За межами трилеми блокчейна: розуміння основної проблеми дизайну

Швидкий розвиток технології блокчейн підкреслює фундаментальний конфлікт: те, що робить блокчейни безпечними та децентралізованими, часто обмежує їх здатність швидко та недорого обробляти транзакції. У центрі цієї проблеми лежить триєдинство блокчейну — концепція, яка описує внутрішню складність одночасної оптимізації трьох важливих характеристик: безпеки, децентралізації та масштабованості. Оскільки галузь продовжує розвиватися, розуміння цього обмеження стало необхідним для розробників, інвесторів і користувачів.

Чому блокчейн стикається з викликом триєдинства

Блокчейни функціонують принципово інакше від традиційних систем. Замість покладатися на один авторитет для підтвердження транзакцій і ведення записів, вони розподіляють цю відповідальність між тисячами учасників. Кожен учасник зберігає повну копію реєстру транзакцій, і будь-які зміни мають бути перевірені та схвалені мережею перед записом.

Такий децентралізований підхід створює стійкість і прозорість — жодна окрема особа не може односторонньо змінити історію або контролювати мережу. Однак він також вводить суттєве обмеження: досягнення консенсусу в розподіленій мережі вимагає часу та узгодження, що природно обмежує кількість транзакцій, які можна обробити за секунду.

Порівняймо традиційні платіжні системи та блокчейн-мережі. Централізована інфраструктура Visa може обробляти тисячі транзакцій за секунду, оскільки рішення проходять через контрольовану ієрархічну систему. Навпаки, архітектура Bitcoin базується на незалежних валідаторах, які досягають згоди щодо кожної транзакції, що призводить до приблизно 5 транзакцій за секунду. Аналогічно, Ethereum обробля близько 18 TPS на своєму базовому рівні. Цей розрив у продуктивності виникає не через технічні обмеження, а через свідомий вибір пріоритету безпеки та децентралізації над максимальною пропускною здатністю — саме цей вибір і визначає триєдинство блокчейну.

Три опори: безпека, децентралізація та масштабованість

Децентралізація: розподіл контролю

Децентралізована мережа блокчейну не надає жодній стороні домінування над системою. Контроль розподілений між учасниками, кожен має рівний доступ до спільного реєстру. Якщо хтось намагається сфальсифікувати записи, мережа спільно виявляє та відкидає підроблені дані.

Ця модель сприяє тому, що багато називають Web3 — бачення, за якого користувачі володіють своїми даними та ідентичністю, а не передають контроль корпораціям. Однак децентралізація має свою ціну: досягнення консенсусу серед багатьох незалежних учасників природно уповільнює обробку транзакцій. Чим більше голосів потрібно врахувати, тим довше триває процес ухвалення рішення.

Безпека: захист мережі

Безпека є незмінною вимогою для будь-якого блокчейну. Без надійних захистів зловмисники можуть зламати реєстр і скасувати транзакції. Bitcoin забезпечує це за допомогою криптографічного хешування та механізму Proof of Work (PoW), коли учасники мережі — майнери — змагаються у розв’язанні складних математичних задач. Успішне їх розв’язання підтверджує нові блоки транзакцій і додає їх до ланцюга, але складність обчислень робить атаки надто дорогими.

Безпека блокчейну також залежить від розміру мережі. Чим більше незалежних вузлів працює в мережі, тим важче будь-якому окремому учаснику або злагодженій групі захопити контроль. Теоретична атака, відома як 51% — коли зловмисник контролює понад половину обчислювальної потужності мережі — може дозволити скасування транзакцій і подвійне витрачання. Більші, більш розподілені мережі ускладнюють здійснення таких атак.

Однак тут виникає важливий конфлікт: механізми безпеки, зокрема PoW, навмисно є ресурсомісткими. Це свідомий вибір, що ставить безпеку вище за швидкість.

Масштабованість: обробка більшої кількості транзакцій

Масштабованість — це здатність блокчейну обробляти зростаючий обсяг транзакцій без зниження швидкості або зростання вартості. Для глобального застосування технології блокчейн має конкурувати з традиційними системами за пропускною здатністю.

Проблема структурна. Публічні блокчейни вимагають, щоб тисячі незалежних валідаторів перевіряли кожну транзакцію перед її записом. Це забезпечує безпеку і децентралізацію, але створює вузьке місце. Вимога консенсусу — досягнення глобальної згоди — накладає жорсткі обмеження на швидкість транзакцій незалежно від механізму консенсусу. Навіть нові підходи, такі як Proof of Stake (PoS), що зменшують обчислювальні витрати, не здатні повністю усунути затримки, викликані необхідністю узгодження між географічно розподіленими вузлами.

Коли попит на транзакції перевищує пропускну здатність мережі, виникає затор, що призводить до затримок і зростання комісій. Триєдинство блокчейну проявляється саме тут: щоб підвищити масштабованість, зазвичай потрібно зменшити кількість учасників мережі, що підриває децентралізацію і безпеку.

Навігація між компромісами у дизайні блокчейну

Очевидне рішення — зменшити кількість валідаторів для збільшення швидкості та пропускної здатності — має серйозні недоліки. Менше учасників означає концентрацію контролю в руках кількох, що послаблює децентралізацію. Це також полегшує здійснення атак, що підриває безпеку.

Це і є суть триєдинства: децентралізація та безпека тісно пов’язані, а архітектура блокчейну робить майже неможливим підвищення масштабованості без жертви однієї або обох характеристик.

Головне питання для галузі — як прискорити блокчейни і розширити їхню здатність, не підриваючи основних властивостей — довіри та опору цензурі, що й обґрунтовують їх існування.

Сучасні рішення: подолання триєдинства блокчейну

Жодна технологія поки що не «вирішила» триєдинство блокчейну остаточно. Однак дослідники та розробники створили кілька підходів, що пропонують часткові рішення, кожне з яких має свої компроміси.

Альтернативні механізми консенсусу

Модель Proof of Work, хоча й безпечна, є повільною та ресурсомісткою. Вивчення інших методів консенсусу відкриває шлях до подолання триєдинства.

Proof of Stake (PoS) усуває потребу у дорогому майнінгу. Валідатори блоків блокують токени як заставу для участі у виробництві блоків. Це простіше і доступніше, дозволяючи залучити більший набір валідаторів без спеціального обладнання. Однак PoS має інші припущення щодо безпеки.

Proof of Authority (PoA) базується на довірі до ідентичності валідаторів. Попередньо схвалений набір довірених учасників підтверджує транзакції, що дозволяє швидше створювати блоки, але зменшує децентралізацію, оскільки менше суб’єктів контролює мережу.

Гібридні моделі консенсусу намагаються балансувати ці компроміси. Наприклад, BNB Smart Chain використовує Proof of Staked Authority (PoSA), де валідатори ставлять на кон BNB токени для участі у виробництві блоків, зберігаючи обмежений, але стабільний набір валідаторів. Це дозволяє отримати час створення блоку близько трьох секунд і зберегти розумну децентралізацію та безпеку.

Мережа Conflux демонструє інший гібридний підхід, поєднуючи PoW з структурою Directed Acyclic Graph (DAG), що підвищує пропускну здатність транзакцій і зберігає безпеку PoW.

Шардинг: паралельна обробка

Шардинг розділяє мережу на кілька паралельних частин або шард, кожна з яких веде власний реєстр і валідаторський набір, обробляючи транзакції незалежно. Головна ланка координує взаємодію між шардками, розподіляючи навантаження і підвищуючи загальну пропускну здатність.

Наприклад, NEAR Protocol використовує модель Nightshade 2.0, яка динамічно розширюється, створюючи кілька паралельних шард. На середину 2025 року мережа працює з 8 активними шардками і досягає остаточного підтвердження транзакцій приблизно за 600 мілісекунд, демонструючи потенціал шардингу для значного підвищення пропускної здатності без радикальної централізації.

Рішення Layer 2: побудова зверху

Замість зміни базового рівня, інша стратегія — створення додаткових шарів поверх існуючих блокчейнів. Мережі Layer 2 обробляють транзакції поза основним ланцюгом і періодично фіксують результати назад, зменшуючи затори і знижуючи комісії, при цьому використовуючи безпеку базової мережі.

Rollups об’єднують кілька офчейн-транзакцій і подають стислі докази їхньої валідності до основної ланцюга. Оптимістичні rollups, як Arbitrum, припускають, що транзакції валідні, якщо не заперечено учасниками мережі. Zero-knowledge (ZK) rollups, наприклад Scroll, використовують криптографічні докази для підтвердження валідності транзакцій без розкриття деталей.

Ethereum дедалі більше орієнтується на стратегію зосередження навколо rollup, з переїздом більшої частини DeFi, ігор і NFT на Layer 2 для підвищення швидкості і зниження вартості.

Канали стану дозволяють учасникам здійснювати офчейн-транзакції, а лише відкриття і закриття каналу фіксуються у блокчейні. Прикладом є Bitcoin Lightning Network, що забезпечує швидкі і дешеві транзакції, зберігаючи більшу частину активності офчейн і покладаючись на базовий рівень Bitcoin для остаточного розрахунку.

Майбутнє: інновації у галузі

Триєдинство блокчейну залишається значущою перешкодою для масштабної масової адаптації. Однак кілька перспективних розробок відкривають шляхи вперед. Дорожня карта Ethereum з орієнтацією на rollup, появи високопродуктивних модульних блокчейнів і постійні інновації у механізмах консенсусу вказують на майбутнє, коли блокчейни зможуть обробляти глобальні обсяги транзакцій без втрати безпеки або децентралізації.

Галузь рухається до того, що жодна одна технологія не «вирішить» триєдинство раз і назавжди. Замість цього різні дизайни блокчейнів будуть оптимізувати триєдинство відповідно до своїх конкретних випадків використання і вимог користувачів. З прискоренням досліджень і розробок ми наближаємося до систем, що краще балансуватимуть усі три виміри, сприяючи ширшому впровадженню технологій блокчейн у різних сферах.