Блокчейны Layer 1

Введение

Проблемы возникают, когда блокчейн хотят использовать больше людей, чем сеть способна обслужить. Спрос на пространство блока бывает коротким всплеском, а бывает держится годами, пока люди хотят пользоваться сетью. При высоком спросе пользователи соревнуются друг с другом за быструю обработку транзакций, комиссии растут, и участники с меньшими деньгами остаются за бортом.

Этот урок объясняет, почему Ethereum и другие блокчейны подчиняются трилемме блокчейна, как она порождает описанные выше проблемы и как влияет на планы Ethereum по обслуживанию всех пользователей. Мы разберём компромиссы, которые выбрали разные блокчейны, и что эти компромиссы значат для Исследователей Академии.

Трилемма блокчейна

Как подсказывает слово трилемма, у блокчейнов есть три качества, которые соперничают между собой, поэтому улучшить все три сразу не получается.

Это безопасность, масштабируемость и децентрализация.

Чтобы блокчейн стал беспристрастной основой денежной системы для всего мира, он должен быть силён во всех трёх. Такой системе нужна защита от мошенничества, защита от цензуры за счёт децентрализации и масштаб, который выдержит более 8 миллиардов человек.

Проверка знаний 1

Трилемма блокчейна описывает связь между:

• [ ] Ethereum, Bitcoin и альткоинами

• [ ] безопасностью, цензурой и мошенничеством

• [ ] децентрализацией, масштабируемостью и безопасностью

• [ ] безопасностью, скоростью и низкими комиссиями

Безопасность и консенсус

Безопасность это самое базовое требование к публичному блокчейну. Компьютеры сети должны согласиться, какие транзакции действительно произошли, иначе совместная работа невозможна. Такое согласие называется консенсус. Блокчейн безопасен, если атакующие не могут помешать сети договориться об этой правде. Алгоритмы консенсуса как раз и рассчитаны на сопротивление таким атакам.

Сети вроде Bitcoin используют консенсус доказательство работы и защищают согласие через конкуренцию: создатели блоков наперегонки решают математическую задачу. Кто решил первым, получает право создать следующий блок и денежное вознаграждение за блок. Чтобы переписать недавнюю историю цепочки, нужны огромные вычислительные мощности и энергия, поэтому атакующий потратит больше, чем получит.

Проверка знаний 2

Консенсус блокчейна в криптовалютах это:

• [ ] Процесс, в котором узлы согласуют произошедшее ончейн

• [ ] Защита от мошенничества для всей экосистемы сети

• [ ] Механизм, защищённый экономическими стимулами

• [ ] Всё перечисленное

Безопасность и атаки

Один из способов атаковать консенсус это атака 51%. Тот, кто контролирует большинство мощности консенсуса, может откатить недавние транзакции и потратить одни и те же монеты дважды или заблокировать новые. Подделать подписи или потратить чужие деньги он не может. Большинство означает 51% вычислительной мощности в доказательстве работы и 51% стейка в доказательстве доли, то есть огромные вложения. Причём в доказательстве доли доказуемый обман, например подпись двух противоречащих блоков, уничтожает этот стейк (это называется слэшинг), и атакующий потеряет больше, чем получит.

В консенсусе доказательство доли создателя блока не выбирают через соревнование, его назначают случайно. Как и в доказательстве работы, алгоритм не даёт одному участнику регулярно «выигрывать» право создать новый блок.

Проверка знаний 3

Конечная цель атаки 51% это:

• [ ] Нарушить работу майнеров

• [ ] Потратить монеты дважды или цензурировать транзакции

• [ ] Создать новую криптовалюту

• [ ] Устранить остальные 49%

Масштабируемость: пропускная способность

Масштабируемость это способность блокчейна быстро обрабатывать много транзакций. Её определяют две части: пропускная способность и финальность.

1. Пропускная способность: сколько транзакций блокчейн обрабатывает за раз. Обычно её измеряют в транзакциях в секунду (TPS).

Представьте остановку, где ждёт много людей и каждую минуту подходят новые. Уехать хотят все, но автобус вмещает ограниченное число пассажиров. Чтобы разгрузить остановку быстрее, нужны автобусы побольше (больше людей) или почаще (меньше времени). Так же и с транзакциями: их надо уместить в небольшое пространство блока каждого блока. Живую визуализацию смотрите на https://txstreet.com/v/eth-btc.

Проверка знаний 4

Что верно для аналогии с автобусной остановкой?

• [ ] Людей (транзакции) собирают в автобусы (блоки)

• [ ] В каждый автобус (блок) влезает ограниченное число людей

• [ ] Больше людей (транзакций) требует больше автобусов (блоков)

• [ ] Всё перечисленное

Масштабируемость: финальность

Вторая часть масштабируемости блокчейна:

2. Финальность: когда можно быть достаточно уверенным, что транзакцию уже не изменят и не откатят?

В сетях на доказательстве работы, таких как Bitcoin, финальность измеряют в блоках: чем больше блоков добавлено после вашей транзакции, тем надёжнее она закреплена. Надёжный алгоритм консенсуса делает изменение прошлых блоков очень дорогим, и цена растёт тем сильнее, чем дальше назад кто-то пытается залезть. Bitcoin выпускает новый блок примерно раз в 10 минут, поэтому несколько подтверждений занимают около часа. Доказательство доли в сети Ethereum идёт другим путём: валидаторы голосуют за финализацию блоков, и примерно через 13 минут (две эпохи голосований) транзакция становится окончательной.

Децентрализация распределяет власть

Децентрализация это третья основа трилеммы блокчейна: передача контроля и права решать от одного участника к распределённой сети из множества. Именно она делает блокчейны сетями без разрешений и устойчивыми к цензуре: пользоваться ими может кто угодно, и создавать на них программы тоже может кто угодно.

Централизованные платформы вроде Facebook и Twitter могут отключить любой аккаунт в любой момент. Многие популярные стримеры на Twitch и TikTok теряли доступ к своим площадкам без причины. Даже если аккаунт удаётся вернуть, это долго и болезненно. Без децентрализации реестр блокчейна это просто финансовая таблица на банковском компьютере, и банкиры решают, кому открыть счёт. Сеть без разрешений означает, что власть распределена достаточно широко: отобрать доступ у человека или компании невозможно.

Проверка знаний 5

Какое утверждение о децентрализации НЕ верно?

• [ ] Децентрализация делает блокчейны устойчивыми к цензуре

• [ ] Децентрализация делает блокчейны сетями без разрешений

• [ ] Децентрализация помогает авторитарной власти держать контроль

• [ ] Системами без разрешений может пользоваться кто угодно

Насколько это децентрализовано?

Децентрализация это не ответ «да» или «нет». Десять контролирующих организаций это децентрализация? А тысяча? А миллион? Единого порога «достаточной» децентрализации нет, поэтому её удобнее считать шкалой. Есть не только чёрное и белое, но и множество оттенков серого между ними.

Поэтому правильнее говорить «более или менее децентрализовано, чем что-то другое», а не «централизовано или децентрализовано». Нейтральной денежной системе нужна высокая степень децентрализации, чтобы выдержать цензуру на уровне государства. Новые блокчейны часто меняют децентрализацию на масштабируемость, но тогда остаются уязвимы для того же давления обществ и правительств, что и полностью централизованные площадки. В итоге они могут заняться той же цензурой, что и централизованные соцсети.

Проверка знаний 6

Разные блокчейны используют разную степень децентрализации.

• [ ] Правда

• [ ] Неправда

Несколько примеров

У каждого блокчейна свой подход к трилемме и свои компромиссы ради своих целей. Bitcoin и Ethereum ставят безопасность и децентрализацию выше масштабируемости, поэтому у Bitcoin большое время финальности, а в сети Ethereum ограничено пространство блока. Когда спрос на смарт-контракты подскакивает, особенно в DeFi, комиссии в сети Ethereum растут: на пике спроса в 2021 году одна транзакция могла стоить десятки долларов.

Рост комиссий открыл дорогу альтернативным Layer 1, например BNB Chain, которые пожертвовали децентрализацией ради масштабируемости, чтобы дать выше пропускную способность и дешевле комиссии. Сети третьего поколения, такие как Solana, ищут новые способы решить трилемму, но базовые ограничения действуют на всех. Выбор каждой сети определяет её экосистему через последствия, которые из него вытекают.

Так что же можно сделать?

Если Ethereum выбрал высокую безопасность и децентрализацию, как ему масштабироваться до глобальной финансовой сети, которой он хочет стать? Дорожная карта Ethereum рассматривала два ответа: Layer 2 и шардинг блокчейна.

Layer 2 повышают масштабируемость Ethereum, не жертвуя двумя другими частями трилеммы. Это дополнительный слой поверх основного блокчейна: безопасность он берёт у основной сети, а пользователям даёт меньшие комиссии и более быстрые транзакции. Подробнее мы разберём их в уроке про Layer 2.

Шардинг разделил бы блокчейн на несколько параллельных цепочек, как новые полосы на дороге. Ethereum отложил этот план ради более простого: сделать данные блоков дешевле для Layer 2 (появилось в 2024 году) и наращивать ёмкость шаг за шагом, не жертвуя безопасностью и децентрализацией.

Проверка знаний 7

Layer 2:

• [ ] Обеспечивают собственную безопасность

• [ ] Повышают масштабируемость основного блокчейна

• [ ] Повышают комиссии для пользователей

• [ ] Увеличивают время финальности для пользователей

Будущее Ethereum

Сеть Ethereum продолжает наращивать масштабируемость, не жертвуя другими сторонами трилеммы. Переход на консенсус доказательство доли (The Merge, 2022 год) сократил энергопотребление сети более чем на 99%, а дешёвые данные блоков для Layer 2 появились в 2024 году. Масштабирование это непрерывная работа: каждое обновление делает Ethereum быстрее и дешевле, сохраняя безопасность и децентрализацию как основные принципы. У Ethereum Foundation есть отличная страница про дорожную карту Ethereum.

Параллельно многие протоколы Layer 2 строятся поверх Ethereum и помогают закрыть спрос, не меняя сам протокол Ethereum. Они опираются на Layer 1 Ethereum ради децентрализованной безопасности, а сами дают масштабируемость: разнообразие Layer 2 и создаёт децентрализованную экосистему! Ведущие роллапы это Arbitrum, OP Mainnet и Base, а Polygon PoS это популярный сайдчейн со своей отдельной безопасностью.

Проверка знаний 8

Обновления Ethereum включают:

• [ ] Layer 2 и дешёвые данные блоков ради масштабируемости

• [ ] Сохранение децентрализации и безопасности как основ

• [ ] Снижение расхода энергии за счёт доказательства доли

• [ ] Всё перечисленное

Что это значит для Исследователей?

Чтобы изучать технологию, нужны низкие комиссии: невысокий порог входа и небольшая цена ошибки, особенно в самом начале пути. Блокчейн Ethereum пока не идеален, но его ценности делают его одним из лучших кандидатов на роль глобальной финансовой вычислительной системы. Исследователи могут учиться работать с Ethereum, не платя огромных комиссий: Layer 2 дают безопасность и децентрализацию Ethereum вместе с более высокой масштабируемостью.

Следующий урок расскажет про решения Layer 2 и с чего начать. Вперёд, Исследователи!