блокчейн первого уровня

Блокчейн первого уровня (Layer 1)

Блокчейн — это технология будущего, у которой, тем не менее, есть свои проблемы. Одна из таких проблем — масштабируемость блокчейна.

В данной статье мы поговорим о трилемме блокчейна и решениях масштабирования блокчейна. А также рассмотрим, что такое блокчейн первого уровня (Layer 1).

Трилемма блокчейна

Децентрализация, безопасность и масштабируемость представляют собой основные характеристики технологии блокчейн. Блокчейн разработчики и инженеры могут выбрать только две функции, которые должны присутствовать в сети, при этом ущемляя третью. Например, если система блокчейн превосходит в обеспечении децентрализации и безопасности, она отстает в масштабируемости. Это называется трилеммой блокчейна, термин, который ввел основатель Ethereum Виталик Бутерин. Другими словами, трилемма блокчейна означает компромисс между этими тремя характеристиками: децентрализацией, масштабируемостью и безопасностью.

  1. Децентрализация. Блокчейн не управляется одним центральным органом, а распределяет контроль над сетью в равной степени между всеми участниками. Однако достижение оптимальной децентрализации имеет тенденцию к снижению пропускной способности сети. Кроме того, по мере того, как все больше узлов обеспечивают безопасность сети с помощью механизмов консенсуса, скорость транзакций снижается, что считается препятствием для более широкого внедрения технологии блокчейн.
  2. Безопасность. Блокчейн сети должны обладать способностью противостоять мошенничеству и атакам, подобным атакам 51%. Поэтому безопасность блокчейна является важным компонентом сети, которая никогда не должна быть скомпрометированной.
  3. Масштабируемость. Блокчейн, такие как Bitcoin (BTC) и Ethereum (ETH), обрабатывают огромное количество информации для безопасного хранения, обработки и проверки транзакций. Блокчейн перерос свои криптовалютные корни и теперь готов изменить цепочку поставок, финтех, недвижимость и многие другие отрасли. Чтобы полностью реализовать свой потенциал, блокчейн должен расти экспоненциально, не становясь медленнее, не перегружая и не выводя из строя компьютеры, на которых он работает. Это означает, что масштабируемость блокчейна — это необходимость времени! Ведь по мере роста блокчейна растет и объем данных, хранящихся на каждом узле/компьютере в одноранговой сети, и все большим объемом информации необходимо управлять. Согласно трилемме блокчейна, увеличение масштабируемости возможно, но в результате пострадает безопасность, децентрализация или и то, и другое.
Трилемма блокчейна
Трилемма блокчейна

Хотя многие системы на основе блокчейна достигли децентрализации и безопасности, масштабируемость остается важнейшей проблемой для современных ведущих децентрализованных сетей. Поэтому для решения трилеммы блокчейна и одновременного достижения децентрализации, безопасности и масштабируемости разработаны решения для масштабируемости блокчейна.

Решения по масштабируемости можно разделить на два типа: Решения уровня 1 (Layer 1 или L1) и решения уровня 2 (Layer 2 или L2).

Что такое блокчейн первого уровня?

Термин Layer 1 (L1 блокчейн) используется для описания родительского или базового уровня сети блокчейн. Bitcoin, Ethereum, Solana и Litecoin являются несколькими примерами блокчейна первого уровня. С другой стороны, уровень 2 — это накладывающаяся сеть, которая лежит поверх базового блокчейна. Таким образом, в сети уровня 1 решение по масштабированию находится непосредственно на основном блокчейне.

Решения по масштабированию можно разделить на две категории: механизмы консенсуса и шардинг.

Блокчейн первого и второго уровней
Блокчейн первого и второго уровней

Усовершенствование механизма консенсуса

Некоторые механизмы консенсуса более эффективны, чем другие. Например, механизм консенсуса Proof of Work (PoW), используемый в блокчейнах Bitcoin и Ethereum 1.0, безопасен, но требует больших вычислительных затрат, что делает его медленным. Например, Bitcoin может обрабатывать до 4-7 транзакций в секунду, а блокчейн Ethereum 1.0 — 15-30 транзакций в секунду.

Но обработка транзакций происходит слишком медленно по сравнению с электронной платежной сетью Visa, которая может обрабатывать около 1700 транзакций в секунду. Для того чтобы конкурировать с существующими централизованными системами, технология блокчейн должна соответствовать или превосходить эти высокие уровни масштабируемости.

С другой стороны, в случае механизма консенсуса Proof of Stake (POS), вместо того, чтобы требовать от майнеров решения математических головоломок с использованием значительных вычислительных мощностей, POS-системы позволяют нодам обрабатывать и подтверждать новые блоки данных транзакций на основе их доли в сети.

Скорость транзакций выше при использовании POS, чем POW. Именно поэтому многие новые сети блокчейн отдают предпочтение механизму консенсуса POS. Ethereum 1.0 также перешел к Ethereum 2.0, в котором используется механизм консенсуса POS. Это повысило масштабируемость сети Ethereum при сохранении децентрализации и безопасности сети.

Усовершенствование алгоритма консенсуса
Усовершенствование алгоритма консенсуса

Использование шардинга

Нагрузка на блокчейн первого уровня увеличилась с ростом числа пользователей. В связи с этим скорость обработки и производительность снизились. Масштабное решение этой проблемы — шардинг, заимствованный из сектора распределенных баз данных. Это процесс разделения базы данных по горизонтали для распределения нагрузки, что позволяет хранить данные из одной базы данных на нескольких серверах.

Шардинг базы данных
Шардинг базы данных

Аналогичным образом, в контексте блокчейна шардинг предназначен для разделения вычислительной нагрузки и объема хранения данных в сети блокчейна путем создания новых цепочек, называемых «шардами» или «подсетями». Проще говоря, шардинг разбивает работу по проверке транзакций на небольшие, управляемые части.

Преимущества шардинга

  1. Повышение скорости транзакций. Меньше узлов должны обрабатывать транзакции, поэтому больше транзакций можно обрабатывать параллельно. Это также сокращает количество запусков вычислительных мощностей для одной транзакции.
  2. Снижение требований к хранению данных. Размер каждого шарда составляет лишь процент от всего блокчейна. Это означает, что требования к хранению данных для операторов узлов резко снижаются до размера только шарда, поскольку каждый узел должен обрабатывать лишь часть данных. Это также снижает барьер входа для того, чтобы стать узлом. Таким образом, чем больше у вас шардов, тем больше информации вы можете обрабатывать параллельно.
  3. Децентрализованность и безопасность. Шардинг позволяет блокчейну оставаться децентрализованным и безопасным. Информация, содержащаяся в шарде, может быть передана другим узлам. Это позволяет сохранить децентрализованность и безопасность реестра, поскольку каждый может видеть все данные реестра. Шарды просто не обрабатывают и не хранят всю информацию. Кроме того, поскольку местоположение данных отображается в блокчейне, их легче найти и проверить заинтересованному узлу.

Примеры использования шардинга

Блокчейн, использующий шардинг, полагается на механизм консенсуса Proof of Stake. Шардинг был реализован в таких проектах, как Ethereum 2.0, Zilliqa и MultiVAC.

Проблемы, связанные с шардингом

Хотя шардинг может стать ключом к безопасному масштабированию блокчейна, некоторые препятствия все еще остаются.

  1. С помощью шардинга можно осуществить атаку с захватом одного шарда, при которой большинство узлов повреждаются в одном шарде. Атаку с захватом одного шарда легче запустить, чем атаку 51%, для которой требуется более 50% вычислительной мощности сети.
  2. Ethereum 2.0 решает эту проблему путем случайного назначения узла на шард, а после производства блока узлы перетасовываются и случайным образом назначаются на другие шарды.
Понравилась статья? Поделитесь в соцсетях

Похожие записи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *