Blockchainy Layer 1

Wprowadzenie

Problemy pojawiają się wtedy, gdy sieć blockchain ma więcej chętnych, niż jest w stanie obsłużyć. Duży popyt na przestrzeń blokową bywa chwilowy albo trwa tak długo, jak długo ludzie chcą korzystać z blockchaina. Przy dużym popycie użytkownicy licytują między sobą, aby ich transakcje zostały przetworzone szybko. Opłaty rosną i wypychają osoby z mniejszym kapitałem.

Ta lekcja wyjaśnia, dlaczego trylemat blockchaina dotyczy Ethereum i innych sieci, dlaczego to on jest źródłem opisanych wyżej problemów i jak wpływa na plany Ethereum wobec potrzeb wszystkich użytkowników. Przyjrzymy się kompromisom, na jakie poszły różne blockchainy, i temu, co te kompromisy oznaczają dla Odkrywców Akademii.

Trylemat blockchaina

Jak podpowiada przedrostek try, blockchainy mają trzy cechy, które ze sobą konkurują. Nie da się zoptymalizować wszystkich trzech naraz.

Są to: bezpieczeństwo, skalowalność i decentralizacja.

Aby blockchain mógł być bezstronnym fundamentem systemu pieniężnego w skali globalnej, powinien być mocny we wszystkich trzech obszarach. System pieniężny musi być odporny na oszustwa, chroniony przed cenzurą dzięki decentralizacji i skalowalny na tyle, by obsłużyć ponad 8 miliardów ludzi.

Test wiedzy 1

Trylemat blockchaina opisuje zależność między:

• [ ] Ethereum, Bitcoinem i altcoinami

• [ ] bezpieczeństwem, cenzurą i oszustwem

• [ ] decentralizacją, skalowalnością i bezpieczeństwem

• [ ] bezpieczeństwem, szybkością i niskimi opłatami

Bezpieczeństwo i konsensus

Bezpieczeństwo to najbardziej podstawowy wymóg publicznego blockchaina. Komputery w sieci muszą zgadzać się co do tego, jakie transakcje naprawdę się wydarzyły. Ta zgoda to konsensus. Blockchain jest bezpieczny, gdy atakujący nie potrafią jej zaburzyć. Algorytmy konsensusu są projektowane tak, by opierać się takim atakom.

Łańcuchy takie jak Bitcoin używają konsensusu Proof of Work: tworzenie bloków jest tam bardzo konkurencyjne, bo każdy producent bloków ściga się w rozwiązaniu zadania matematycznego. Pierwszy zdobywa prawo do utworzenia kolejnego bloku i nagrodę za blok. Przepisanie niedawnej historii łańcucha wymagałoby ogromnych nakładów mocy obliczeniowej i energii, więc atakujący wydałby więcej, niż zyskał.

Test wiedzy 2

Konsensus w sieciach kryptowalut:

• [ ] To proces, w którym węzły uzgadniają zdarzenia on-chain

• [ ] Jest ważny dla ekosystemu, bo zapobiega oszustwom

• [ ] Jest zabezpieczony bodźcami ekonomicznymi

• [ ] Wszystkie powyższe

Bezpieczeństwo i ataki

Jedną z form ataku na konsensus jest atak 51%: kto kontroluje większość mocy konsensusu w sieci, może cofnąć niedawne transakcje i wydać te same monety dwa razy albo cenzurować nowe. Nie podrobi jednak podpisów ani nie wyda cudzych środków. Ta większość to 51% mocy obliczeniowej w Proof of Work i 51% stawki w Proof of Stake, czyli ogromny kapitał. W Proof of Stake udowodnione oszustwo, na przykład podpisanie dwóch sprzecznych bloków, kończy się zniszczeniem stawki (to slashing), więc atakujący straciłby więcej, niż zyskał.

W konsensusie Proof of Stake producent bloku nie wygrywa go w rywalizacji, tylko jest losowany. Podobnie jak w Proof of Work algorytm konsensusu pilnuje, by żaden pojedynczy podmiot nie „wygrywał” regularnie prawa do tworzenia nowego bloku.

Test wiedzy 3

Celem ataku 51% jest:

• [ ] Zakłócenie kopania

• [ ] Podwójne wydanie monet lub cenzura transakcji

• [ ] Stworzenie nowej kryptowaluty

• [ ] Wyeliminowanie pozostałych 49%

Skalowalność - przepustowość

Skalowalność to zdolność blockchaina do szybkiego przetwarzania wielu transakcji. Składają się na nią dwa elementy: przepustowość i finalność.

1. Przepustowość transakcji: ile transakcji blockchain przetwarza naraz, zwykle mierzone w transakcjach na sekundę (TPS).

Wyobraź sobie przystanek, na którym czeka tłum ludzi, a co minutę dochodzą kolejni. Autobus zabierze tylko część z nich. Żeby przystanek pustoszał szybciej, potrzeba większych autobusów (więcej miejsc) albo częstszych kursów (mniej czasu). Tak samo jest z transakcjami, które muszą zmieścić się w niewielkiej przestrzeni blokowej każdego bloku. Wizualizację z danymi na żywo zobaczysz na https://txstreet.com/v/eth-btc.

Test wiedzy 4

Co jest prawdą w analogii z przystankiem autobusowym?

• [ ] Ludzie (transakcje) są grupowani w autobusach (blokach)

• [ ] Każdy autobus (blok) mieści ograniczoną liczbę osób

• [ ] Więcej osób wymaga większych albo częstszych autobusów

• [ ] Wszystkie powyższe

Skalowalność - finalność

Drugi element skalowalności blockchaina to:

2. Finalność: kiedy możemy być rozsądnie pewni, że transakcja nie zostanie zmieniona ani cofnięta?

W łańcuchach Proof of Work, takich jak Bitcoin, finalność mierzy się w blokach: im więcej bloków dołączy do łańcucha po twojej transakcji, tym pewniej nie zostanie ona cofnięta. Bezpieczny algorytm konsensusu sprawia, że zmiana dawnych bloków jest bardzo kosztowna, a koszt rośnie z każdym blokiem wstecz. Bitcoin tworzy nowy blok mniej więcej co 10 minut, więc kilka potwierdzeń to około godziny. Proof of Stake w Ethereum działa inaczej: walidatory głosują nad finalizacją bloków i po około 13 minutach (dwie epoki głosowań) transakcja jest ostateczna.

Decentralizacja rozprasza władzę

Decentralizacja to ostatni filar trylematu: przeniesienie kontroli i decyzji z jednego podmiotu na rozproszoną sieć wielu uczestników. To ona sprawia, że blockchainy są niewymagające pozwoleń i odporne na cenzurę: każdy może z nich korzystać i każdy może na nich budować oprogramowanie.

Scentralizowane platformy, takie jak Facebook czy Twitter, mogą w każdej chwili wyłączyć dowolne konto. Wielu znanych streamerów zniknęło z Twitcha czy TikToka bez podania powodu. Odzyskanie konta bywa długie i bolesne. Bez decentralizacji rejestr blockchaina byłby zwykłym arkuszem w banku, a bankierzy decydowaliby, kto może założyć konto. Sieć niewymagająca pozwoleń oznacza, że władza jest wystarczająco rozproszona i nikomu nie da się odebrać dostępu.

Test wiedzy 5

Które zdanie o decentralizacji NIE jest prawdziwe?

• [ ] Decentralizacja czyni blockchainy odpornymi na cenzurę

• [ ] Decentralizacja znosi konieczność pozwoleń

• [ ] Decentralizacja pomaga władzom autorytarnym utrzymać kontrolę

• [ ] Z systemów bez pozwoleń może korzystać każdy i wszędzie

Czy to jest zdecentralizowane?

Decentralizacja to nie odpowiedź „tak” albo „nie”. Czy 10 podmiotów kontrolujących to już decentralizacja? A 1000? Milion? Nie ma progu, od którego coś jest „wystarczająco zdecentralizowane”, więc lepiej myśleć o decentralizacji jak o skali. Między czernią a bielą jest wiele odcieni szarości.

Dlatego mówimy, że coś jest „bardziej lub mniej zdecentralizowane niż coś innego”, a nie „scentralizowane albo zdecentralizowane”. Neutralny system pieniężny potrzebuje wysokiego stopnia decentralizacji, żeby oprzeć się cenzurze na poziomie państwa. Nowsze blockchainy często wymieniają decentralizację na skalowalność, ale zostają wtedy podatne na te same naciski społeczne i rządowe, co platformy w pełni scentralizowane. Mogą skończyć na tej samej cenzurze, jaką widać w scentralizowanych mediach społecznościowych.

Test wiedzy 6

Różne blockchainy mają różny stopień decentralizacji.

• [ ] Prawda

• [ ] Fałsz

Kilka przykładów

Każdy blockchain podchodzi do trylematu inaczej i każdy zawarł kompromisy pasujące do jego celów. Bitcoin i Ethereum stawiają bezpieczeństwo i decentralizację ponad skalowalność, dlatego Bitcoin ma długi czas do finalności, a Ethereum ograniczoną przestrzeń blokową. Gdy popyt na inteligentne kontrakty rośnie, zwłaszcza w DeFi, opłaty w Ethereum idą w górę: w szczycie w 2021 roku jedna transakcja potrafiła kosztować dziesiątki dolarów.

Rosnące opłaty otworzyły drogę projektom takim jak BNB Chain, czyli alternatywny Layer 1, który postawił skalowalność ponad decentralizację, aby uzyskać większą przepustowość transakcji i tańsze opłaty. Łańcuchy trzeciej generacji, takie jak Solana, próbują nowych metod, ale wszystkie blockchainy wciąż podlegają tym samym ograniczeniom. Wybór każdego łańcucha definiuje jego ekosystem.

Co można z tym zrobić?

Skoro Ethereum postawiło na wysokie bezpieczeństwo i decentralizację, jak ma się skalować do potrzeb wszystkich użytkowników globalnej sieci finansowej? Mapa drogowa Ethereum rozważała dwie odpowiedzi: Layer 2 i sharding.

Layer 2 zwiększa skalowalność Ethereum bez uszczerbku dla dwóch pozostałych części trylematu. To dodatkowa warstwa nad główną siecią: bezpieczeństwo bierze z głównego łańcucha, a użytkownikom daje niższe opłaty i szybsze transakcje. Poznasz ją dokładniej w lekcji o Layer 2.

Sharding miał podzielić blockchain na wiele równoległych łańcuchów, jak dokładanie pasów do drogi. Ethereum odłożyło ten plan na rzecz prostszego: potanienia danych blokowych dla Layer 2 (wprowadzone w 2024 roku) i stopniowego zwiększania przepustowości, bez utraty bezpieczeństwa i decentralizacji.

Test wiedzy 7

Sieci Layer 2:

• [ ] Zapewniają własne bezpieczeństwo

• [ ] Zwiększają skalowalność głównego blockchaina

• [ ] Podnoszą opłaty dla użytkowników

• [ ] Wydłużają czas do finalności

Przyszłość Ethereum

Ethereum wciąż rozwija skalowalność, nie rezygnując z pozostałych elementów trylematu. Przejście na konsensus Proof of Stake (The Merge, 2022) obniżyło zużycie energii sieci o ponad 99%, a tanie dane blokowe dla Layer 2 pojawiły się w 2024 roku. Skalowanie to praca ciągła: każda aktualizacja czyni Ethereum szybszym i tańszym, a bezpieczeństwo i decentralizacja pozostają fundamentem. Fundacja Ethereum prowadzi świetną stronę o mapie drogowej Ethereum.

Tymczasem wiele protokołów Layer 2 buduje na Ethereum, aby zaspokoić popyt bez zmian w samym protokole Ethereum. Czerpią one zdecentralizowane bezpieczeństwo z Layer 1, a same dostarczają skalowalność. Różnorodność sieci Layer 2 tworzy zdecentralizowany ekosystem! Czołowe rollupy to Arbitrum, OP Mainnet i Base, a Polygon PoS to popularny sidechain z własnym bezpieczeństwem.

Test wiedzy 8

Aktualizacje Ethereum obejmują:

• [ ] Layer 2 i tańsze dane blokowe dla większej skalowalności

• [ ] Utrzymanie decentralizacji i bezpieczeństwa jako fundamentów

• [ ] Zmniejszenie zużycia energii dzięki Proof of Stake

• [ ] Wszystkie powyższe

Co to oznacza dla Odkrywców?

Niskie opłaty są potrzebne, aby poznawać tę technologię przy niskim progu wejścia i niewielkim koszcie pomyłek, zwłaszcza na początku drogi. Blockchain Ethereum nie jest jeszcze idealny, ale jego wartości czynią go jednym z najlepszych kandydatów do spełnienia marzenia o globalnym finansowym systemie obliczeniowym. Odkrywcy mogą uczyć się Ethereum bez ogromnych opłat: dzięki sieciom Layer 2 łączą bezpieczeństwo i decentralizację Ethereum z wyższą skalowalnością.

Następna lekcja wyjaśni rozwiązania Layer 2 i pokaże, jak zacząć. Naprzód, Odkrywco!