Czym jest skalowalność w Blockchain? Proste wyjaśnienie

Wraz z rosnącym zainteresowaniem technologią blockchain, zarówno wśród osób prywatnych, jak i organizacji, kwestia skalowalności stała się szczególnie istotna. Termin ten często pojawia się w kontekście największych wyzwań stojących przed branżą kryptowalut.

Zastanówmy się, co dokładnie oznacza „skalowalność”, zwłaszcza w odniesieniu do blockchaina, i dlaczego jest to zagadnienie o tak dużym znaczeniu?

Co to jest skalowalność blockchain?

Pojęcie „skalowalność” opisuje zdolność systemu do efektywnego działania pomimo wzrostu obciążenia lub skali operacji. W kontekście blockchaina, skalowalność odnosi się do umiejętności protokołu do utrzymania optymalnej wydajności – bez wzrostu kosztów – przy zwiększonej liczbie transakcji, danych i użytkowników.

Według Vitalika Buterina [PDF], protokoły blockchain dążą do decentralizacji, bezpieczeństwa i skalowalności, ale zwykle mogą osiągnąć tylko dwa z tych celów. Najczęściej kompromisem jest skalowalność.

Gdy blockchain nie jest skalowalny, transakcje są przetwarzane z opóźnieniem, co prowadzi do przeciążenia sieci (zatorów w płatnościach) i wzrostu opłat. Natomiast skalowalny blockchain jest w stanie obsłużyć dużą liczbę transakcji na sekundę (TPS), bez negatywnego wpływu na bezpieczeństwo, wygodę użytkowników i opłaty. Utrzymanie konsensusu w rozległej sieci peer-to-peer również nie stanowi problemu.

Skalowalność protokołu blockchain można ocenić na podstawie trzech kluczowych wskaźników:

Opóźnienie: czas potrzebny na rozpropagowanie transakcji do węzłów sieci i zebranie ich odpowiedzi w celu osiągnięcia konsensusu. Mniejsze opóźnienie sprzyja większej skalowalności sieci.

Przepustowość: skalowalność protokołu blockchain jest również determinowana przez liczbę transakcji, które można przetworzyć w ciągu sekundy. Wyższa przepustowość oznacza bardziej skalowalną sieć.

Koszt: zasoby (moc obliczeniowa, przepustowość łącza itp.) niezbędne do funkcjonowania blockchaina wpływają na jego skalowalność. Wyższe zasoby wiążą się z większymi zachętami dla sieci, szczególnie w przypadku większej liczby uczestników. Brak odpowiednich zachęt w stosunku do kosztów uczestnictwa może zagrozić istnieniu sieci.

Większość nowszych protokołów blockchain, takich jak Solana, charakteryzuje się lepszą skalowalnością niż starsze, na przykład Bitcoin. Często jednak osiąga się to kosztem osłabienia bezpieczeństwa lub zwiększenia centralizacji.

Aby blockchainy mogły obsługiwać rozległe gospodarki i rzesze użytkowników, muszą być skalowalne. Nikt nie będzie chętnie korzystał z protokołów, które są powolne i drogie, szczególnie gdy istnieją szybkie i ekonomiczne alternatywy. Na przykład, płatność kartą VISA za pizzę jest zazwyczaj szybsza i tańsza niż transakcja Bitcoinem. To właśnie podkreśla znaczenie skalowalności blockchaina.

Trzy główne metody skalowania blockchaina

Różne protokoły blockchain wdrożyły szereg technik w celu zredukowania opóźnień, zwiększenia przepustowości i obniżenia kosztów, nie rezygnując przy tym z bezpieczeństwa i decentralizacji. Jednak żadne pojedyncze rozwiązanie nie jest w stanie wyeliminować trylematu blockchain, a wiele z nich wiąże się z kompromisami w obszarze decentralizacji lub bezpieczeństwa.

Źródło obrazu: Trikona/Shutterstock

W efekcie, protokoły blockchain często stosują kombinację różnych rozwiązań w celu poprawy skalowalności.

Te techniki można podzielić na trzy główne kategorie.

1. Rozwiązania warstwy 1

W tym podejściu celem jest usprawnienie podstawowej sieci blockchain, aby mogła ona efektywniej przetwarzać transakcje. Może to obejmować takie metody, jak zwiększenie rozmiaru bloków, skrócenie czasu transakcji lub przyspieszenie procesu osiągania konsensusu.

Rozwiązania warstwy 1 są implementowane bezpośrednio w blockchainie i koncentrują się na ulepszaniu podstawowego protokołu, bez wprowadzania dodatkowej infrastruktury. Ulepszenia te są zazwyczaj wdrażane poprzez tzw. fork blockchaina.

Na przykład, Bitcoin wprowadził Segregated Witness (SegWit) poprzez soft fork w 2017 roku. Ta zmiana podniosła limit wielkości bloku i usprawniła przetwarzanie transakcji. W tym samym roku hard fork doprowadził do powstania Bitcoin Cash (BCH), alternatywnego blockchaina z większymi blokami, krótszymi czasami transakcji i niższymi opłatami.

Blockchain Ethereum również przeszedł hard fork w 2022 roku. Zmodyfikowano algorytm konsensusu z proof-of-work na proof-of-stake. Był to pierwszy krok w kierunku implementacji shardingu, który zdaniem Buterina przyczyni się do dalszego skalowania sieci.

Sharding, choć nie wymaga forka, jest rozwiązaniem warstwy 1. Polega na podziale sieci na mniejsze segmenty, tzw. fragmenty, co pozwala na rozproszenie i przyspieszenie przetwarzania transakcji. Choć Ethereum planuje wdrożenie shardingu w 2023 roku, blockchain Zilliqa już teraz wykorzystuje cztery shardy, co skraca czasy transakcji, obniża opłaty i poprawia komfort użytkowników.

2. Rozwiązania warstwy 2

W przeciwieństwie do rozwiązań warstwy 1, które są wprowadzane w podstawowym protokole blockchain, rozwiązania warstwy 2 zwiększają skalowalność poprzez przeniesienie części transakcji lub procesów poza blockchain. Są to dodatkowe struktury, takie jak kanały stanu i agregaty, które są zbudowane na podstawie podstawowego protokołu blockchain w celu obsługi zwiększonej liczby transakcji.

• Kanały stanu: dzięki kanałowi stanu dwie lub więcej stron może przeprowadzać transakcje poza blockchainem, a ostateczne rozliczenie następuje w łańcuchu. Na przykład, Lightning Network działa w oparciu o blockchain Bitcoina i umożliwia transakcje Bitcoinami poza głównym łańcuchem. Za pomocą inteligentnych kontraktów transakcje są zamykane. Transakcja i jej ostateczność są następnie dodawane do bazowego blockchaina, co pozwala na rozwiązanie ewentualnych sporów i zamknięcie kanału. Innym przykładem kanału stanu jest sieć Raiden, która działa w oparciu o Ethereum.
• Agregaty: agregaty, takie jak agregaty optymistyczne lub z zerową wiedzą, przetwarzają transakcje poza łańcuchem, a następnie przesyłają dane transakcji lub dowód ich ważności do głównego protokołu blockchain, gdzie następuje konsensus. Loopring i Aztec są przykładami agregatów z zerową wiedzą, natomiast Arbitrium One i Optimism to przykłady agregatów optymistycznych.

Istnieją też inne różnice między blockchainami warstwy 1 i warstwy 2.

3. Nowe łańcuchy

Źródło obrazu: Ico Maker/Shutterstock

Istnieje możliwość tworzenia różnego rodzaju nowych łańcuchów, takich jak sidechainy, chainy plazmowe i chainy Validium, w celu efektywnego przetwarzania transakcji. Na przykład, Polygon jest sidechainem Ethereum, który posiada własne specyfikacje dostosowane do konkretnych potrzeb, ale nadal bazuje na solidnej podstawie Ethereum.

Choć te rozwiązania są czasami klasyfikowane jako rozwiązania warstwy 2, są od nich dość odmienne. Rozwiązania warstwy 2 są rozszerzeniami swoich odpowiedników w warstwie 1 i zazwyczaj działają zgodnie z podstawowymi założeniami blockchaina. Natomiast sidechainy, chainy plazmowe i chainy Validium są bardziej niezależnymi blockchainami, które są połączone ze swoimi odpowiednikami z warstwy 1. Zwykle samodzielnie odpowiadają za swoje bezpieczeństwo, algorytmy konsensusu i parametry bloków.

Brak skalowalności blockchaina to brak powszechnego przyjęcia

Technologia blockchain ma potencjał, aby zmienić świat. Jednak nie stanie się to, jeśli skalowalność pozostanie ograniczeniem, ponieważ uniemożliwi to jej powszechne przyjęcie.

Od cyfryzacji aktywów po wykorzystanie blockchaina przez firmy w celu optymalizacji procesów, przyszłość tej technologii rysuje się w jasnych barwach, pod warunkiem, że będzie ona skalowalna w zrównoważony sposób, bez rezygnacji z decentralizacji i bezpieczeństwa.