Що таке мережі рівня 1?

Перевидано Платоном

читають: 0

Незважаючи на те, що біткойн був запущений на початку 2009 року, до 2017 року блокчейни стали масовими. І лише в листопаді 2021 року – майже через 12 років після запуску біткойна – ринкова капіталізація криптовалют досягла піку в 2.9 трлн доларів.

Зростання біткойна створило незмірне багатство та змінило те, як суспільство сприймає гроші та хто контролює їх випуск. Але на цьому шляху блокчейни стали жертвами власного успіху. Вони не могли обробляти весь трафік, що призводило до тривалого часу транзакцій і високих комісій.

Щоб зрозуміти, чому це так, ми повинні зрозуміти, чому блокчейн-мережі також називаються мережами рівня 1 і чим блокчейн відрізняється від звичайних комп’ютерних мереж.

Блокчейни проти комп’ютерних мереж

На базовому рівні всі блокчейни є комп’ютерними мережами. Комп’ютерні мережі складаються з груп учасників мережі, відомих як вузли, які передають дані та спільно використовують обчислювальні ресурси. Ці вузли можуть з’єднуватися один з одним дуже різними способами. Існує чотири основних типи комп'ютерних мереж:

Сітка – вузол з’єднується з усіма іншими вузлами
Кільце – вузол з’єднується з двома іншими вузлами, створюючи двонаправлене кільце
Шина – вузол з’єднується лише з одним іншим вузлом
Зірка – серверний вузол підключається до клієнтських вузлів

Star є найпоширенішою комп’ютерною мережею, оскільки вона швидка та дешева. У зіркових мережах центральний серверний вузол передає дані безпосередньо іншим вузлам, тому дані не повинні проходити через кожен вузол на шляху до інших.

Це економить пропускну здатність мережі та є високоефективним, оскільки серверний вузол надає обчислювальні ресурси безпосередньо клієнтським вузлам. Однак ціною за таку ефективність є висока централізація як з точки зору керування, так і з точки зору одиничних точок відмови (SPoF).

Навпаки, однорангові (P2P) мережі не використовують серверні вузли для координації мережі. Замість цього кожен вузол діє як клієнт і сервер, спільно користуючись обчислювальними ресурсами в мережі. Такі мережі вирішують проблему централізованого контролю та SPoF, що робить їх ідеальними для грошей P2P, таких як біткойн.

Вартість децентралізації полягає в тому, що однорангові мережі, як правило, менш масштабовані. Ця проблема стосується мереж блокчейн, оскільки вони захищені механізмами консенсусу мережі P2P. Віталік Бутерін, співзасновник Ethereum, назвав цей акт балансування трилемою масштабованості (також відомою як трилема блокчейну).

Що таке мережі рівня 1? PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальний пошук. Ai.

Ранні блокчейни були обмежені пропонуванням лише двох функцій одночасно, тобто їм довелося пожертвувати масштабованістю, безпекою чи децентралізацією.

Що таке блокчейни рівня 1?

Щоб вирішити трилему масштабованості, блокчейн-мережі почали застосовувати різні підходи. Ці підходи називаються Рівнем 1 – базовим рівнем мережі блокчейн. Bitcoin, Ethereum і Solana — це приклади блокчейнів рівня 1.

Одним із очевидних способів ранніх Рівнів 1 спробувати вирішити трилему масштабованості було збільшення розміру блоку. Таким чином, блокчейн може обробляти більше транзакцій у кожному блоці даних, збільшуючи кількість транзакцій, які він може обробляти за секунду.

Проте збільшення розміру блоку також вимагатиме від операторів вузлів обслуговування більш потужних комп’ютерів. Менше людей могли собі їх дозволити, що призвело до більшої централізації.

Коли мільярдер Ілон Маск запропонував збільшити розмір блоку Dogecoin на 900%, співзасновник Ethereum Віталік Бутерін зазначено що блокчейн не буде децентралізованим, якби звичайні користувачі з ПК споживчого класу не могли запустити вузол.

В ідеалі, Doge пришвидшує час блокування в 10 разів, збільшує розмір блоку в 10 разів і знижує плату в 100 разів. Потім він виграє руки вниз.

- Елон Маск (@elonmusk) Травень 16, 2021

Сучасні рівні 1 вирішують трилему масштабованості через механізми консенсусу та сегментування.

Консенсусні протоколи

Алгоритми консенсусу лежать в основі технології блокчейн. Щоб біткойн та інші криптовалюти мали цінність, мережа P2P має вирішити дві ключові проблеми: подвійні витрати та стимулювання.

Подвійні витрати - це коли хтось використовує один і той самий дефіцитний ресурс двічі (наприклад, гроші). Це проблема, притаманна цифровим технологіям, оскільки цифрові файли нескінченно відтворюються. Щоб вирішити цю проблему, блокчейни роблять кожну транзакцію унікальною за допомогою часових позначок і хешів, а також додаючи їх до груп транзакцій, які називаються блоками. Щоб підробити транзакцію, вузол мав би підробити цілий блок.

Тут на допомогу приходять алгоритми консенсусу. Вони координують усі вузли мережі децентралізованим способом. Щоб блок пройшов, мережа повинна узгодити дійсність даних, що містяться в ньому. Важливо те, що якщо деякі вузли мережі надсилають помилкові дані, мережа все ще може функціонувати, доки більшість дійсних вузлів контролює потужність обробки мережі (хешрейт).

«Поки більша частина потужності процесора контролюється вузлами, які не співпрацюють для атаки на мережу, вони створюватимуть найдовший ланцюжок і випереджатимуть зловмисників».

– Сатоші Накамото, винахідник Bitcoin

Таке мережеве резервування називається візантійською відмовостійкістю (BFT). У децентралізованій мережі надзвичайно важливо, щоб мережа була працездатною, навіть якщо деякі з її вузлів не працюють належним чином. Інакше він би зупинився.

На додаток до вирішення проблеми подвійних витрат, консенсусні протоколи забезпечують стимули для вузлів продовжувати обробку транзакцій. Це не менш важливо: навіщо комусь жертвувати своєю обчислювальною потужністю та платити надмірно великий рахунок за електроенергію безкоштовно?

У випадку з біткойнами оператори вузлів, звані майнерами, витрачають обчислювальні ресурси. За свої труднощі вони отримують винагороду за блок у вигляді BTC. Це відомо як підтвердження роботи (PoW).

Інші блокчейни, такі як proof-of-stake (PoS), використовують валідатори як оператори вузлів. Замість того, щоб витрачати енергоємну обчислювальну потужність, валідатори покладаються на ставки (блокування) ресурсів – монет – для досягнення тієї самої мети координації консенсусу. Наприклад, Ethereum вимагає 32 ETH, щоб стати валідатором. Після того, як валідатори внесли кошти, вони отримують скорочення від комісії за кожну транзакцію.

Зловмисникам доводиться долати різні перешкоди. З біткойнами вони повинні мати більшу потужність процесора, ніж 51% мережі, чого практично неможливо досягти, враховуючи її розмір.

Річне споживання енергії мережею біткойн дорівнює споживанню в Таїланді 204.5 ТВт-год. Зловмисникам доведеться накопичити більше половини цієї потужності, щоб здійснити скоординований злом. Кредит зображення: digiconomist.net

З Ethereum їм потрібно було б мати найбільшу частку ETH – іншими словами, бути надзвичайно багатими. Однак зловмисник повинен бути готовий втратити це багатство; вся мережа втратить свою цінність, як тільки вони оброблять шахрайську транзакцію.

Хоча більшість нових L1 використовують PoS, вони не завжди кращі в масштабованості. Solana, блокчейн PoS, постраждав від численних збоїв після збільшення трафіку протягом останніх 12 місяців. Його протокол стейкингу був малокорисний, коли майже половина його вузлів розміщувалася лише в п’яти центрах обробки даних.

Розповсюдження мережевого (мейннету) вузла (ставки) Solana. Кредит зображення: validators.app

Solana пропонує теоретичну пропускну здатність мережі 50,000 5 транзакцій за секунду (TPS). Це набагато більше, ніж близько XNUMX TPS біткойна, але яка від цього користь, якщо він не децентралізований?

Sharding

Іншим рішенням масштабованості рівня 1 є шардинг, який розбиває мережу на невеликі бази даних, які називаються сегментами. Кожен шард запускає власні транзакції та додає блоки з власними вузлами. Розподіляючи обробку між безліччю маленьких фрагментів, навантаження з основного механізму консенсусу знімається, що призводить до вищого TPS.

Однак, оскільки кожен шард менший, зловмиснику легше зібрати кошти або обчислювальну потужність, необхідну для його подолання. З цієї причини шардинг ще належить перевірити на великому блокчейні.

Ethereum є лідером і планує запровадити сегментування після переходу від консенсусу PoW до PoS у 2022 році. Шардинг Ethereum, запланований на 2023 рік, розділить Ethereum на 64 шарди.

Мережа намагатиметься вирішити проблеми безпеки шардингу шляхом випадкового призначення вузлів шардам, у тому числі довільного перепризначення вузлів іншим шардам.

Інші експерименти з шардингом мають на меті повністю вирішити трилему масштабованості. Швейцарський дослідницький фонд розподілених технологій (DTR), що складається з семи університетів, запустив Проект Unit-e 2019 року як масштабована глобальна платіжна мережа. Ще один проект, підставу системи числення, частково впорядковує фрагменти, а не обрамляє їх на одній часовій шкалі, як це робить Ethereum.

Рішення для масштабованості рівня 1 на підході?

Втручання в мережу блокчейнів – справа делікатна. Більшість людей уже підозрюють у криптовалюті. Біткойну вдалося заспокоїти ці занепокоєння протягом десяти років, тому його оновлення рівня 1 є більш консервативними.

Останнє оновлення Bitcoin, Taproot, представило цифрові підписи Schnorr. Вони дозволяють мережі групувати кілька транзакцій разом, щоб зменшити комісію та збільшити масштабованість. Однак біткойн все ще надає пріоритет рішенням рівня 2 для справжньої масштабованості через Lightning Network.

Те саме стосується Ethereum, де десятки мереж рівня 2 побудовані поверх рівня 1.

10 найкращих рішень L2 для Ethereum. Кредит зображення: L2beat.com

В обох випадках протоколи L2 знімають робоче навантаження з основного ланцюга L1, обробляють його в іншому місці та передають дані назад на L1 набагато ефективнішим способом. L2 використовують різні технології масштабованості для досягнення цього, як зазначено в таблиці вище.

Однак екосистема мереж L1 і L2 є складною. Токени мають транспортуватися через блокчейн-мости, а кожен dApp має бути інтегрований у кожен L2. Навпаки, залучення виключно до мереж L1 полегшило б життя розробникам і користувачам.

L1, такі як Cardano, Algorand, Elrond, Fantom, Avalanche і Harmony, всі намагалися виправити трилему масштабованості, але жоден не має такого сліду, який наближається до Bitcoin або Ethereum. Вони все ще перебувають у зародковому стані, але занадто рано робити висновок, чи навіть блокчейни з діючими основними мережами значно покращили BTC або ETH.

Прочитайте оригінальний пост на Захисник

Часова мітка: Травень 25, 2022