Найбільша проблема блокчейну: трилема блокчейну
Трилема блокчейна, або трилема масштабованості - теорема, в якій сформульовано основну проблему масштабування будь-якої розподіленої мережі. Вона свідчить, що з трьох основних характеристик - децентралізація, безпека і продуктивність - блокчейн може мати лише дві.
Як виникла трилема блокчейну
Ще у 90-х роках вчений Ерік Брюер розробив так звану теорему CAP. Відповідно до неї, децентралізована база даних (до якої належить і блокчейн) може мати лише дві з трьох основних властивостей - узгодженість (Consistency), доступність (Availability) і стійкість до поділу (Partition).
Таким чином, теорема ставить проблему: творці децентралізованої бази даних повинні пожертвувати однією з трьох властивостей, щоб досягти належного рівня решти двох. Це ставить довгострокове розширення БД під загрозу.
Згодом цю теорію адаптували для блокчейну. Популяризатором "трилеми блокчейну" став творець Ethereum Віталік Бутерін. Його проект був першою повноцінною платформою для створення децентралізованих програм. Оскільки ті припускають необмежене зростання числа користувачів, пропускна здатність Ethereum повинна збільшуватися, не втрачаючи інших важливих характеристик блокчейна.
Після Ethereum свої рішення трилеми пропонували багато інших проектів: EOS, Solana, Cosmos, Polkadot, Near, Avalanche, Terra, Everscale, Algorand та інші. Проте загальновизнаного підходу поки що немає.
У чому полягає трилема блокчейна
Будь-який блокчейн має три основні властивості:
Масштабованість. Мережа здатна збільшувати пропускну здатність, тобто обробляти дедалі більше транзакцій за одиницю часу.
Децентралізація. Мережа працює без необхідності верифікації одного чи кількох довірених суб'єктів. Простіше кажучи, не повинно бути довіри до ноди або групи нод, до яких не можна приєднатися за допомогою звичайного комп'ютера.
Безпека. Блокчейн здатний протистояти потенційній атаці значної частини нод (в ідеалі - 50% всіх нод у мережі, але все, що вище 25% - добрий рівень).
Існує три групи прикладів, що по-різному відображають це правило:
Традиційні блокчейни: Bitcoin, Ethereum або Litecoin. Кожен їхній учасник управляє повною нодою, яка підтверджує кожну транзакцію. Такі мережі мають високий рівень безпеки та децентралізації, але низьку пропускну здатність.
Швидкі блокчейни, включаючи мережі, що працюють на алгоритмах Delegated Proof-of-Stake. У них працює невелика кількість нод (10-100). При цьому до кожної з них висуваються високі вимоги - необхідність мати дороге серверне обладнання або велику суму нативних монет. Це продуктивні та безпечні, але мало децентралізовані мережі.
Мультичейн-системи, у яких програми пов'язані з різними блокчейнами, а ті, своєю чергою, взаємодіють між собою через протоколи кроссчейн-комунікації. Це приклад децентралізованої та масштабованої мережі, але не безпечної. Адже для атаки потрібно заволодіти більшістю нод всього в одному блокчейні системи, щоб «зламати» звичну структуру та викликати негативні наслідки в усіх інших учасників.
Поточний стан трилеми
Сьогодні немає сумнівів, що публічні блокчейни не масштабуються.
Наразі видно активність здебільшого у спекуляціях та інвестуванні, проте блокчейни не можуть підтримувати велику кількість транзакцій. У грудні 2017 року комісії стали настільки високими, що деякі люди платили понад 25 доларів за транзакцію.
Ця проблема особливо торкається блокчейнів, в яких вузли повинні одночасно обробляти кожну транзакцію. Це стає все дорожчим, тому що чим більше транзакцій, тим більше обчислювальних ресурсів потрібно для обробки.
У Bitcoin та Ethereum запуск вузла вимагає високого ступеня технічної майстерності. В ідеальному світі інтернет-користувачі щодня повинні мати можливість запускати повний вузол зі свого робочого столу та смартфона.
Взаємодія між масштабованістю, безпекою та децентралізацією
Щоб прийняти транзакцію, мережа має спочатку узгодити її валідність. Угода може зайняти деякий час, якщо в системі є велика кількість учасників. В результаті ми можемо показати, що масштабованість обернено пропорційна децентралізації при ідентичних параметрах безпеки.
Тепер припустимо, що два блокчейни з однаковим алгоритмом доказу роботи мають однаковий ступінь децентралізації і вважають, що безпека - це швидкість хешування блокчейна. Час підтвердження зменшується зі зростанням швидкості хешування, а масштабованість збільшується в міру підвищення безпеки. В результаті масштабованість та безпека пропорційні постійній децентралізації.
Внаслідок цього блокчейн не може одночасно оптимізувати всі три бажані функції, що змушує йти на компроміси. Ethereum - найсвіжіший приклад трилеми у дії. Нещодавно платформа Ethereum пережила бум використання через зростання додатків децентралізованого фінансування (DeFi). Ethereum може зростати лише до певної точки.
Через підвищений попит транзакційні збори зросли настільки, що деякі люди не хотіли взаємодіяти з блокчейном. Збільшення комісій Ethereum є прикладом трилеми, оскільки бачимо, що Ethereum не масштабувався без шкоди безпеки чи децентралізації.
Основна увага Ethereum приділялася децентралізації та безпеці з обмеженням кількості транзакцій за секунду (масштабованість). Щоб спонукати майнерів розставляти транзакціям більший пріоритет, користувачі платили вищі комісії. Так само децентралізація і безпека мають пріоритет над масштабованістю в Bitcoin.
Ні для кого не секрет, що масштабованість таких блокчейнів, як Bitcoin та Ethereum, нині обмежена. Тому глобальна спільнота стартапів, корпорацій та технологів гарячково працює над створенням першого та другого рівнів блокчейну для вирішення трилеми.
Як вирішити трилему блокчейну
На сьогоднішній день можна виділити два напрямки для рішень теореми, які б дозволили уникнути вимушеного компромісу.
Рішення другого рівня
Це своєрідні надбудови "поверх" децентралізованих мереж, які виходять за межі ончейн-активності. Одним із прикладів є Lightning Network - мережа для мікроплатежів у Bitcoin.
Класичні перекази в мережі Bitcoin можуть бути дорогими та повільними, що позбавляє економічного сенсу транзакції на невелику суму. Для дрібних P2P-переказів та сфери торгівлі вигадали Lightning Network. Це мережа, де користувачі можуть відкривати канали. Перекази між такими каналами дешеві та відбуваються за лічені секунди. Верифікація переказів відбувається спочатку на рівні програми, а не блокчейна. Рішення другого рівня вважається своєрідним напівзаходом і не дозволяє досягти цілей блокчейну.
Рішення першого рівня
Це рішення, які набагато складніше спроектувати та реалізувати, проте вони мають великий потенціал і привносять зміни до самої архітектури блокчейну.
Розробники різних мереж пропонують свої варіанти вирішення «трилеми блокчейну» - використання кількох міжоперабельних блокчейнів, шардинг, нові методи криптографії тощо. Однак це не означає, що прихильники теореми обов'язково мають рацію і що «трилему блокчейну» взагалі потрібно вирішувати. Зрештою, це абстрактна конструкція, а не фізичний закон.
Рішення трилеми блокчейна (відео)
