Что такое масштабируемость криптовалюты

Масштабирование биткоина от Lightning Network

На момент публикации статьи в сети биткоина зафиксирована задержка обработки 135 000 транзакций и растущая комиссия, об этом сегодня написал Cointelegraph . Это произошло в течение нескольких дней после отмены Segwit2x, который не состоялся по причине отсутствия консенсуса в сети. Для масштабирования, которое способно решить проблему больших блоков, существует только одно решение — Lightning Network.

Дело в том, что число транзакций постоянно увеличивается, а объем данных, которые могут записываться в блок, остается прежним. Из-за этого сеть Биткойна перегружается, время на подтверждение транзакции увеличивается, зачастую вырастая до нескольких часов. Кроме того, комиссии по-прежнему высокие, что вступает в особое противоречие с задержкой обработки транзакции.

Проблема масштабируемости биткоина

Блоки биткоина ограничены размером в 1 МБ, а объем транзакций в сети быстро растет. Текущий размер блока недостаточен для управления тем количеством транзакций, которые имеют место в сети Bitcoin. Проблему масштабируемости можно рассматривать как движение большого числа транзакций через узкий проход, из-за чего текущее количество блоков ограничичвает число эффективно обрабатываемых транзакций.

В результате транзакции записываются в блокчейн медленнее, чем они создаются пользователями. Со временем начинается отставание, и транзакции находятся в ожидании для включения в блок по несколько часов. Пользователи могут получить более быстрое подтверждение транзакции, но только за непомерную комиссию.

Что такое Lightning Network

Lightning Network способна внедрить смарт-контракта в сеть Биткойна, которая откроет каналы частных платежей между пиром и всеми другими пирами, с которыми они осуществляют транзакции. В дополнение ко всем частным каналам оплаты, частью которых они являются, каждый пир будет иметь один канал, открытый для блокчейна Биткойна.

Пиры могли бы транслировать себя по своим личным каналам, но только окончательный результат транзакции будет транслироваться в блокчейн. Из-за этого майнеры будут обрабатывать гораздо меньше транзакций, чем сейчас. В теории, Lightning Network делает транзакции более эффективными, неограниченными и дешевыми. В настоящее время программное обеспечение проходит тестирование в сети Litecoin.

Закладывание фундамента

Путь к внедрению разработок Lightning Network проложен через активацию Segregated Witness (SegWit). Этот код отделяет подписи от данных транзакций, освобождая место в блоке. SegWit предоставил сети Bitcoin возможность обрабатывать в четыре раза больше транзакций в блоке, чем раньше. На практике это удвоило пропускную способность сети.

SegWit должен был исправить ошибку транзакции Биткойна, которая помешала бы работе Lightning Network. Ко всему прочему, майнеры и бизнес собрались в Нью-Йорке, чтобы к компромиссу по масштабированию. Группа согласилась с тем, что SegWit будет активирован, а в ноябре произойдет удвоение размера блока до 2 МБ.

Однако, 8 ноября, SegWit2x был отложен из-за отсутствия кворума. Поскольку разработчики Bitcoin Core и сообщество были категорически против увеличения размера блока, единственным очевидным решением становится Lightning Network.

Что отличает Lightning Network?

В этой сети верификация и транзакции будут мгновенными. Каналы частных платежей, защищенные с помощью мульти подписей позволят мгновенно совершать транзакции между пирами (одноранговыми узлами). Это означает, что необходимость в длительном ожидании транзакций исчезнет.

Поскольку частные каналы работают отдельно от сети Bitcoin, у майнеров будет меньше транзакций для обработку, потому что в блокчейн будет записываться не каждая отдельная транзакция, а ее результаты. Таким образом эффективность сети биткоина повысится.

Масштабируемый и недорогой протокол позволит за счет экономии средств оттянуть клиентов от традиционных финансовых посредников, таких как Visa. Больше не придется оплачивать большие комиссии, транспортные расходы, расходы на аудит и посреднические услуги. Что еще лучше, так это то, что транзакции будут проходить прямо между вами (стороной-участницей) и стороной, с которой вы ведете бизнес (вторая сторона), без необходимости проходить через финансового посредника (третьего лица), который не имеет никакого отношения к сделке.

Кризис масштабирования еще не решен

Очевидно, что проблема масштабирования по-прежнему преследует сеть Биткойн. За последние несколько дней цена биткоина упала, а у Bitcoin Cash резко возросла. BitcoinCash — это форк биткоина, который проигнорировал SegWit и увеличил размер блока до 8 МБ. Многие из сообществе биткоина, которые поддерживали идею об увеличении блоков для масштабирования сети, скорее всего, переключились на Bitcoin Cash.

Альткойны также работают над масштабированием, ведь через несколько лет это будет иметь решающее значение. Если это не получится у биткоин, это сделают другие валюты. Ethereum уже работает над масштабированием с помощью своей сети Raiden, которая использует каналы оплаты, подобные Lightning Network. Аналогично этому, цифровая валюта Dash экспериментирует с использованием сверхбольших блоков. Совсем недавно прошло обновление, которое увеличит размер блоков Dash до 2 МБ, его активация произойдет примерно через месяц.

Как предполагали многие эксперты, криптосообщество столкнулось с очередным вызовом- пойти по пути дальнейшей децентрализации (биткоин Lightning Network), либо податься сиюминутной выгоде и отдать предпочтение фактически монополизированному Bitcoin Cash.

Источник

О масштабируемости блокчейнов

Биткойн и Эфириум, наиболее широко используемые блокчейны, на данный момент непригодны для массовых транзакций. Они сегодня используются для массовых инвестиций, но если блокчейны когда-либо станут полезны для чего-то, кроме инвестиций, необходимы решения, позволяющие им сохранять производительность с увеличением пропускной способности. Спекулятивная стоимость $300+ млрд – это большая цифра для технологий, которые пока не могут поддерживать транзакции в произвольном масштабе, но есть и хорошая новость — существуют различные подходы, пытающиеся позволить блокчейнам поддерживать массовые транзакции.

Варианты применения – забавная тема для разговора, но, если не решить проблему масштабируемости, варианты применения, помимо инвестиций, не могут хорошо работать.

В чём проблема?

С технической точки зрения создать централизованную сеть, поддерживающую масштабируемость транзакций, – несложно. Это уже сделали PayPal, Visa, MasterCard и многие другие. Но вот создать систему на блокчейне, предлагающую пользователям оптимальную комбинацию масштабируемости, децентрализации и безопасности, – сложно. Виталик Бутерин изложил трилемму масштабируемости, согласно которой блокчейн-системы, по сути, могут обладать только двумя из следующих трёх свойств:

• Децентрализация: определяемая как способность системы работать при сценарии, когда каждый участник имеет доступ только к O(c) ресурсам, т. е. обычному ноутбуку или небольшому VPS.
• Масштабируемость: определяемая как способность обрабатывать O(n) > O(c) транзакций.
• Безопасность: определяемая как защищённость от злоумышленников, имеющих до O(n) ресурсов.

Биткойн и Эфириум, прежде всего, создавались ради децентрализации и безопасности, пожертвовав масштабируемостью (Биткойн поддерживает

3 транзакции в секунду, а Эфириум —

12). Это оказалось эффективным способом раскрутки системы, но с ростом сети начинают обнаруживаться ограничения.

Существуют различные новые блокчейны, жертвующие децентрализацией или безопасностью и пытающиеся таким образом раскрутить сеть. Пока неясно, насколько эффективным окажется такой подход. Но до настоящего времени никто не нашёл комбинацию децентрализации, масштабируемости и безопасности, необходимую для создания полнофункциональной масштабной криптовалютной сети.

Как создать сеть, генерирующую масштабный транзакционный спрос и при этом способную этот спрос поддерживать?

Есть несколько возможных сценариев решения проблемы масштабируемости криптовалютной сети:

1) Проблему масштабируемости решат сообщества с наибольшим сетевым эффектом и вниманием разработчиков (Биткойн и Эфириум).

Наиболее известные проекты, стремящиеся повысить масштабируемость Биткойна и Эфириума, – это Lightning Network (Биткойн), Plasma (Эфириум) и Casper (Эфириум). Lightning и Plasma – решения второго уровня, позволяющие проводить транзакции вне блокчейна с последующим расчётом в блокчейне, тогда как Casper стремится реализовать шардинг для повышения масштабируемости в блокчейне на консенсусном уровне.

Есть также менее известные проекты, занимающиеся разработками на втором уровне Эфириума (TrueBit, Raiden и Counterfactual) и на пиринговом сетевом уровне для всех блокчейнов (bloXroute). Это многообещающие начинания, несмотря на раннюю стадию развития.

Основные решения масштабируемости для Биткойна и Эфириума

Описанные выше решения стремятся достичь масштабируемости на различных уровнях стека крупнейших сетей с самым большим количеством уделяемого внимания со стороны увлечённых сообществ. Сообщества BTC и ETH сейчас больше всего верят в криптовалюты своих сетей и испытывают сильную естественную потребность в масштабируемости.

У них также над этими задачами работают самые сильные технические умы. На мой взгляд, самый вероятный вариант развития событий заключается в том, что несколько решений позволят Эфириуму и Биткойну масштабироваться в блокчейне и вне его, и Биткойн и Эфируим окажутся основными сетями, которыми будут пользоваться массы.

2) Появятся новые сети, в которых масштабируемость будет предусмотрена изначально, и пользователи станут тяготеть к ним.

Блокчейны с приоритетом масштабируемости. Появился ряд новых блокчейнов с приоритетом масштабируемости, служащих пользователям и разработчикам в качестве более масштабируемых платёжных сетей (Bitcoin Cash, Algorand) и платформ для децентрализованных приложений (Cosmos, Dfinity, EOS и т. п.). Возможно, я упустил какие-то качественные проекты, но, по преимуществу, существует множество низкокачественных проектов, делающих громкие заявления о масштабируемости и собирающих благодаря этим заявлениям большие суммы денег у неискушённых инвесторов. Я скептически отношусь к большинству из них, но среди них есть парочка неотшлифованных алмазов, возглавляемых командами с глубоким историческим контекстом и познаниями, которые пошли на уступки в плане безопасности или децентрализации, что может оказаться оправданным.

Блокчейны с приоритетом масштабируемости

Хотя этим проектам с приоритетом масштабируемости, как правило, не хватает увлечённых сообществ простых пользователей с сильной естественной потребностью использовать эти платформы для транзакций, они создали блокчейны, которые, по сути, на данный момент масштабируются лучше, чем Биткойн и Эфириум. Если не появятся решения, которые помогут масштабировать Биткойн и Эфириум, прежде чем спрос на транзакции существенно вырастет, вполне возможно, что пользователи перейдут на эти блокчейны нового поколения.

Новые консенсусные конструкции. Есть ещё одна категория проектов с приоритетом масштабируемости, появившихся даже раньше, но не настолько зарекомендовавших себя, как перечисленные выше проекты. Данные проекты стремятся добиться консенсуса посредством механизмов, лежащих вне концепции блокчейна (gossip-протоколы, направленные ациклические графы и т. п.). Эти идеи отстаивают такие проекты, как Hashgraph и DAG Labs. Я считаю, что это достойные инициативы, но пока находящиеся на раннем этапе и очень спекулятивные.

3) Криптовалютные сети не смогут масштабироваться.

Несмотря на мои бычьи взгляды на будущее блокчейнов, я признаю, что существует небольшая вероятность, что они не смогут масштабироваться для транзакций, либо потому, что не будет найдена нужная технология, либо потому, что пользовательский спрос не вырастет до тех масштабов, на которые мы надеемся.

Чего ожидать?

Я считаю, что, с учётом сетевого эффекта и внимания, уделяемого Биткойну и Эфириуму, а также уровня команд, работающих над решениями масштабируемости для этих сетей, очень вероятно, что решения для Биткойна и Эфириума сделают возможным массовое использование этих сетей для транзакций.

Также возможно (хоть и менее вероятно), что критическая масса разработчиков и пользователей перейдёт на сети нового поколения, изначально поддерживающие большую пропускную способность (Cosmos, Dfinity, EOS или что-нибудь другое). Если мы увидим существенный рост спроса на транзакции (т. е. ещё несколько приложений наподобие CryptoKitties), прежде чем появятся лучшие решения для Биткойна и Эфириума, такое вполне может случиться.

Также не исключено (но ещё менее вероятно), что криптовалютные сети не смогут масштабироваться. Я считаю, что вероятность этого меньше 5%, ввиду всей движущей силы и талантов, сосредоточенных сейчас на решении этой проблемы. Но это ещё не обязательно значит, что люди захотят массово использовать криптовалютные сети для транзакций и будет найдена правильная комбинация децентрализации, безопасности и масштабируемости. Индустрии ещё есть над чем работать на обоих фронтах.

Источник

Проблемы масштабирования в блокчейне

Масштабируемость это возможность блокчейна справляться с увеличенной нагрузкой путем добавления предусмотренных архитектурой ресурсов без падения качества работы.

Для широкого применения криптовалюты должны иметь высокую пропускную способность транзакций. В система Visa — 5K tps. Если рассматривать криптовалюту, как средство оплаты или полноценную систему для децентрализованных приложений, то надо ориентироваться на порядки в несколько тыс. транзакций в секунду.
В декабре 2017 г. Хайп на рынке привел к очень высокому повышению комиссии. Трансфер в сети биткойна стоил десятки долларов. И в данный момент большинство самых известных криптовалют имеют проблемы с масштабируемостью.

Максимум 1 мб блок. В блок помещается около 2000 транзакций, что дает около 3.5 транзакций в секунду. В 2016–2017 г. было очень много разговоров о пропускной способности биткойна и в итоге было запланировано 2 апгрейда сети

1. В Августе 2017 г. был проведен софтфорк SegWit (Segregated Witness) https://ru.wikipedia.org/wiki/Segregated_Witness , который дает возможность выносить часть информации о транзакции за пределы блока, что позволяет увеличивать пропускную способность вплоть до 2 раз.
2. В ноябре 2017 г. планировали сделать хардфорк Segwit2x увеличив размер блока в 2 раза, но из-за отсутствия консенсуса у комюнити от хардфорка отказались.

Не все клиенты пользуются Segregated Witness (т. к. это был сотфорк, а не хардфорк, то осталась обратная совместимость и многие не используют SegWit в транзакциях), то реальная пропускная способность увеличилась лишь частично. В теории имеется на данный момент 7 tps (transactions per second) и вряд ли это значение в ближайшем будущем будет сильно увеличено. Самый вероятный сценарий — LightningNetwork (о нем ниже).

Количество транзакций в эфире зависит от установленного лимита газа (совокупная мощность вычислений) на 1 блок. Сейчас это 8M. Это значение несколько раз менялось, было 3M и 5M. Существенно его не увеличить, т. к. ноды итак еле справляются. Размер блокчейна составляет около 1Тб. Пропускная способность около 15 транзакций в секунду и на данный момент это предел.

Основные способы увеличения пропускной способности криптовалют.

1. Увеличение размера блока. По этому пути можно пойти, но это временное решение проблемы, блок будет необходиомо увеличивать в сотни раз. Но даже 2–4-кратное увеличение блока приведет к снижению децентрализации, т. к. хранить у себя копию блокчейна станет сложнее. При текущей экономике майнинга (когда владельцы полных нод не получают вознаграждения) в эфире и биткойне этот путь никто не рассматривает всерьез.

2. Офф-чейн транзакции.

2.1. Платежные каналы.

Часть транзакций можно не записывать в блокчейн, а писать туда лишь итоговый результат. Пример из жизни. Большая компания отдыхает в ресторане и в процессе заказывает около 50 позиций. При этом расчет идет не каждый раз за каждый заказ, а 1 раз в конце. Таким образом записывается лишь итоговый результат, но при этом опускаем некоторые детали, которые можно хранить вне блокчейна. Lightning Network — пример такой технологии. Позволяет очень сильно увеличивать пропускную способность, если вы доверяете тем агентам, с которыми имеете дело.

3. Переход от майнинга Proof of Work на Proof of Stake или какие-то гибридные решения. Сейчас владельцы полных нод (т. е. люди, которые поставили ПО и занимаются валидацией транзакций и хранением блокчейна) делают это на безвозмездной основе. При увеличении количества транзакций на порядки размер блокчейна и мощности для обработки новых транзакций увеличатся многократно, что лишит этих людей физической возможности поддерживать ноду. Блокчейн исчезнет, т. к. его будет некому хранить кроме нескольких майнеров (а это сокрушительный удар по децентрализации). В случае перехода на PoS владельцы полных нод за свою работу будут получать вознаграждение за обработку транзакций и имеют возможность покупать оборудование для обработки и хранения гигантских объемов данных.

Принцип PoS майнинга следующий. Владелец ноды устанавливает у себя ПО, скачивает блокчейн и кладет на свой баланс некоторое количество монет, не меньшее установленного протоколом, которые становятся залогом его добросовестности. Далее он, также, как и другие участники подтверждаете пришедшие к нему блоки. Каждый участник проводит транзакции в блоке, валидирует его и получает вознаграждение. Т. к. ПО у всех одинаковое и список транзакций тоже одинаковый, то результат у всех должен получиться одинаковым. В случае валидации неверного блока участник теряет залог. В теории атаковать сеть злоумышленнику невыгодно, т. к. для этого ему нужно скупить на рынке очень много койнов (>1/3, участвующих в майнинге, для вывода из строя и или >2/3, для получения контроля). Это принесет ему прибыль, но атака подорвет доверие к криптовалюте и обрушит ее стоимость. Но это теория, в реальности PoS алгоритмы еще не до конца изучены в полевых условиях. PeerCoin — первопроходец PoS, гибрид с POW, разработана в 2012 г. и имеет много недостатков.

Ключевая проблема алгоритмов PoS — проблема Византийских генералов BFT

Вид PoS — delegated PoS, где участники голосуют за валидаторов и делегируют им свои монеты за вознаграждение — https://miningbitcoinguide.com/mining/sposoby/dpos-protokol

Большое и серьезное видео о PoS и dPoS

4. Sharding. Разбиение блокчейна на несколько частей (шардов), когда каждый из них хранит лишь свою часть блокчейна. Можно сделать 100 шардов и на первый взгляд это увеличит пропускную способность в 100 раз. Но не все так просто. Проблема в том, что шарды не знают о состоянии других шард, т. е. по умолчанию можно делать транзакции только внутри шард. Чтобы обойти это ограничение надо наладить обмен информации между шардами и это снизит общую пропускную способность. Стоит отдельно добавить, что, судя по всему, для сохранения децентрализации Sharding является необходимостью, т. к. хранение блокчейна с 10K tps на сервере это очень дорогостоящее мероприятие, требующее большого количества аппаратных мощностей, а Sharding позволяет хранить лишь часть блокчейна.

Трилемма массштабируемости, которую шардинг по идее должен разрешить.

Источник