знаний. Возьмем, к примеру, сеть Bitcoin, в которой отсутствует сторонний контроль. Сравним это с финансовой системой, где доверие между сторонами укрепляется через банки. Банки повышают доверие и обеспечивают правильное хранение всех записей. В случае с Bitcoin данные делятся между всеми участниками сети, что обеспечивает их проверку и подтверждение перед добавлением в цифровую базу данных. В результате появляется система, не требующая третьих сторон.

Децентрализация открывает возможности для так называемого Web3. Современный интернет находится на этапе Web2. Веб-сайты и приложения в Web2 контролируются крупными компаниями, но контент создается пользователями. Web3 — это следующая ступень развития. В интернете Web3 люди используют децентрализованные блокчейн-технологии для самостоятельного управления данными и онлайн-жизнью.

Однако важно учитывать, что такие распределенные системы требуют согласования эффективности всех данных среди большого числа участников, что предполагает обмен и обработку информации. Это может замедлить транзакции. Поэтому блокчейн нуждается в масштабируемости — способности обрабатывать больше данных быстрее. Об этом мы поговорим далее при обсуждении расширяемости.

Кроме того, для достижения децентрализации необходимо обеспечить безопасность базового уровня блокчейна. Без надежной защиты злоумышленники смогут легко вмешиваться и изменять данные. Это и есть вторая часть парадокса — безопасность.

Что такое безопасность блокчейна?

Безопасность — это основа успеха блокчейна. Без нее децентрализация теряет смысл. Надежная сеть должна быть способна противостоять атакам злоумышленников. В централизованных системах безопасность обеспечивается закрытостью и контролем. Владельцы могут гарантировать сохранность данных. Но как обеспечить безопасность в децентрализованных системах, где любой может участвовать?

Это сложная тема. Возьмем Bitcoin как пример. Его безопасность достигается с помощью криптографии и механизма консенсуса, называемого «доказательство работы» (Proof of Work, PoW). С точки зрения криптографии каждый блок содержит цифровую подпись или хэш. Любое изменение данных изменяет хэш, что делает невозможным подделку. Все блоки связаны так, что изменить один из них невозможно без обнаружения. Попытки изменить данные быстро выявляются остальными участниками сети.

Механизм PoW также обеспечивает безопасность криптовалютного реестра. Он требует от участников решения сложных математических задач с помощью вычислительной мощности. В процессе вычислений используются многочисленные хэш-функции. Хотя PoW надежен, он медленный, что вызывает проблему масштабируемости.

Обратите внимание, что чем больше участников сети (узлов), тем она безопаснее. Больше участников — меньше шансов, что злоумышленник сможет контролировать систему. Это связано с так называемой атакой 51%. Если один субъект или группа получит контроль над более чем 50% хэшрейта сети, он сможет изменить консенсус и подделать данные, например, двойную трату токенов.

Кратко говоря, безопасность — это фундамент успеха блокчейна. Ее отсутствие делает сеть уязвимой и бесполезной.

Что такое масштабируемость?

Масштабируемость — это способность блокчейна увеличивать скорость обработки транзакций за секунду. Для того чтобы блокчейн мог обслуживать более широкие слои общества или миллиарды пользователей, его расширение необходимо. Но именно это вызывает трудности у многих блокчейнов.

Причина в том, что децентрализация и безопасность — основные принципы, на которых строится блокчейн. Они всегда получают приоритет. Децентрализация — ядро идеи и цели блокчейна. Большинство известных блокчейнов придерживаются этого принципа. Как было сказано ранее, безопасность — ключевое требование для успеха и ценности системы.

Однако приоритеты по децентрализации и безопасности делают масштабируемость сложной задачей. Обработка транзакций на одной цепочке сильно ограничена. Например, централизованные платежные системы, такие как Visa, заявляют о скорости до 24 000 транзакций в секунду, потому что их сеть закрыта и не зависит от публичных узлов или консенсуса. Рассмотрим сравнение с популярными блокчейнами.

По данным Bloomberg за 2022 год: «На сентябрь, Bitcoin обрабатывает менее 7 транзакций в секунду, а Ethereum — около 15. Для сравнения, традиционные платформы обработки транзакций работают значительно быстрее, что вызывает сомнения в их скорости».

Как уже упоминалось, ограничение скорости связано с особенностями децентрализованных сетей и механизмом PoW. Чем больше участников, тем больше ограничений по скорости. Если число пользователей, использующих блокчейн, растет, это может привести к перегрузке сети.

Почему существует триумфальный парадокс блокчейна?

Решение этой проблемы — уменьшить число участников, подтверждающих и добавляющих данные в сеть, чтобы увеличить скорость и масштабируемость. Но это снижает децентрализацию, так как контроль переходит к меньшему числу участников. Меньшее число участников увеличивает риск атак и ослабляет безопасность.

Так возникает парадокс: в базовой архитектуре блокчейна децентрализация и безопасность тесно связаны, что затрудняет достижение высокой масштабируемости. Эти три свойства находятся в противоречии. Как же развивать масштабируемость, не ухудшая децентрализацию и безопасность?

Решения триумфального парадокса блокчейна

Для этого парадокса не существует универсального решения. В связи с важностью вопроса сообщество предложило различные подходы, некоторые из которых оказались эффективными. Ниже мы кратко расскажем о наиболее популярных направлениях.

1. Шардинг

Это разделение блокчейна или другой базы данных на меньшие части — шарды, — каждая из которых управляет определенным сегментом данных. Такой подход снижает нагрузку на один основной блокчейн, позволяя ему обрабатывать меньше транзакций. Каждый шард — это отдельный блокчейн с собственным реестром. Эти шарды могут обрабатывать транзакции самостоятельно, а взаимодействие между ними контролируется через основной или сигнальный блокчейн. Это изменение основной сети блокчейна, и шардинг считается обновлением масштабируемости Layer 1.

2. Различные механизмы консенсуса

Одной из причин триумфального парадокса является использование PoW для обеспечения безопасности. Для защиты системы необходимы майнеры, криптографические алгоритмы и огромная децентрализованная вычислительная мощность, что замедляет работу. Поэтому ищутся альтернативные методы достижения консенсуса. Например, Ethereum перешел с PoW на механизм Proof of Stake (PoS).

В блокчейнах на основе PoS участники должны заложить (заблокировать) свои токены для участия в подтверждении транзакций, при этом не требуется дорогостоящее оборудование. Чем больше участников, тем проще расширять сеть. Механизм PoS — лишь один из множества способов решения проблемы масштабируемости.

3. Решения Layer-2

Шардинг и механизмы консенсуса — это решения Layer 1, то есть изменения в базовой архитектуре сети. Другие разработчики исследуют подходы, основанные на построении решений поверх существующей сети, чтобы решить проблему парадокса. Иными словами, решение заключается во втором слое — так называемых «Layer 2». Примеры таких решений — сайдчейны и каналы состояния.

Сайдчейн — это отдельный блокчейн, связанный с основным. Такой механизм позволяет свободно перемещать активы между цепочками. Важное преимущество — сайдчейны могут работать по разным правилам, что повышает скорость и расширяемость. Аналогично, каналы состояния позволяют переносить транзакции за пределы основной цепи, снижая нагрузку Layer 1. Они не используют отдельную цепочку, а реализуются через смарт-контракты, позволяя пользователям взаимодействовать без публикации транзакций в основной сети. В блокчейне фиксируются только начальные и конечные состояния канала.

Заключение

Триумфальный парадокс блокчейна мешает реализовать потенциал этой технологии для глобальных изменений. Если сеть сможет обрабатывать только ограниченное число транзакций в секунду, чтобы сохранить децентрализацию и безопасность, масштабируемость будет ограничена. Однако, судя по последним инициативам разработчиков, только постоянное развитие технологий и поиск новых решений позволят в будущем добиться прорыва в обработке данных. (