Что такое сети уровня 1?

Переиздано Платоном

Читают: 0

Хотя Биткойн был запущен в начале 2009 года, только в 2017 году блокчейны стали массовыми. И только в ноябре 2021 года — почти через 12 лет после запуска Биткойна — рыночная капитализация криптовалюты достигла пика в 2.9 трлн долларов.

Рост Биткойна создал неизмеримое богатство и изменил то, как общество воспринимает деньги и кто контролирует их выпуск. Но по пути блокчейны стали жертвами собственного успеха. Они не могли обрабатывать весь трафик, что приводило к длительному времени транзакций и высоким комиссиям.

Чтобы понять, почему это так, мы должны понять, почему сети блокчейнов также называют сетями уровня 1, и что отличает блокчейны от обычных компьютерных сетей.

Блокчейны против компьютерных сетей

На базовом уровне все блокчейны представляют собой компьютерные сети. Компьютерные сети состоят из групп участников сети, известных как узлы, которые передают данные и совместно используют вычислительные ресурсы. Эти узлы могут соединяться друг с другом самыми разными способами. Существует четыре основных типа компьютерных сетей:

Сетка — узел соединяется с каждым другим узлом
Кольцо — узел соединяется с двумя другими узлами, создавая двунаправленное кольцо.
Шина — узел соединяется только с одним другим узлом.
Звезда — серверный узел соединяется с клиентскими узлами.

Звезда — самая распространенная компьютерная сеть, потому что она быстрая и дешевая. В звездообразных сетях узел центрального сервера передает данные напрямую другим узлам, поэтому данные не должны проходить через каждый узел на пути к другим.

Это экономит пропускную способность сети и, поскольку серверный узел предоставляет вычислительные ресурсы непосредственно клиентским узлам, является очень эффективным. Однако цена такой производительности — высокая централизация как с точки зрения контроля, так и с точки зрения единых точек отказа (SPoF).

Напротив, одноранговые (P2P) сети не используют серверные узлы для координации сети. Вместо этого каждый узел действует как клиент и сервер, разделяя вычислительные ресурсы по сети. Такие сети решают проблему централизованного управления и SPoF, что делает их идеальными для P2P-денег, таких как Биткойн.

Цена децентрализации заключается в том, что одноранговые сети менее масштабируемы. Эта проблема относится к сетям блокчейна, поскольку они защищены механизмами консенсуса P2P-сетей. Виталик Бутерин, соучредитель Ethereum, назвал этот балансирующий акт трилеммой масштабируемости (также известной как трилемма блокчейна).

Что такое сети уровня 1? PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальный поиск. Ай.

Ранние блокчейны были ограничены предложением только двух функций одновременно, а это означало, что им приходилось жертвовать масштабируемостью, безопасностью или децентрализацией.

Что такое блокчейны уровня 1?

Чтобы решить трилемму масштабируемости, сети блокчейнов начали применять разные подходы. Эти подходы называются Layer 1 — базовый уровень сети блокчейн. Биткойн, Эфириум и Солана — все это примеры блокчейнов первого уровня.

Одним из очевидных способов решения трилеммы масштабируемости на первых уровнях уровня 1 было увеличение размера блока. Таким образом, блокчейн может обрабатывать больше транзакций в каждом блоке данных, увеличивая количество транзакций, которые он может обрабатывать в секунду.

Тем не менее, увеличение размера блока также потребует от операторов узлов обслуживания более мощных компьютеров. Их могло себе позволить меньшее количество людей, что привело к большей централизации.

Когда миллиардер Илон Маск предложил увеличить размер блока Dogecoin на 900%, соучредитель Ethereum Виталик Бутерин указал из того, что блокчейн не был бы децентрализован, если бы обычные пользователи с ПК потребительского уровня не могли запустить узел.

В идеале Doge ускоряет время блока в 10 раз, увеличивает размер блока в 10 раз и снижает комиссию в 100 раз. Тогда он побеждает.

- Элон Муск (@elonmusk) 16 мая 2021

Современные уровни 1 решают трилемму масштабируемости с помощью механизмов консенсуса и сегментирования.

Протоколы консенсуса

Алгоритмы консенсуса лежат в основе технологии блокчейн. Чтобы биткойн и другие криптовалюты имели ценность, P2P-сеть должна решить две ключевые проблемы: двойное расходование и стимулирование.

Двойные траты — это когда кто-то дважды использует один и тот же дефицитный ресурс (например, деньги). Это проблема, присущая цифровым технологиям, потому что цифровые файлы воспроизводимы бесконечно. Чтобы решить эту проблему, блокчейны делают каждую транзакцию уникальной с помощью временных меток и хэшей, а также путем добавления их в пакеты транзакций, называемые блоками. Чтобы подделать транзакцию, узлу придется подделать весь блок.

Именно здесь вступают в действие алгоритмы консенсуса. Они децентрализованно координируют все узлы сети. Чтобы блок прошел, сеть должна согласиться с достоверностью содержащихся в нем данных. Важно отметить, что если некоторые сетевые узлы отправляют ложные данные, сеть все еще может функционировать до тех пор, пока большинство действительных узлов контролируют вычислительную мощность сети (хешрейт).

«Пока большая часть мощности ЦП контролируется узлами, которые не сотрудничают для атаки на сеть, они будут генерировать самую длинную цепочку и опережать злоумышленников».

— Сатоши Накамото, изобретатель биткойна

Такая сетевая избыточность называется византийской отказоустойчивостью (BFT). В децентрализованной сети чрезвычайно важно, чтобы сеть работала, даже если некоторые ее узлы не работают должным образом. В противном случае он бы остановился.

В дополнение к решению проблемы двойного расходования протоколы консенсуса стимулируют узлы продолжать обработку транзакций. Это не менее важно: зачем кому-то жертвовать своей вычислительной мощностью и бесплатно платить за огромные счета за электроэнергию?

В случае Биткойна операторы узлов, называемые майнерами, расходуют вычислительные ресурсы. За свои труды они получают вознаграждение за блок в виде BTC. Это известно как доказательство работы (PoW).

Другие блокчейны, такие как PoS, используют валидаторы в качестве операторов узлов. Вместо того, чтобы тратить энергоемкие вычислительные мощности, валидаторы полагаются на стейкинг (блокировку) ресурсов — монет — для достижения той же цели координации консенсуса. Например, Ethereum требует стейка в 32 ETH, чтобы стать валидатором. После того, как валидаторы поставили средства, они получают комиссию за каждую транзакцию.

Злоумышленникам приходится преодолевать различные препятствия. С биткойнами они должны были бы иметь большую мощность процессора, чем 51% сети, чего практически невозможно достичь, учитывая его размер.

Годовое энергопотребление сети Биткойн равно потреблению Таиланда и составляет 204.5 ТВтч. Злоумышленникам придется накопить более половины этой мощности, чтобы совершить скоординированный взлом. Изображение предоставлено: digiconomist.net

С Ethereum им нужно было бы иметь самую большую долю ETH — другими словами, чрезвычайно богатыми. Однако злоумышленник должен быть готов потерять это богатство; вся сеть потеряет свою ценность, как только они обработают мошенническую транзакцию.

Хотя большинство новых L1 используют PoS, они не всегда лучше масштабируются. Solana, PoS-блокчейн, несколько раз переставал работать из-за того, что его трафик увеличился за последние 12 месяцев. Его протокол стекинга был малопригоден, когда почти половина его узлов размещалась всего в пяти центрах обработки данных.

Распределение узлов сети (основной сети) Соланы (стейкинг). Изображение предоставлено: validators.app

Solana предлагает теоретическую пропускную способность сети 50,000 5 транзакций в секунду (TPS). Это намного больше, чем ~ XNUMX TPS у Биткойна, но что в этом хорошего, если он не децентрализован?

Sharding

Еще одно решение масштабируемости уровня 1 — сегментирование, которое разбивает сеть на небольшие базы данных, называемые сегментами. Каждый шард выполняет свои транзакции и добавляет блоки со своими узлами. Распределяя обработку по множеству маленьких сегментов, снимается нагрузка с основного механизма консенсуса, что приводит к более высокому показателю TPS.

Однако, поскольку каждый сегмент меньше, злоумышленнику легче накопить средства или вычислительную мощность, необходимые для его подавления. По этой причине шардинг еще предстоит доказать на большом блокчейне.

Ethereum лидирует и планирует внедрить сегментацию после перехода от консенсуса PoW к консенсусу PoS в 2022 году. Шардинг Ethereum, запланированный на 2023 год, разделит Ethereum на 64 сегмента.

Сеть попытается решить проблемы безопасности сегментирования путем случайного назначения узлов сегментам, включая случайное переназначение узлов другим сегментам.

Другие эксперименты по шардингу направлены на полное решение трилеммы масштабируемости. Швейцарский фонд исследований распределенных технологий (DTR), состоящий из семи университетов, запустил Проект Unit-e в 2019 году как масштабируемая глобальная платежная сеть. Другой проект, Основание системы счисления, частично упорядочивает осколки, а не размещает их на единой временной шкале, как это делает Ethereum.

Готовятся ли решения масштабируемости уровня 1?

Вмешательство в сеть блокчейна — дело тонкое. Большинство людей уже подозревают криптовалюту. Биткойну удалось развеять эти опасения за десятилетие, поэтому его обновления уровня 1 более консервативны.

Последнее обновление Биткойн, Taproot, представило цифровые подписи Шнорра. Они позволяют сети объединять несколько транзакций, чтобы снизить комиссию и повысить масштабируемость. Тем не менее, Биткойн по-прежнему отдает приоритет решениям уровня 2 для истинной масштабируемости через сеть Lightning.

То же самое верно и для Ethereum с десятками сетей уровня 2, построенных поверх уровня 1.

10 лучших решений L2 для Ethereum. Изображение предоставлено: L2beat.com

В обоих случаях протоколы L2 снимают рабочую нагрузку с основной цепочки L1, обрабатывают ее в другом месте и возвращают данные обратно в L1 гораздо более эффективным способом. Для достижения этой цели в L2 используются различные технологии масштабируемости, как указано в таблице выше.

Однако экосистема сетей L1 и L2 сложна. Токены должны транспортироваться через мосты блокчейна, и каждое dApp должно быть интегрировано в каждый L2. Напротив, использование исключительно сетей L1 облегчит жизнь разработчикам и пользователям.

L1, такие как Cardano, Algorand, Elrond, Fantom, Avalanche и Harmony, все пытались исправить трилемму масштабируемости, но ни один из них не имеет такого следа, который приблизился бы к биткойну или эфириуму. Все еще находящиеся в зачаточном состоянии, слишком рано делать выводы о том, значительно ли улучшились блокчейны с работающими мейннетами по сравнению с BTC или ETH.

Прочтите исходный пост на Вызывающий

Отметка времени: 25 мая 2022