Блокчейн Трилемма

"Трилемма блокчейна" - это теория, выдвинутая Виталиком Бутериным, одним из сооснователей Ethereum, в 2017 году. Она подчеркивает вызов балансировки децентрализации, безопасности и масштабируемости в технологии блокчейн. Эти три характеристики взаимосвязаны в системах блокчейн, где улучшение одной часто ведет к компромиссу с другими, формируя то, что известно как трилемма.

Блокчейн Трилемма

Децентрализация

Децентрализация является фундаментальной особенностью технологии блокчейн. Используя распределенное хранение и вычислительную мощность, сети блокчейн обеспечивают равные права и обязанности всех узлов сети. Такая настройка позволяет обеспечить прозрачность, где данные и транзакции открыты для всех участников. Кроме того, распределенная природа блокчейн обеспечивает распространение копий данных по нескольким узлам, повышая безопасность и стабильность.
Поскольку блокчейн работает на основе криптографических алгоритмов, а не на основе доверительных сертификатов, он устраняет необходимость в посредниках и доверенных институтах, упрощая традиционные механизмы доверия. Благодаря функциям блокчейна стороны могут устанавливать доверие и сотрудничать без участия третьих лиц.
Однако децентрализованная природа блокчейн-сетей требует достижения консенсуса между всеми узлами, что может привести к более медленным скоростям обработки и длительным временам подтверждения транзакций, значительно ограничивая производительность и масштабируемость системы.

Безопасность

Безопасность является фундаментальным столпом блокчейн-сетей, необходимым для сопротивления злонамеренным атакам. Надёжная сеть блокчейн должна обладать способностью сопротивляться таким атакам, поскольку отсутствие безопасности может подорвать истинную ценность блокчейн-системы.
Возьмем безопасность биткойн-блокчейна в качестве примера. Она комбинирует криптографические техники с механизмом консенсуса Proof of Work (PoW). С криптографической точки зрения каждый блок имеет уникальную цифровую подпись, известную как «хэш-значение». Любые изменения данных приводят к изменению хэш-значения, обеспечивая надежное связывание данных способом, устойчивым к вмешательству. Механизм PoW требует, чтобы узлы решали сложные математические задачи для проверки транзакций и создания новых блоков. Атакующему потребуется контроль над более чем половиной вычислительной мощности, чтобы запустить успешную атаку, обеспечивая целостность данных и стабильность сети. Кроме того, увеличение количества участников сети способствует улучшению безопасности, что делает более сложным контроль за всей системой злоумышленникам и снижает риск «атаки 51%».
Обеспечение безопасности имеет первостепенное значение, технологии, такие как PoW и криптография, могут влиять на масштабируемость блокчейна из-за вычислительной сложности, влияя на эффективность.

Масштабируемость

Масштабируемость относится к способности блокчейн-системы обрабатывать информацию о транзакциях. Масштабируемость блокчейн-системы в значительной степени зависит от производительности обработки транзакций, часто измеряемой в TPS (транзакций в секунду). Существующие блокчейн-системы сталкиваются с серьезными проблемами производительности при обработке крупномасштабных транзакций, что делает масштабируемость критическим узким местом в текущем развитии блокчейна.
В децентрализованных блокчейн-системах каждая транзакция требует достижения консенсуса среди всех узлов, обеспечивая безопасность и децентрализацию системы, но ограничивая масштабируемость. С увеличением числа узлов растут временные и пропускные способности для верификации транзакций, что приводит к снижению производительности системы. В настоящее время сетевой TPS биткоина составляет примерно 7, TPS сети Ethereum около 14, что сильно контрастирует с средним показателем 63 000 TPS, обрабатываемых глобальной платежной платформой Visa. Низкий уровень TPS в основных блокчейн-системах представляет существенное препятствие в практических приложениях.
Возможно повысить эффективность транзакций с помощью различных технических механизмов, таких как достижение среднего TPS в 2000 Solana или среднего TPS в 3000 ICP, эти достижения неизбежно влияют на децентрализацию блокчейна в определенной степени.

Текущее состояние невозможного треугольника блокчейна

По данным от Bloomberg за 2022 год, к сентябрю биткоину сложно обрабатывать более 7 транзакций в секунду, в то время как вторая по популярности сеть Ethereum обрабатывает около 15 транзакций в секунду. По сравнению с традиционными торговыми платформами, это настолько медленно, что ставит под сомнение существование человека в целом.
Если технология блокчейн должна обслуживать более широкое общество в будущем, сталкиваясь с таким же количеством пользователей, как и традиционные платформы, масштабируемость является неизбежным путем для обновлений блокчейна. Однако расширение сети потребует уменьшения количества участников, что в свою очередь влияет на основополагающую децентрализацию блокчейна. Более того, уменьшение числа участников увеличивает вероятность атак, тем самым подвергая опасности безопасность.
В ситуациях, когда эти три аспекта не могут быть согласованы, люди все равно выбирают децентрализацию, основную цель блокчейна и безопасность в качестве основы сети внутри этого «невозможного треугольника». В таком сценарии обработка номеров транзакций на одной цепи сильно ограничена, что делает масштабируемость узким местом для развития блокчейна.
В заключение, в сегодняшнем мире блокчейна, когда децентрализация и безопасность тесно переплетаются, масштабируемость часто становится сложной в достижении. Компромиссы между этими тремя элементами приводят к формированию невозможного треугольника.

Решения для троицы блокчейна

В практическом применении, хотя идеальное решение, которое учитывает все три аспекта, еще не появилось, непрерывные усилия и эксперименты привели к появлению некоторых широко принятых решений.

Слой-1 Решения

Решения уровня-1 относятся к улучшениям и оптимизациям, внесенным в базовые протоколы в технологии блокчейн для улучшения общей производительности, безопасности и масштабируемости сети. Путем корректировки и модернизации базовых протоколов блокчейн можно достичь более высокой пропускной способности транзакций, снижения затрат на транзакции и улучшения децентрализации.
Примером решения уровня 1 является Ethereum 2.0, который перешел от механизма консенсуса Proof of Work (PoW) к Proof of Stake (PoS), улучшив скорость подтверждения транзакций и масштабируемость сети, снизив при этом энергопотребление. Еще одним заметным примером является блокчейн Solana, который использует новый алгоритм консенсуса под названием Proof of History для достижения возможностей обработки транзакций тысячами в секунду при сохранении низких комиссий за транзакции.

Решения второго уровня

Решения второго уровня - это масштабируемые решения, построенные на основе основных протоколов блокчейна, направленные на увеличение скорости обработки транзакций, снижение затрат, улучшение пользовательского опыта и смягчение нагрузки на основную сеть блокчейна. Эти решения заключают транзакции и обрабатывают данные вне цепи, чтобы достичь эффективной масштабируемости, не оказывая прямого влияния на основную цепь, таким образом, сохраняя функции безопасности и децентрализации основного блокчейна.
Типичным решением уровня 2 является молния сеть для сети биткоина, обеспечивающая быстрые и недорогие микротранзакции, облегчая нагрузку транзакций на главной цепи биткоина. Еще одним примером являются Rollups, решение уровня 2 для Ethereum, которое сжимает большой объем данных транзакций в один блок, значительно улучшая масштабируемость и пропускную способность Ethereum при сохранении безопасности и децентрализации. Эти решения уровня 2 приносят более высокую эффективность и масштабируемость в блокчейн сети, предлагая пользователям более качественный опыт торговли.