Blockchainy Layer 1

Úvod

Problémy nastanou, když chce blockchain použít víc lidí, než dokáže obsloužit. Velká poptávka po blokovém prostoru může být krátkodobá, nebo může trvat tak dlouho, dokud lidé chtějí blockchain používat. Ve chvílích velké poptávky si lidé navzájem přihazují, aby jejich transakce prošly rychle. Poplatky rostou a vytlačí ty, kdo mají méně peněz.

V této lekci zjistíš, proč Ethereum i další blockchainy podléhají blockchainovému trilematu, proč je trilema příčinou popsaných problémů a jak ovlivňuje plány Etherea na obsluhu všech uživatelů. Podíváme se na kompromisy, které kvůli trilematu udělalo několik blockchainů, a na to, co znamenají pro Průzkumníky Akademie.

Blockchainové trilema

Jak napovídá slovo trilema, blockchainy mají tři vlastnosti, které si navzájem konkurují. Nejde vyladit všechny tři najednou.

Jsou to bezpečnost, škálovatelnost a decentralizace.

Aby blockchain mohl sloužit jako nestranný základ měnového systému v celosvětovém měřítku, měl by vynikat ve všech třech. Měnový systém musí být chráněný před podvody, díky decentralizaci odolný proti útokům cenzorů a dost škálovatelný, aby pokryl potřeby více než 8 miliard lidí.

Ověření znalostí 1

Blockchainové trilema popisuje vztah mezi:

• [ ] Ethereem, Bitcoinem a altcoiny

• [ ] bezpečností, cenzurou a podvody

• [ ] decentralizací, škálovatelností a bezpečností

• [ ] bezpečností, rychlostí a nízkými poplatky

Bezpečnost a konsenzus

Bezpečnost je nejzákladnější požadavek na veřejný blockchain. Počítače v síti se musí shodnout na tom, které transakce se opravdu staly. Této shodě se říká konsenzus. Blockchain je bezpečný, když útočníci nedokážou síti v této shodě zabránit. Algoritmy konsenzu jsou navržené tak, aby takovým útokům odolaly.

Řetězce jako Bitcoin používají konsenzus Proof of Work. Chrání shodu tím, že tvorba bloků je hodně soutěživá: každý producent bloků se snaží vyřešit matematickou úlohu. Kdo je první, získá právo vytvořit další blok a s ním i peněžní odměnu za blok. Přepsat nedávnou historii řetězce by vyžadovalo obrovské investice do výpočetního výkonu a energie, takže by útočník nejspíš utratil víc, než by získal.

Ověření znalostí 2

Blockchainový konsenzus u kryptoměn je:

• [ ] Proces, kdy se uzly shodnou na tom, co se stalo onchain

• [ ] Důležitý pro celý ekosystém řetězce, protože brání podvodům

• [ ] Zajištěný ekonomickými pobídkami

• [ ] Všechno výše uvedené

Bezpečnost a útoky

Jedním z možných útoků na blockchainový konsenzus je 51% útok. Útočník, který ovládá většinu konsenzuální síly sítě, může vrátit nedávné transakce a utratit stejné mince dvakrát, nebo cenzurovat nové. Nemůže ale padělat podpisy ani utrácet cizí prostředky. Většina znamená 51 % výpočetního výkonu u Proof of Work a 51 % staku u Proof of Stake, tedy obrovskou investici. U Proof of Stake se navíc prokazatelný podvod, třeba podpis dvou protichůdných bloků, trestá zničením vloženého staku. Říká se tomu slashing. Útočník by nejspíš ztratil víc, než by získal.

U konsenzu Proof of Stake se producent bloku nevybírá soutěží, ale losuje se náhodně. Stejně jako u Proof of Work algoritmus konsenzu zajistí, že žádný jednotlivý subjekt nemůže pravidelně „vyhrávat“ právo vytvořit nový blok.

Ověření znalostí 3

Cílem 51% útoku je:

• [ ] Narušit těžbu

• [ ] Utratit mince dvakrát nebo cenzurovat transakce

• [ ] Vytvořit novou kryptoměnu

• [ ] Vyřadit zbylých 49 %

Škálovatelnost: propustnost

Škálovatelnost je schopnost blockchainu zpracovat rychle hodně transakcí. Určují ji dvě části: propustnost a finalita.

1. Propustnost transakcí: kolik transakcí zvládne blockchain zpracovat najednou. Obvykle se měří v transakcích za sekundu (TPS).

Představ si zastávku, kde čeká spousta lidí a každou minutu přicházejí další. Všichni chtějí jet. Do autobusu se ale vejde jen omezený počet lidí. Aby se zastávka vyprázdnila rychleji, musely by jezdit větší autobusy (víc lidí), nebo by musely jezdit častěji (kratší čas). Stejně to funguje s transakcemi, které se snaží vejít do malého blokového prostoru každého bloku. Vizualizaci s živými daty najdeš na https://txstreet.com/v/eth-btc.

Ověření znalostí 4

Co platí pro přirovnání blockchainových transakcí k autobusové zastávce?

• [ ] Lidé (transakce) se seskupují do autobusů (bloků)

• [ ] Do autobusu (bloku) se vejde omezený počet lidí

• [ ] Víc lidí uvezou jen větší nebo častější autobusy

• [ ] Všechno výše uvedené

Škálovatelnost: finalita

Druhá část škálovatelnosti blockchainu je:

2. Finalita: kdy máme rozumnou jistotu, že se transakce už nezmění ani nevrátí zpět?

U řetězců s Proof of Work, jako je Bitcoin, se finalita měří v blocích: čím víc bloků přibude za tvoji transakci, tím menší je šance, že ji někdo vrátí. Bezpečný algoritmus konsenzu dělá změnu starých bloků velmi drahou a cena roste s tím, jak daleko do minulosti chce někdo zasáhnout. Bitcoin vytvoří nový blok zhruba každých 10 minut, takže čekání na několik potvrzení trvá asi hodinu. Ethereum jde s Proof of Stake jinou cestou: validátoři hlasují o finalizaci bloků a po zhruba 13 minutách (dvě epochy hlasování) je transakce finální.

Decentralizace rozděluje moc

Decentralizace je poslední pilíř blockchainového trilematu: je to přesun kontroly a rozhodování od jednoho subjektu k rozprostřené síti mnoha účastníků. Je to základní princip, díky kterému jsou blockchainy odolné vůči cenzuře. Použít je může kdokoli a kdokoli nad nimi může stavět software.

Centralizované platformy jako Facebook nebo Twitter mohou komukoli kdykoli zrušit účet. Spousta vlivných streamerů na Twitchi nebo TikToku přišla o účet bez udání důvodu. I když jde účet obnovit, bývá to dlouhý a nepříjemný proces. Bez decentralizace je blockchainová účetní kniha jen finanční tabulka v počítači banky a bankéři rozhodují, kdo si u nich smí založit účet. Síť nevyžadující povolení znamená, že je moc dostatečně decentralizovaná: přístup nejde nikomu odebrat.

Ověření znalostí 5

Které tvrzení o decentralizaci NEPLATÍ?

• [ ] Decentralizace dělá blockchainy odolné vůči cenzuře

• [ ] Díky decentralizaci nepotřebuješ k použití povolení

• [ ] Decentralizace pomáhá autoritářské moci udržet kontrolu

• [ ] Systémy bez povolení může použít kdokoli a odkudkoli

Je to decentralizované?

Jenže odpověď na otázku, jestli je něco decentralizované, není jen ano, nebo ne. Je decentralizované, když kontrolu drží 10 subjektů? A co 1000? Nebo milion? Neexistuje žádná pevná hranice, od které je něco dost decentralizované, takže dává smysl brát decentralizaci jako škálu. Místo černé a bílé je mezi nimi spousta odstínů šedé.

Můžeme tedy říct, že něco je „více nebo méně decentralizované než něco jiného“, místo „centralizované, nebo decentralizované“. Aby neutrální měnový systém odolal cenzuře na úrovni států, potřebuje vysokou míru decentralizace. Novější blockchainy často mění decentralizaci za škálovatelnost, ale tím se vystavují stejným tlakům společnosti a vlád, jaké cítí plně centralizované platformy. Můžou skončit u stejné cenzury, jakou vidíme na centralizovaných sociálních sítích.

Ověření znalostí 6

Různé blockchainy mají různou míru decentralizace.

• [ ] Pravda

• [ ] Nepravda

Několik příkladů

Každý blockchain přistupuje k trilematu po svém a každý udělal kompromisy podle svých cílů. Bitcoin a Ethereum staví bezpečnost a decentralizaci nad škálovatelnost. U Bitcoinu z toho plyne dlouhá doba do finality, na Ethereu omezený blokový prostor. Když prudce vzroste poptávka po chytrých kontraktech, hlavně v DeFi, poplatky na Ethereu stoupají. Ve špičce v roce 2021 stála jedna transakce i desítky dolarů.

Rostoucí poplatky otevřely prostor pro alternativní Layer 1, třeba BNB Chain, které daly přednost škálovatelnosti před decentralizací kvůli vyšší propustnosti transakcí a levnějším poplatkům. Řetězce třetí generace jako Solana řeší trilema novými způsoby, ale tato základní omezení platí pro všechny blockchainy. Volba každého řetězce určuje jeho ekosystém.

Co se s tím dá dělat?

Když Ethereum postavilo na první místo bezpečnost a decentralizaci, jak se může škálovat a obsloužit všechny uživatele jako celosvětová finanční síť, kterou se chce stát? Plán Etherea prozkoumal dvě odpovědi: Layer 2 a blockchainový sharding.

Layer 2 zvyšuje škálovatelnost Etherea, aniž by ustoupila ze zbylých dvou částí trilematu. Je to další vrstva nad hlavním blockchainem: bezpečnost si bere z hlavního řetězce, ale lidem přináší nižší poplatky a rychlejší transakce. Podrobně ji probereme v lekci o Layer 2.

Sharding měl blockchain rozdělit na několik paralelních řetězců, jako když se k silnici přidají další pruhy. Ethereum ten plán odložilo a zvolilo jednodušší cestu: zlevnit bloková data pro Layer 2 (přidáno v roce 2024) a zvyšovat kapacitu krok za krokem, bez obětování bezpečnosti a decentralizace.

Ověření znalostí 7

Layer 2:

• [ ] Zajišťují si vlastní bezpečnost

• [ ] Zvyšují škálovatelnost hlavního blockchainu

• [ ] Zvyšují poplatky pro uživatele

• [ ] Prodlužují dobu do finality

Budoucnost Etherea

Síť Ethereum dál zlepšuje svoji škálovatelnost, aniž by obětovala zbylé části trilematu. Přechod na konsenzus Proof of Stake v roce 2022 snížil spotřebu energie sítě o více než 99 % a levná bloková data pro Layer 2 dorazila v roce 2024. Škálování je nepřetržitá práce: každý upgrade dělá Ethereum rychlejší a levnější a bezpečnost s decentralizací zůstávají hlavními principy. Ethereum Foundation má o tom výbornou stránku, plán Etherea.

Mezitím spousta protokolů Layer 2 staví nad Ethereem a pomáhá pokrýt poptávku, aniž by se musel měnit samotný protokol Etherea. Tyto protokoly si berou decentralizovanou bezpečnost z Layer 1 Etherea a samy dodávají škálovatelnost. Rozmanitost Layer 2 tvoří decentralizovaný ekosystém! Mezi přední rollupy patří Arbitrum, OP Mainnet a Base. Polygon PoS je populární sidechain s vlastní bezpečností.

Ověření znalostí 8

K upgradům Etherea patří:

• [ ] Layer 2 a levnější bloková data pro vyšší škálovatelnost

• [ ] Udržení decentralizace a bezpečnosti jako hlavních principů

• [ ] Snížení spotřeby energie díky konsenzu Proof of Stake

• [ ] Všechno výše uvedené

Co to znamená pro Průzkumníky?

Nízké poplatky potřebuje každý, kdo se technologii teprve učí: bariéra vstupu je nižší a chyby stojí míň. Na začátku cesty to platí dvojnásob. Blockchain Ethereum zatím není ideální, ale jeho hodnoty z něj dělají jednoho z nejlepších kandidátů na splnění snu o celosvětovém finančním počítači. Průzkumníci se mohou naučit Ethereum používat, aniž by platili obří poplatky. Díky Layer 2 získají bezpečnost a decentralizaci Etherea spolu s vyšší škálovatelností.

Další lekce vysvětlí řešení Layer 2 a jak s nimi začít. Vzhůru na cestu, Průzkumníci!