Масштабируемость блокчейна: текущие проблемы и потенциальные решения

Масштабируемость блокчейна: текущие проблемы и потенциальные решения

Блокчейн и связанная с ними область децентрализованных технологий представляют огромную возможность для человечества – не говоря уже о том, что они появились с почти идеальным временем. Наши крупнейшие институты стали настолько могущественными, что они могут воспользоваться преимуществами нормальных людей без каких-либо последствий. Смотрите не дальше, чем в Facebook, который шпионит за своими пользователями и за состоянием наблюдения, которое ведет Коммунистическая партия Китая.

К счастью, технология блокчейн, криптография и другие распределенные системы выступают в качестве противовеса этой экстремальной консолидации власти. Это защитные технологии, которые расширяют возможности многих против немногих. Как BitTorrent разрушает музыкальную индустрию, криптовалюты и децентрализованные приложения практически невозможно закрыть.

Проблемы масштабируемости блокчейна

По сути, блокчейн представляет собой распределенный регистр с привязкой по времени. Каждый компьютер или узел в сети сохраняет копию регистра, что снижает риск повреждения любым отдельным лицом или группой внутри сети.

Одним из компромиссов с распределенными сетями является то, что, поскольку каждый компьютер должен сохранять копию регистра, это накладывает огромные ограничения на пропускную способность системы. По сути, система работает только так быстро, как любой компьютер может обрабатывать транзакции.

В 2017 году из-за растущей популярности биткоин (BTC) сеть приблизилась к текущему ограничению пропускной способности транзакций. Другими словами, было больше людей, пытающихся использовать сеть, чем она могла справиться. Это привело к увеличению платы за перевод BTC от одного пользователя к другому.

Это узкое место вызвало некоторые споры о масштабировании, в результате чего возникли две разные перспективы. Один лагерь хотел сосредоточить усилия на масштабировании по цепочке, что означало увеличение предела размера блока. Это могло бы ослабить давление коммисий в краткосрочной перспективе, но могло бы предложить лишь линейное улучшение – недостаточно для полного глобального принятия.

Другой лагерь хотел сосредоточиться на экспоненциальном масштабировании вне цепочки путем создания дополнительных протоколов на более высоких уровнях. Каждый многоуровневый протокол выиграл бы от безопасности блокчейна Биткоин при добавлении функциональности вне цепочки. Для справки, этот многоуровневый подход заключается в том, как строится наш текущий интернет.

Основным решением для биткоина по масштабированию вне сети является сеть Lightning, которая может предложить экспоненциальное масштабирование, необходимое для того, чтобы биткоин значительно увеличил свою пропускную способность. Но достаточно ли Lightning Network для всех, чтобы купить кофе с помощью BTC? Если он будет достаточно успешным, большинство экспертов предполагают, что потребуются другие улучшения по масштабированию Биткоин – такие как подписи Schnorr, Liquid sidechains и другие, о которых мы еще не задумывались.

Сейчас мы на несколько лет отстранены от больших дебатов о масштабировании. Понятно, что сообщество биткоин сосредоточит свои усилия на Lightning Network и других решениях масштабирования второго уровня.

Однако это не означает, что мы должны отказаться от исследования более масштабируемой архитектуры блокчейна. Индустрия слишком молода, чтобы полагать, что Биткоин решил все проблемы.

Доказательство работы отлично подходит для Биткоин, но нам все еще нужны альтернативы

Биткоин использует доказательство работы (PoW) для формирования консенсуса в сети. Это оказалось чрезвычайно безопасным для Биткоин, но это также очень ресурсоемкий процесс.

Биткоин уже используется в качестве валюты в Интернете, поэтому нам не нужна другая сеть PoW для конкуренции. Вместо того, чтобы создавать больше блокчейнов PoW, мы должны сосредоточиться на разработке других консенсусных механизмов с различными компромиссами для поддержки различных вариантов использования, таких как голосование, социальные сети, п2п экономика и цепочек поставок.

Альтернативные консенсусные алгоритмы

Двумя возможными альтернативными механизмами консенсуса являются делегированное доказательство ставки(proof-of-stake), или DPoS, которое является доказательством ставки на основе депозита, которое было изобретено Даниэлем Ларимером и использует алгоритм консенсуса, основанный на голосовании в реальном времени в сочетании с социальной системой. Вторая – это практическая византийская отказоустойчивость (Byzantine fault tolerance pBFT), разработанная Барбарой Лисков и Мигелем Кастро в 1999 году, которая способна безошибочно достичь консенсуса, несмотря на попытки злонамеренных узлов распространять ложные данные другим партнерам.

Я уверен, что эти альтернативные системы предлагают полезные свойства для некоторых нефинансовых сценариев использования блокчейна. Однако они не удовлетворяют всем потенциальным вариантам использования, и необходимо проделать дополнительную работу.

Первое делегированное подтверждение участия – это альтернативный механизм консенсуса, при котором пользователи голосуют за небольшое количество делегатов, которые ведут бухгалтерскую книгу. Вы можете думать об этом как о представительной демократии. Уменьшение количества активных узлов означает, что сеть может увеличить свою пропускную способность. Каждый узел получает оплату за счет инфляции и может оправдать запуск большого центра обработки данных для поддержки сети.

Недостатком DPoS является то, что сеть становится гораздо более централизованной. Это ограничивает его способность быть цензуростойким, открытым и безграничным. DPoS особенно подвержен поглощению олигархией. Злонамеренная олигархия может покупать голоса, чтобы гарантировать, что она остается у власти и потенциально может изменить правила сети.

Другим потенциальным механизмом консенсуса базового уровня является практическая византийская отказоустойчивость. Узлы в системах pBFT по очереди проверяют состояние в циклическом формате. Хотя pBFT технически не является блокчейном, он выполняет многие из тех же функций. Это обеспечивает более высокую пропускную способность и более низкое потребление ресурсов, чем блокчейн PoW.

Недостатки pBFT заключаются в том, что они подвержены sybil-атакам, поскольку создание новых узлов в сети тривиально. Злоумышленники могут создать достаточно узлов, чтобы охватить 33% сети, и в этом случае они могут успешно атаковать цепь. Биткоин снижает этот риск, требуя, чтобы узлы выполняли проверку работоспособности для попытки атаки. Также в сети Биткоин злоумышленникам требуется контроль над более чем 50% сети, что является большим увеличением по сравнению с 33%, необходимыми в системе pBFT.

Продолжаем экспериментировать с согласованными протоколами

Я предвижу будущее, в котором социальные сети, публичные выборы и транспортные услуги будут в блокчейне. Если этот сценарий закончится, мне ясно, что нам нужно больше, чем просто доказательство работы.

Каждый консенсусный механизм имеет свой собственный набор компромиссов. Чтобы децентрализовать все, нам понадобится много новых подходов для обеспечения безопасности децентрализованных сетей.

Одно можно сказать наверняка: блокчейн приносит столь необходимую прозрачность нашим институтам. Публичные книги могут пролить свет на темные углы нашего общества. Надеемся, что это приведет к рассеиванию тараканов, и мы сможем построить более продуктивное общество для всех.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.