Взломать “невозможный треугольник”: Обзор решений Layer 1

[TL; DR]

1. Масштабируемость, децентрализация и безопасность несовместимы в блокчейне, и обычно только два из этих трёх аспектов можно достигнуть одновременно.

2. Расширение блока - возможно, наиболее простое решение для увеличения TPS Bitcoin, но оно работает не так хорошо, как многие думают. Чрезмерное увеличение блока снизит безопасность и децентрализацию системы блокчейна.

3.SegWit увеличивает количество транзакций, которые могут содержаться в блоке, отделяя подпись от информации о транзакции, тем самым увеличивая TPS.

4. Механизм DPoS обеспечивает более высокую производительность за счёт децентрализации посредством выбора небольшого числа мощных супернодов для ведения буккипинга.

5. Одним из наиболее впечатляющих достижений сети Solana является механизм PoH. Это своего рода часы, изобретенные Solana, которые отделяют состояние блокчейна от течения времени в блокчейне.

В предыдущей статье “Основы для криптоновичков: что такое Layer 0, Layer 1 и Layer 2?” Мы рассказали о шести уровнях блокчейн-систем и о теме масштабирования: Layer 0/1/2. С 2013 года эта тема широко обсуждается и разработчики уже предложили множество решений масштабирования блокчейнов, некоторые из которых уже не используются, в то время как другие продолжают развиваться. В этой статье мы начнем с краткого обзора нескольких важных решений Layer 1 (уровень 1).


Прежде чем погрузиться в Уровень 1, важно понять, что за собой кроет понятие “невозможный треугольник” в блокчейне. На уровне государства, в традиционных финансах денежная автономия, фиксированный обменный курс и свободный поток капитала - все три явления вместе несовместимы. Это явление известно как “трилемма Манделла-Флеминга”. Для блокчейна чрезвычайно важны масштабируемость, децентрализация и безопасность, однако есть много практического опыта, который показывает, что только два из этих трёх аспектов могут существовать одновременно. Как только основное внимание будет уделено решению двух из них, появится следующая проблема. Например, Bitcoin предлагает теоретически бесконечную децентрализацию и высокую безопасность, но отстает с точки зрения масштабируемости с TPS всего лишь около 10. В этой статье мы ещё много раз будем упоминать концепцию “невозможного треугольника”.

В случае с Bitcoin, TPS (транзакций в секунду) = количество транзакций на блок / время блока.

Транзакций на блок = размер блока / средний размер транзакции

Создание нового блока в блокчейне Bitcoin занимает 10 минут при размере каждого блока в 1 МБ. Предполагая, что средний размер транзакции составляет 0,25 КБ, а блок содержит 4000 транзакций, TPS Биткойна составляет 7 [1024 КБ / (600 с * 0,25 КБ) = 7]. Согласно формуле, TPS = размер блока / (время блока * средний размер транзакции), увеличение размера блока, сокращение времени блока и сжатие размера транзакции может улучшить TPS Биткойна. Однако из-за ограничений скорости передачи данных в физическом мире сокращение времени блока значительно снижает безопасность системы. Вот почему в основном рассматриваются два метода: увеличение размера блока и сжатие размера транзакции.

01 Увеличить размер блока

Вполне вероятно, что расширение блоков является наиболее интуитивно понятным решением для увеличения TPS Биткойна, но оно привело к двум основным разветвлениям. В августе 2017 года некоторые майнеры для увеличения размера блока объединили свои вычислительные мощности и разделили блокчейн Bitcoin, создав BCH (Bitcoin Cash) и увеличив размер блока до 8 МБ. В ноябре 2018 года под влиянием радикальных членов сообщества BCH, BCHSV был разветвлён, чтобы осуществить возможность поддержки так называемого “мегаблока” или даже “неограниченного блока”.


Однако есть много проблем с простым увеличением размера блока. По мере увеличения размера отдельного блока нагрузка на оборудование одного нода значительно возрастает, и ноды, которые не могут себе позволить более продвинутое оборудование, будут постепенно выпадать из сети. Кроме того, в то время как размер блока увеличивается, скорость передачи данных между нодами и производительность обработки практически не улучшаются, таким образом, ставя под угрозу безопасность и стабильность системы Bitcoin. Следовательно, решение для увеличения размера блока фактически достигается за счёт децентрализации и безопасности.

02 SegWit

Когда Сатоши Накамото впервые разработал Bitcoin, он ограничил размер блока с транзакциями до 1 МБ. Данные о транзакциях в блоках содержат как основную информацию о транзакции, так и информацию о подписи трейдеров. С другой стороны, технология SegWit скрыто увеличивает количество транзакций в блоке примерно на 40%, отделяя подписи от информации о транзакциях и сохраняя их централизованно в заголовке блока без нарушения правил аудита блока.


По адресам Bitcoin можно увидеть, что те, которые начинаются с числа “3” или “bc”, являются адресами кошелька с поддержкой Segwit, а адреса, начинающиеся с числа “1”, являются более старыми. Проверка последних созданных блоков на blockchain.com показывает, что большинство блоков поставляется с технологией Segwit. Благодаря Segwit фактический размер этих блоков превышает 1 МБ.

Более того, Bitcoin недавно продвинул софт-форк Taproot на основе SegWit. Чтобы узнать больше прочтите статью
Taproot: как он влияет на экосистему Bitcoin?

03 Новые механизмы консенсуса

На Layer 1 в логической архитектуре блокчейна находятся уровень данных, сетевой уровень, уровень консенсуса и уровень активации. Хотя вышеупомянутое расширение блока и SegWit в первую очередь связаны с уровнем данных, улучшение уровня консенсуса также рассматривается как решение для улучшения масштабируемости. В качестве примера возьмем механизм PoW в Bitcoin. Из-за этого злоумышленнику в сети Bitcoin становится чрезвычайно дорого контролировать более 51% вычислительной мощности, и на это уходит очень много времени. Однако, учитывая, что все ноды в системе участвуют в борьбе за права на ведение буккипинга, проверка транзакции часто проходит медленно.

С момента запуска в 2017 году скорость транзакций EOS составила более 3000 TPS. Эта впечатляющая скорость обработки транзакций обусловлена его инновационным механизмом DPoS (Delegated Proof of Stake), основанным на PoS. В этом механизме только 21 мощный супернод имеет блочные привилегии, поэтому система очень быстро проверяет транзакции. Суперноды выбирают с помощью реальной репрезентативной демократии - голосования в сети: одна монета - один голос. Однако DPoS требует высокого уровня производительности от супернодов за счёт децентрализации и безопасности одновременно.

DPoS вдохновил на создание множества новых механизмов консенсуса, таких как NPoS (Nominated Proof of Stake) на Polkadot и других, которые в принципе аналогичны DPoS.

04 Другие внутрисетевые инновации

В дополнение к упомянутым выше решениям масштабирования существуют проекты, в которых оптимизированы другие аспекты протокола блокчейна для достижения значительной масштабируемости. Ярким примером является Solana, новое поколение общедоступных блокчейнов, которые в этом году набирают все большую популярность из-за скорости обработки транзакций более 60 000 TPS. Одним из наиболее впечатляющих достижений сети Solana является механизм PoH (Proof of History), который отделяет состояние блокчейна от течения времени в блокчейне. Это не механизм консенсуса, а часы, изобретенные Solana для блокчейна. Более того, он “отделяет” время в блокчейне от состояния самого блока и меняет тот факт, что каждый нод не может генерировать свою собственную локальную метку времени до тех пор, пока не произойдут обновления блоков. С Solana также есть некоторые проблемы, например, отсутствие поддержки виртуальной машины Ethereum (EVM) и медленное развитие собственной экосистемы.

Чтобы узнать больше информации о Solana PoH, прочтите статью: Благодаря каким инновациям цена Solana выросла?

Заключение

---

В конце концов, масштабирование Layer 1 фокусируется только на основной цепочке. Для крупномасштабных общедоступных блокчейнов, таких как Ethereum, которые уже превратились в гигантскую экосистему, решения L1 не очень подходят.

На 7-м саммите Global Blockchain 26 октября Виталик Бутерин выступил с речью, в которой назвал Layer 2 будущим масштабирования Ethereum. Так что же представляют собой решения Layer 2 и что означают такие технические термины, как “сайдчейн” и “ролап”? Об этом мы расскажем в следующей статье.

Автор: исследователь Gate.io Ashley H.
*Эта статья содержит только точку зрения исследователей и не является руководством по инвестированию.
*Все права на текст данной статьи принадлежат Gate.io. Репост данной статьи будет разрешен в случае указания Gate.io как источник. В противном случае будет преследоваться юридическая ответственность в связи с нарушением авторских прав.