Проблема масштабируемости и способы ее решения

В последние годы были созданы сотни новых криптовалют. Самые лучшие из них (мы сейчас не говорим о шиткоинах) несут в этот мир что-то прогрессивное и полезное. Все монеты очень разные: по поставленным задачам, технологическим особенностям, сетевому протоколу. Но есть то, что их объединяет ― проблема масштабируемости блокчейна.

Что такие масштабируемость?

Масштабируемость ― это способность системы или процесса справляться с увеличением нагрузки. В нашем случае ― способность криптовалютных сетей обрабатывать большое количество транзакций.

Так, сеть Bitcoin функционирует в штатном режиме, пока количество операций не превысит семи за секунду. Как только их становится больше, транзакции выстраиваются в очередь, которая формируется по принципу динамической комиссии. Это значит, что пользователи сами выбирают, какой процент они готовы заплатить за проведение платежа. Чем он выше, тем быстрее подойдет очередь.

Ситуация не из приятных, и возникает она из-за недостаточной пропускной способности блокчейна. Дело в том, что каждый блок может вместить строго определенный объем информации (записей о подтвержденных транзакциях). Ограничения необходимы для повышения безопасности сетей в качестве защитной меры от DDoS-атак.

На подтверждение каждого нового блока требуется определенное время. У биткоина оно составляет 10 минут, у более молодых и технологичных монет намного меньше. Процесс вычисления хэш-кода блоков майнерами, подтверждение платежей и создание новых монет происходит в сети непрерывно. Вроде все продумано до мелочей и должно функционировать без серьезных сбоев, пусть даже с очередями на выплату. Но нет.

При большом наплыве транзакций криптовалютные сети перестают справляться трафиком, и тогда их ждет временный блэкаут или же отмена всей очереди транзакций. Такие ситуации резко подрывают доверие к криптовалютам, больно бьют по их репутации и, как следствие, по курсу.

Способы решения проблемы

Недостаточная масштабируемость ― глобальная проблема, которая в полный рост встала на пути развития блокчейн-технологии. Из-за задержек транзакций торговые организации не хотят принимать оплату в криптовалютах за свои товары и услуги, и это препятствует повсеместному распространению и нивелирует ценность цифровых активов как инструмента платежей. В этих условиях разработчики направляют все силы на повышение масштабируемости и предлагают разные способы решения проблемы. Кратко опишем некоторые из них.

• Увеличение объема блока

По этому пути пошли инициаторы хардфорка сети Bitcoin, которые создали на базе родительского блокчейна новую монету bitcoin cash с размером блока 8 мБ (у биткоина ― 1 мБ). Но, как оказалось, увеличение блока увеличивает масштабируемость лишь на время, а впоследствии требует повторного увеличения в сотни раз.

Технически это выполнимо, но на деле приводит к потере децентрализации. При действующей экономике майнинга, когда владельцы полных нод не получают вознаграждения, этот способ повышения пропускной способности в сетях Bitcoin и Ethereum пока что никто не  рассматривает всерьез.

• Lightning Network

Для работы протокола Лайтнинг требуются два узла и связывающий их канал. Стороны определяют сумму, необходимую для поддержания жизнедеятельности канала, и его пропускная способность формируется в зависимости от величины этой суммы. Другими словами, всем, кто хочет быстро провести сделку, предлагается платить. Таким образом Lightning Network позволяет пользователям криптовалютных сетей взаимодействовать напрямую, без посредничества в лице майнеров.

• Перенос подписи транзакций

Протокол SegWit ― это сайдчейн, который работает параллельно основной сети. Часть данных о транзакциях перенаправляется в сайдчейн,  это снижает нагрузку на основную сеть. Достоинствами технологии является также уменьшение размера транзакций и комиссионных, устранение проблемы квадратичного хэширования, создание условий для активации  Lightning Network.

На сегодня мнения относительно полезности SegWit в сообществе разделились. Во-первых, внедрение технологии приведет к уменьшению выплат за добычу блока, таким образом майнить криптовалюту в сетях с сайдчейнами станет менее выгодно.  Другие препятствия ― сложность в реализации и обслуживания, увеличение используемых ресурсов. Работа сайдчейна должна поддерживаться майнерами, но в настоящий момент никаких дивидендов это им не приносит.

• Шардинг

Дробление блокчейна на части (шарды), каждая из которых сохраняет только свою часть информации, на первый взгляд, должно в разы увеличить масштабируемость. К тому же, эта технология позволяет сохранять децентрализацию, поскольку  у каждого пользователя остается возможность просматривать реестр полностью.

Однако аналитики отмечают, что все проекты, планирующие внедрение шардинга, будут использовать разные механизмы его реализации. Так, сеть ETH будет разделена на шарды, узлы которых смогут взаимодействовать только между собой, а для связи между шардами потребуется отдельный протокол. Для предотвращения хакерских атак узлы будут распределяться рандомно и время от времени перераспределяться по другим шардам. Так или иначе, сегодня технология шардинга еще тестируется и пока не существует ни общих стандартов, ни готовых реализаций.

• Переход на PoS

Протокол Proof of Stake, переход на который запланирован сетью Ethereum, даст возможность ускорить процесс подтверждения блоков и снизит потребление электроэнергии для работы блокчейна в сто раз или на 99%. Таким образом, владельцы дорогостоящих асиков потеряют свои преимущества, поскольку для eth-майнинга подойдут компьютеры с видеокартами. Кроме того, реализация Casper снизит риск атаки 51%, сделает мошенничество невыгодным. PoS-майнерам не будут платить за блок, они смогут зарабатывать на комиссионных от транзакций.

Однако разговоры о переходе продолжаются уже два года, но этого все еще не происходит. Главное опасение ― майнеры могут провести хардфорк сети до внедрения нового протокола.

Самые ожидаемые решения проблемы масштабируемости: в сети Bitcoin  —  Lightning и SegWit, в сети Ethereum ― PoS (Casper) и sharding.