Блокчейни Layer 1

Вступ

Проблеми виникають, коли охочих скористатися мережею блокчейну більше, ніж вона здатна обробити. Великий попит на простір блоку буває тимчасовим, а може тривати доти, доки люди сильно хочуть користуватися блокчейном. У періоди високого попиту користувачі перебивають ставки одне одного, щоб їхні транзакції обробили швидше, комісії зростають, і тим, у кого менше грошей, це стає не по кишені.

У цьому уроці ми розберемо, чому Ethereum та інші блокчейни підпорядковані блокчейн-трилемі, як саме вона породжує описані вище проблеми і як впливає на плани Ethereum обслуговувати всіх користувачів. Ми подивимося на компроміси, які різні блокчейни зробили щодо трилеми, і що вони означають для дослідників Академії.

Блокчейн-трилема

Як підказує слово трилема, є три властивості блокчейнів, які конкурують між собою і не дають оптимізувати всі три водночас.

Це безпека, масштабованість і децентралізація.

Щоб блокчейн став неупередженою основою грошової системи глобального масштабу, він має бути сильним в усіх трьох аспектах. Грошова система має бути захищеною від шахрайства, захищеною від цензорів завдяки децентралізації і масштабованою, щоб задовольнити потреби понад 8 мільярдів людей.

Перевірка знань 1

Блокчейн-трилема описує зв'язок між:

• [ ] ethereum, bitcoin і альткоїнами

• [ ] безпекою, цензурою і шахрайством

• [ ] децентралізацією, масштабованістю і безпекою

• [ ] безпекою, швидкістю і низькими комісіями

Безпека і консенсус

Безпека це найважливіша базова вимога до публічного блокчейну. Комп'ютери в мережі мають узгодити між собою, які транзакції справді відбулися, інакше вони не зможуть працювати разом; таку згоду називають консенсусом. Блокчейн безпечний, якщо зловмисники не здатні зірвати цю згоду щодо правди. Алгоритми консенсусу створені так, щоб протистояти таким атакам.

Мережі на кшталт Bitcoin, які використовують консенсус Proof of Work, захищають цю згоду, роблячи створення блоків дуже конкурентним: кожен виробник блоків змагається, хто перший розв'яже математичну задачу. Переможець отримує право створити наступний блок і винагороду за блок. Щоб переписати недавню історію мережі, потрібні величезні вкладення в обчислення й енергію, тож зловмисник, найімовірніше, витратить більше, ніж здобуде.

Перевірка знань 2

Консенсус блокчейну для криптовалют це:

• [ ] Процес, у якому вузли узгоджують, що сталося в мережі

• [ ] Важлива річ для всіх в екосистемі мережі, щоб не було шахрайства

• [ ] Те, що захищене економічними стимулами

• [ ] Усе перелічене

Безпека і атаки

Одна з можливих атак на консенсус це атака 51 %: зловмисник, який контролює більшість сили консенсусу, може скасувати недавні транзакції і витратити ті самі монети двічі або цензурувати нові. Підробити підписи чи витратити чужі кошти він не може. Ця більшість означає 51 % обчислювальної потужності у Proof of Work і 51 % стейку у Proof of Stake, тобто величезні вкладення. А в Proof of Stake за доказане шахрайство, як-от підпис двох суперечливих блоків, стейк знищують (це називають слешингом), тож зловмисник радше втратить більше, ніж здобуде.

У консенсусі Proof of Stake виробника блоків не обирають через змагання, а призначають випадково. Як і в Proof of Work, алгоритм консенсусу дбає, щоб жоден окремий учасник не міг регулярно «вигравати» право створити новий блок.

Перевірка знань 3

Кінцева мета атаки 51 % це:

• [ ] Зірвати роботу майнерів

• [ ] Витратити монети двічі або цензурувати транзакції

• [ ] Створити нову криптовалюту

• [ ] Знищити решту 49 %

Масштабованість: пропускна здатність

Масштабованість це здатність блокчейну швидко обробляти багато транзакцій. Її визначають дві складові: пропускна здатність і фінальність.

1. Пропускна здатність транзакцій: скільки транзакцій блокчейн обробляє водночас, зазвичай у транзакціях за секунду (TPS).

Уяви багато людей на автобусній зупинці, і щохвилини приходять нові, усі хочуть їхати. Але автобус вміщає лише певну кількість пасажирів. Щоб швидше розвантажити зупинку, потрібні більші автобуси (більше людей) або частіші рейси (менше часу). Так само й з транзакціями, які треба вмістити в невеликий простір у блоці, доступний для кожного блока. Побачити це з живими даними можна тут: https://txstreet.com/v/eth-btc.

Перевірка знань 4

Що правильно для аналогії транзакцій з автобусною зупинкою?

• [ ] Людей (транзакції) групують в автобуси (блоки)

• [ ] Кожен автобус (блок) вміщає обмежену кількість людей (транзакцій)

• [ ] Щоб везти більше людей, потрібні більші або частіші автобуси

• [ ] Усе перелічене

Масштабованість: фінальність

Другий аспект масштабованості блокчейну:

2. Фінальність: коли можна бути достатньо впевненим, що транзакцію вже не змінять і не скасують?

У мережах на Proof of Work, як Bitcoin, фінальність вимірюють у блоках: що більше блоків додано після твоєї транзакції, то більша впевненість, що її не відкотять. Пам'ятай: надійний алгоритм консенсусу робить зміну минулих блоків дуже дорогою, і що глибше в минуле, то дорожче. Bitcoin створює новий блок приблизно кожні 10 хвилин, тож кілька підтверджень займають близько години. Proof of Stake в Ethereum іде іншим шляхом: валідатори голосують за фіналізацію блоків, і приблизно через 13 хвилин (дві епохи голосувань) транзакція стає остаточною.

Децентралізація розподіляє владу

Децентралізація це остання основа блокчейн-трилеми: передавання контролю і рішень від однієї структури до розподіленої мережі багатьох. Саме вона дає блокчейнам змогу бути без дозволу і стійкими до цензури: децентралізованими блокчейнами може користуватися будь-хто, і будь-хто може будувати на них програми.

Централізовані платформи на кшталт Facebook і Twitter будь-коли можуть заблокувати чийсь акаунт. Багато впливових стримерів на Twitch чи TikTok втрачали доступ без причини. Навіть якщо акаунт вдається повернути, це буває довго й болісно. Без децентралізації блокчейн-реєстр це просто фінансова таблиця на банківському комп'ютері, де банкіри вирішують, кому відкрити рахунок. Мережа без дозволу означає, що влада достатньо розподілена: забрати в людини доступ неможливо.

Перевірка знань 5

Яке з тверджень НЕправильне щодо децентралізації?

• [ ] Децентралізація робить блокчейни стійкими до цензури

• [ ] Децентралізація робить блокчейни доступними без дозволу

• [ ] Децентралізація допомагає авторитарним силам утримувати владу

• [ ] Системами без дозволу може користуватися будь-хто і будь-де

Чи це децентралізовано?

Але «децентралізовано» це не проста відповідь «так» чи «ні». Чи є децентралізованими 10 структур, які контролюють мережу? А 1000? А мільйон? Стандартної межі «достатньої децентралізації» немає, тож зручніше думати про неї як про спектр. Замість лише чорного і білого є багато відтінків сірого між ними.

Тому коректніше казати «більш або менш децентралізовано, ніж щось інше», а не «централізовано чи децентралізовано». Нейтральній грошовій системі потрібен високий рівень децентралізації, щоб протистояти цензурі на рівні держави. Новіші блокчейни часто міняють децентралізацію на масштабованість, але лишаються вразливими до того самого тиску суспільств і урядів, який відчувають повністю централізовані платформи. Вони можуть скотитися до тієї ж цензури, що й централізовані соцмережі.

Перевірка знань 6

Різні блокчейни мають різний рівень децентралізації.

• [ ] Так

• [ ] Ні

Кілька прикладів

Кожен блокчейн має свій підхід до трилеми і свої компроміси заради власних цілей. Bitcoin і Ethereum ставлять безпеку і децентралізацію вище за масштабованість, тому в Bitcoin довгий час фінальності, а в Ethereum обмежений простір у блоці. Коли попит на смартконтракти різко зростає, особливо в DeFi, комісії Ethereum піднімаються: на піку попиту у 2021 році одна транзакція могла коштувати десятки доларів.

Зростання комісій відкрило дорогу альтернативним Layer 1, як-от BNB Chain, що поставили масштабованість вище за децентралізацію заради вищої пропускної здатності транзакцій і дешевших комісій. Мережі третього покоління, як Solana, шукають нові способи розв'язати трилему, але всі блокчейни й далі підпорядковані цим базовим обмеженням. Вибір кожної мережі визначає її екосистему через наслідки, що з нього випливають.

Що ж можна зробити?

Якщо Ethereum обрав високу безпеку і децентралізацію, то як йому масштабуватися, щоб стати глобальною фінансовою мережею для всіх користувачів? Дорожня карта Ethereum розглядала дві відповіді: Layer 2 і шардинг блокчейну.

Layer 2 підвищують масштабованість Ethereum, не жертвуючи двома іншими частинами трилеми. Це додатковий рівень поверх основного блокчейну: він спирається на безпеку основної мережі, але дає нижчі комісії і швидші транзакції. Детальніше розглянемо їх в уроці про Layer 2.

Шардинг мав поділити блокчейн на кілька паралельних мереж, як додаткові смуги на дорозі. Ethereum відклав цей план заради простішого: зробити дані блоків дешевшими для Layer 2 (додано у 2024 році) і крок за кроком нарощувати ємність без шкоди для безпеки і децентралізації.

Перевірка знань 7

Layer 2:

• [ ] Забезпечують власну безпеку

• [ ] Підвищують масштабованість основного блокчейну

• [ ] Підвищують комісії для користувачів

• [ ] Збільшують час фінальності для користувачів

Майбутнє Ethereum

Мережа Ethereum і далі розвиває масштабованість, не жертвуючи іншими аспектами трилеми. Перехід до консенсусу Proof of Stake (Merge, 2022) скоротив споживання енергії більш ніж на 99 %, а дешеві дані блоків для Layer 2 з'явилися у 2024 році. Масштабування це безперервна робота: кожне оновлення робить Ethereum швидшим і дешевшим, зберігаючи безпеку і децентралізацію як основні принципи. У Ethereum Foundation є чудова сторінка про дорожню карту Ethereum.

Водночас багато протоколів Layer 2 будують поверх Ethereum, щоб задовольнити попит без змін у самому протоколі Ethereum. Вони спираються на Layer 1 Ethereum, який дає децентралізовану безпеку, а самі дають масштабованість; різноманіття Layer 2 і творить децентралізовану екосистему! Серед провідних ролапів Arbitrum, OP Mainnet і Base; Polygon PoS це популярний сайдчейн із власною окремою безпекою.

Перевірка знань 8

Оновлення Ethereum включають:

• [ ] Layer 2 і дешевші дані блоків для більшої масштабованості

• [ ] Збереження децентралізації і безпеки як основних принципів

• [ ] Зменшення споживання енергії завдяки консенсусу Proof of Stake

• [ ] Усе перелічене

Що це означає для дослідників?

Користувачам потрібні низькі комісії, щоб вивчати технологію з невисоким порогом входу і малою ціною помилки, особливо на початку шляху. Блокчейн Ethereum ще не ідеальний, але його цінності роблять його одним із найкращих кандидатів на роль глобальної фінансової обчислювальної системи. Дослідники можуть вчитися і користуватися Ethereum, не платячи величезних комісій: Layer 2 дають безпеку і децентралізацію Ethereum разом із вищою масштабованістю.

Наступний урок пояснить рішення Layer 2 і як почати ними користуватися. Уперед, дослідники!