Проблема масштабованості біткойна
Біткойн може обробляти лише 7-10 транзакцій за секунду. Для покращення масштабованості існують форки, Segregated Witness (SegWit) і Lightning Network тощо. Ця стаття проведе вас через переваги та недоліки цих рішень масштабування.
Через «неможливий трикутник» децентралізація, безпека та масштабованість можуть бути досягнуті лише у двох із трьох у індустрії блокчейнів. Біткоїн, оригінальна криптовалюта, встановлює надзвичайно високу планку децентралізації та безпеки, але поступається їй з точки зору масштабованості. Для мережі Bitcoin:
Транзакцій за секунду (TPS) = кількість транзакцій за блок / час блокування
Транзакції на блок = розмір блоку / середній розмір транзакції
Зараз мережа Bitcoin має розмір блоку 1 Мб, а час блокування становить близько 10 хвилин, а якщо середній розмір транзакції становить 0,25 Кб, то блок містить близько 4000 транзакцій. Таким чином, розрахований TPS становить близько 7, що означає, що лише 7 транзакцій можуть бути оброблені в секунду, що, очевидно, не відповідає попиту на швидке зростання.
Щоб вирішити проблему масштабованості біткойна, були запропоновані різні рішення, основні з них можна розділити на два типи схем масштабування рівня 1 і рівня 2.
Рішення для масштабування рівня 1: Fork і SegWit
Рівень 1 відноситься до самого блокчейну біткойн, тоді як рішення масштабування рівня 1 стосується зміни природи самого блокчейну для збільшення його TPS. Згідно з формулою, TPS = розмір блоку / (час блоку * середній розмір транзакції), збільшення розміру блоку, зменшення часу блокування та стиснення розміру транзакції можуть покращити TPS біткойна. Однак через обмеження швидкості передачі даних у фізичному світі зменшення часу блокування призведе до зниження безпеки системи. Ось чому в основному розглядаються два методи збільшення розміру блоку та стиснення розміру транзакції.
Bitcoin Fork: збільшення розміру блоку
«Збільшення» — це, мабуть, найочевидніший спосіб збільшити TPS біткойна.
Історично склалося так, що попит на блокування призвів до двох великих форків біткойна, що призвело до появи двох нових блокчейнів і токенів, BCH і BCHSV. Форкінг — це, по суті, дублювання копії основного коду біткойна та зміна його частин для оптимізації продуктивності за потреби, але в цьому підході все ще є плюси та мінуси, які слід зважити.
Форк біткойна через незгоду спільноти щодо майбутнього напрямку
Оскільки біткойн є блокчейном з відкритим кодом, його розробляє спільнота однодумців. Коли члени біткойн-спільноти не погоджуються щодо майбутнього напрямку біткойна, може статися форк.
Деякі учасники спільноти, наприклад, можуть забажати збільшити розмір блоку Bitcoin, щоб покращити масштабованість і зменшити час очікування транзакцій і витрати. Інші учасники можуть вважати, що початковий розмір блоку слід зберегти для забезпечення безпеки мережі, або вони можуть мати різні погляди на консенсусну угоду про біткойни з технічних причин... Такі розбіжності в думках можуть призвести до форку.
BCH було розгалужено у 2017 році, а BCHSV — у 2018 році на основі BCH
У серпні 2017 року деякі майнери, які бажають збільшити розмір блоку, об’єднали свою обчислювальну потужність і розгалужували блокчейн Bitcoin, створивши BCH (Bitcoin Cash) і збільшивши розмір блоку до 8 Мб. У листопаді 2018 року під впливом радикальних членів спільноти BCH BCHSV був роздвоєний, щоб підтримати так званий «мега-блок» або навіть «необмежений блок».
Розмір блоку збільшує поріг вузла, безпека не може бути гарантована після розгалуження
Однак є багато проблем із простим збільшенням розміру блоку. Зі збільшенням розміру окремого блоку апаратне навантаження на один вузол значно зростає, і вузли, які не можуть дозволити собі пов’язане обладнання, поступово виключатимуться з мережі. Крім того, розмір блоку збільшується, тоді як швидкість передачі даних між вузлами та потужність обробки даних вузлів майже не покращуються, що загрожуватиме безпеці та стабільності системи Bitcoin. Таким чином, рішення щодо розширення розміру блоку фактично коштує децентралізації та безпеки.
Сегрегований свідок (SegWit): розділяйте повідомлення транзакцій, щоб стиснути розмір даних
Коли вперше було розроблено біткойн, Сатоші Накамото обмежив розмір блоку, що містить транзакції, до 1 Мб, де дані транзакції містять як основну інформацію про транзакцію, так і інформацію про підписи трейдерів. З іншого боку, технологія SegWit збільшує кількість транзакцій, які можуть міститися в блоці, приблизно на 40%, відокремлюючи сценарні підписи від інформації про транзакції та зберігаючи їх у заголовку блоку, не порушуючи правил аудиту блоку.
Адреси біткойн, які починаються з таких символів, як 3 або bc, є адресами гаманців із підтримкою Segwit, тоді як адреси, що починаються з цифри 1, є старішими адресами.
Перевірка на Blockchain.com щодо нещодавно викарбуваних блоків показує, що більшість нових блоків постачається з технологією Segwit. Завдяки Segwit фактичний розмір цих блоків перевищує 1 Мб. Більше того, 14 листопада 2021 року мережа Bitcoin також наполягала на подальших оновленнях Taproot на основі SegWit, що ще більше покращило стабільність, безпеку та конфіденційність мережі.
Масштабування рівня 2: Lightning Network
Масштабування рівня 2 також відоме як масштабування поза ланцюгом, яке є рішенням продуктивності, яке масштабується за межами основної мережі, щоб покращити швидкість обробки транзакцій і ефективність мережі біткойн шляхом створення іншого рівня мережі.
Загальні рішення Layer2 включають Side Chain, Plasma, State Channels, Rollup тощо. Для біткойна найвідомішим рішенням рівня 2 є Lightning Network, створена в 2015 році.
Мережа Lightning
Bitcoin Lightning Network — це децентралізована платіжна система, яка має на меті зробити транзакції біткойнів швидшими, безпечнішими та економічно ефективнішими. Транзакції в мережі біткойн можуть бути повільними, оскільки вони повинні бути підтверджені кількома вузлами перед записом у блокчейні.
Lightning Network була створена для вирішення цих проблем.
Інтеграція платіжних каналів між декількома користувачами та агрегування повідомлень про транзакції для публікації в основній мережі
Lightning Network по суті встановлює платіжні канали між двома користувачами, уможливлюючи трансакції поза мережею (зазвичай невеликі платежі), що звільняє основну мережу від попиту на транзакції та дозволяє швидше обробляти транзакції. Вузли Lightning Network можуть з’єднувати платіжні канали між декількома користувачами перед тим, як об’єднати всю інформацію каналу в одну транзакцію та відправити її в основну мережу біткойнів для постійного запису.
Як наслідок, лише перша й остання транзакція в платіжному каналі дійсна в блокчейні біткойн; усі інші транзакції між двома сторонами здійснюються поза мережею.
Щоб побудувати платіжний канал, обидві сторони повинні подати певну кількість біткойнів, які також зберігатимуться в блокчейні біткойнів, доки канал не буде деактивовано або закрито. Загальна кількість біткойнів, якими обидві сторони можуть торгувати в цьому платіжному каналі, не може перевищувати кількість надісланих біткойнів, але можна здійснювати необмежену кількість транзакцій без комісії.
Занепокоєння щодо мережі Lightning: швидкість все ще обмежена основною мережею, безпекою вузла та високим порогом для використання
На перший погляд, Lightning Network є хорошим рішенням проблеми масштабованості біткойна. Він ще не отримав широкого поширення та має такі обмеження:
Швидкість все ще обмежена продуктивністю основної мережі: швидкість транзакцій Lightning Network все ще обмежена продуктивністю основної мережі, при цьому максимальна швидкість транзакцій становить лише кілька десятків транзакцій на секунду.
Занепокоєння щодо безпеки: оскільки Lightning Network децентралізована, її безпека залежить від безпеки кожного вузла. Якщо на одному вузлі є порушення безпеки, це може вплинути на всю мережу Lightning.
Складність у використанні: Lightning Network все ще важко використовувати.
Основні моменти
- Біткойн відносно децентралізований і безпечний завдяки механізму консенсусу PoW; однак його основним недоліком є відсутність масштабованості із середньою швидкістю транзакцій 7 транзакцій на секунду. Щоб вирішити цю проблему, є кілька ідей, таких як безпосередня зміна основного коду біткойна та вдосконалення блискавичної мережі за допомогою основної мережі.
- Два форки біткойна, BCH і BCHSV, збільшили розмір блоку та швидкість транзакцій, але зі збільшенням розміру блоку зростуть вимоги до апаратного забезпечення вузла, що вплине на ступінь децентралізації, а складність даних вплине на безпеку. Отже, форк все ще жертвує децентралізацією та безпекою.
- Segwit зменшує розмір даних, розділяючи підписи, і більшість біткойн-вузлів прийняли цю технологію.
- Щоб пришвидшити транзакції, Lightning Network створює платіжні канали між обліковими записами, які консолідують кілька повідомлень про транзакції перед тим, як опублікувати їх у головному ланцюжку. Але розвиток і безпека основної мережі, вузлів-учасників і високий поріг використання продовжують обмежувати швидкість.
Проблема масштабованості біткойна
Біткойн може обробляти лише 7-10 транзакцій за секунду. Для покращення масштабованості існують форки, Segregated Witness (SegWit) і Lightning Network тощо. Ця стаття проведе вас через переваги та недоліки цих рішень масштабування.
Через «неможливий трикутник» децентралізація, безпека та масштабованість можуть бути досягнуті лише у двох із трьох у індустрії блокчейнів. Біткоїн, оригінальна криптовалюта, встановлює надзвичайно високу планку децентралізації та безпеки, але поступається їй з точки зору масштабованості. Для мережі Bitcoin:
Транзакцій за секунду (TPS) = кількість транзакцій за блок / час блокування
Транзакції на блок = розмір блоку / середній розмір транзакції
Зараз мережа Bitcoin має розмір блоку 1 Мб, а час блокування становить близько 10 хвилин, а якщо середній розмір транзакції становить 0,25 Кб, то блок містить близько 4000 транзакцій. Таким чином, розрахований TPS становить близько 7, що означає, що лише 7 транзакцій можуть бути оброблені в секунду, що, очевидно, не відповідає попиту на швидке зростання.
Щоб вирішити проблему масштабованості біткойна, були запропоновані різні рішення, основні з них можна розділити на два типи схем масштабування рівня 1 і рівня 2.
Рішення для масштабування рівня 1: Fork і SegWit
Рівень 1 відноситься до самого блокчейну біткойн, тоді як рішення масштабування рівня 1 стосується зміни природи самого блокчейну для збільшення його TPS. Згідно з формулою, TPS = розмір блоку / (час блоку * середній розмір транзакції), збільшення розміру блоку, зменшення часу блокування та стиснення розміру транзакції можуть покращити TPS біткойна. Однак через обмеження швидкості передачі даних у фізичному світі зменшення часу блокування призведе до зниження безпеки системи. Ось чому в основному розглядаються два методи збільшення розміру блоку та стиснення розміру транзакції.
Bitcoin Fork: збільшення розміру блоку
«Збільшення» — це, мабуть, найочевидніший спосіб збільшити TPS біткойна.
Історично склалося так, що попит на блокування призвів до двох великих форків біткойна, що призвело до появи двох нових блокчейнів і токенів, BCH і BCHSV. Форкінг — це, по суті, дублювання копії основного коду біткойна та зміна його частин для оптимізації продуктивності за потреби, але в цьому підході все ще є плюси та мінуси, які слід зважити.
Форк біткойна через незгоду спільноти щодо майбутнього напрямку
Оскільки біткойн є блокчейном з відкритим кодом, його розробляє спільнота однодумців. Коли члени біткойн-спільноти не погоджуються щодо майбутнього напрямку біткойна, може статися форк.
Деякі учасники спільноти, наприклад, можуть забажати збільшити розмір блоку Bitcoin, щоб покращити масштабованість і зменшити час очікування транзакцій і витрати. Інші учасники можуть вважати, що початковий розмір блоку слід зберегти для забезпечення безпеки мережі, або вони можуть мати різні погляди на консенсусну угоду про біткойни з технічних причин... Такі розбіжності в думках можуть призвести до форку.
BCH було розгалужено у 2017 році, а BCHSV — у 2018 році на основі BCH
У серпні 2017 року деякі майнери, які бажають збільшити розмір блоку, об’єднали свою обчислювальну потужність і розгалужували блокчейн Bitcoin, створивши BCH (Bitcoin Cash) і збільшивши розмір блоку до 8 Мб. У листопаді 2018 року під впливом радикальних членів спільноти BCH BCHSV був роздвоєний, щоб підтримати так званий «мега-блок» або навіть «необмежений блок».
Розмір блоку збільшує поріг вузла, безпека не може бути гарантована після розгалуження
Однак є багато проблем із простим збільшенням розміру блоку. Зі збільшенням розміру окремого блоку апаратне навантаження на один вузол значно зростає, і вузли, які не можуть дозволити собі пов’язане обладнання, поступово виключатимуться з мережі. Крім того, розмір блоку збільшується, тоді як швидкість передачі даних між вузлами та потужність обробки даних вузлів майже не покращуються, що загрожуватиме безпеці та стабільності системи Bitcoin. Таким чином, рішення щодо розширення розміру блоку фактично коштує децентралізації та безпеки.
Сегрегований свідок (SegWit): розділяйте повідомлення транзакцій, щоб стиснути розмір даних
Коли вперше було розроблено біткойн, Сатоші Накамото обмежив розмір блоку, що містить транзакції, до 1 Мб, де дані транзакції містять як основну інформацію про транзакцію, так і інформацію про підписи трейдерів. З іншого боку, технологія SegWit збільшує кількість транзакцій, які можуть міститися в блоці, приблизно на 40%, відокремлюючи сценарні підписи від інформації про транзакції та зберігаючи їх у заголовку блоку, не порушуючи правил аудиту блоку.
Адреси біткойн, які починаються з таких символів, як 3 або bc, є адресами гаманців із підтримкою Segwit, тоді як адреси, що починаються з цифри 1, є старішими адресами.
Перевірка на Blockchain.com щодо нещодавно викарбуваних блоків показує, що більшість нових блоків постачається з технологією Segwit. Завдяки Segwit фактичний розмір цих блоків перевищує 1 Мб. Більше того, 14 листопада 2021 року мережа Bitcoin також наполягала на подальших оновленнях Taproot на основі SegWit, що ще більше покращило стабільність, безпеку та конфіденційність мережі.
Масштабування рівня 2: Lightning Network
Масштабування рівня 2 також відоме як масштабування поза ланцюгом, яке є рішенням продуктивності, яке масштабується за межами основної мережі, щоб покращити швидкість обробки транзакцій і ефективність мережі біткойн шляхом створення іншого рівня мережі.
Загальні рішення Layer2 включають Side Chain, Plasma, State Channels, Rollup тощо. Для біткойна найвідомішим рішенням рівня 2 є Lightning Network, створена в 2015 році.
Мережа Lightning
Bitcoin Lightning Network — це децентралізована платіжна система, яка має на меті зробити транзакції біткойнів швидшими, безпечнішими та економічно ефективнішими. Транзакції в мережі біткойн можуть бути повільними, оскільки вони повинні бути підтверджені кількома вузлами перед записом у блокчейні.
Lightning Network була створена для вирішення цих проблем.
Інтеграція платіжних каналів між декількома користувачами та агрегування повідомлень про транзакції для публікації в основній мережі
Lightning Network по суті встановлює платіжні канали між двома користувачами, уможливлюючи трансакції поза мережею (зазвичай невеликі платежі), що звільняє основну мережу від попиту на транзакції та дозволяє швидше обробляти транзакції. Вузли Lightning Network можуть з’єднувати платіжні канали між декількома користувачами перед тим, як об’єднати всю інформацію каналу в одну транзакцію та відправити її в основну мережу біткойнів для постійного запису.
Як наслідок, лише перша й остання транзакція в платіжному каналі дійсна в блокчейні біткойн; усі інші транзакції між двома сторонами здійснюються поза мережею.
Щоб побудувати платіжний канал, обидві сторони повинні подати певну кількість біткойнів, які також зберігатимуться в блокчейні біткойнів, доки канал не буде деактивовано або закрито. Загальна кількість біткойнів, якими обидві сторони можуть торгувати в цьому платіжному каналі, не може перевищувати кількість надісланих біткойнів, але можна здійснювати необмежену кількість транзакцій без комісії.
Занепокоєння щодо мережі Lightning: швидкість все ще обмежена основною мережею, безпекою вузла та високим порогом для використання
На перший погляд, Lightning Network є хорошим рішенням проблеми масштабованості біткойна. Він ще не отримав широкого поширення та має такі обмеження:
Швидкість все ще обмежена продуктивністю основної мережі: швидкість транзакцій Lightning Network все ще обмежена продуктивністю основної мережі, при цьому максимальна швидкість транзакцій становить лише кілька десятків транзакцій на секунду.
Занепокоєння щодо безпеки: оскільки Lightning Network децентралізована, її безпека залежить від безпеки кожного вузла. Якщо на одному вузлі є порушення безпеки, це може вплинути на всю мережу Lightning.
Складність у використанні: Lightning Network все ще важко використовувати.
Основні моменти
- Біткойн відносно децентралізований і безпечний завдяки механізму консенсусу PoW; однак його основним недоліком є відсутність масштабованості із середньою швидкістю транзакцій 7 транзакцій на секунду. Щоб вирішити цю проблему, є кілька ідей, таких як безпосередня зміна основного коду біткойна та вдосконалення блискавичної мережі за допомогою основної мережі.
- Два форки біткойна, BCH і BCHSV, збільшили розмір блоку та швидкість транзакцій, але зі збільшенням розміру блоку зростуть вимоги до апаратного забезпечення вузла, що вплине на ступінь децентралізації, а складність даних вплине на безпеку. Отже, форк все ще жертвує децентралізацією та безпекою.
- Segwit зменшує розмір даних, розділяючи підписи, і більшість біткойн-вузлів прийняли цю технологію.
- Щоб пришвидшити транзакції, Lightning Network створює платіжні канали між обліковими записами, які консолідують кілька повідомлень про транзакції перед тим, як опублікувати їх у головному ланцюжку. Але розвиток і безпека основної мережі, вузлів-учасників і високий поріг використання продовжують обмежувати швидкість.