CE ÎNSEAMNĂ SCALAREA ÎN BLOCKCHAIN ȘI DE CE ESTE DIFICILĂ?

Ce este scalarea Blockchain?

Scalarea în contextul blockchain se referă la capacitatea unei rețele blockchain de a gestiona un număr tot mai mare de tranzacții sau o bază de utilizatori în creștere fără a compromite performanța, securitatea sau descentralizarea acesteia. Scopul fundamental al scalării este de a crește debitul (tranzacții pe secundă), de a reduce latența și de a controla costurile asociate cu utilizarea rețelei, în special pe măsură ce adoptarea crește.

De exemplu, Bitcoin, rețeaua blockchain originală, poate procesa aproximativ 7 tranzacții pe secundă (TPS), în timp ce Ethereum, platforma principală de contracte inteligente, gestionează aproximativ 15-30 TPS. În schimb, sistemele de plată tradiționale, cum ar fi Visa, pot procesa peste 24.000 TPS. Această discrepanță vastă demonstrează provocarea de scalabilitate cu care se confruntă tehnologia blockchain.

Există două categorii largi de abordări de scalare:

• Scalare on-chain: Efectuarea de modificări la protocolul principal blockchain pentru a permite mai multe tranzacții pe secundă. Aceasta poate implica creșterea dimensiunii blocului, reducerea timpului de blocare sau modificarea algoritmilor de consens.
• Scalare în afara lanțului: Descărcarea procesării tranzacțiilor către sisteme auxiliare sau straturi secundare care interacționează cu blockchain-ul principal, dar funcționează independent pentru a crește debitul general.

Scalarea eficientă ar trebui să mențină securitatea și descentralizarea unui blockchain. Totuși, acest lucru prezintă o provocare tehnică semnificativă, deoarece modificările aduse unui aspect pot compromite altele, ducând la ceea ce este cunoscut sub numele de „trilema scalabilității”.

Trilema scalabilității

Trilema scalabilității, inventată de co-fondatorul Ethereum, Vitalik Buterin, postulează că sistemele blockchain pot realiza cel mult două dintre următoarele trei proprietăți simultan:

• Descentralizare: Participare egală din partea nodurilor independente fără a se baza pe autoritățile centrale.
• Securitate: Protecție împotriva atacurilor sau manipulării.
• Scalabilitate: Capacitatea de a gestiona eficient volume mai mari de tranzacții.

Dificultatea constă în optimizarea tuturor celor trei. Creșterea debitului ar putea implica blocuri mai mari, aducând beneficii scalabilității, dar acest lucru necesită adesea mai multă putere de calcul, centralizând participarea nodurilor și slăbind descentralizarea. În mod similar, adăugarea unor etape suplimentare de consens poate consolida securitatea, dar poate reduce scalabilitatea.

Pe măsură ce adoptarea blockchain crește în toate industriile - de la finanțe la lanțurile de aprovizionare - rezolvarea problemei scalabilității este primordială. Dezvoltatorii și cercetătorii explorează în mod activ metode inovatoare de scalare a rețelelor blockchain, păstrându-și în același timp valorile fundamentale.

De ce este scalarea blockchain atât de dificilă?

Scalarea unei rețele blockchain este inerent dificilă din cauza alegerilor fundamentale de design care prioritizează descentralizarea și securitatea. Aceste principii de design, care oferă unele dintre cele mai mari beneficii ale blockchain-ului - cum ar fi imuabilitatea și lipsa de încredere - creează, de asemenea, limitări în viteza de procesare și stocarea datelor.

1. Mecanisme de consens

În centrul oricărei rețele blockchain se află un mecanism de consens sau metoda prin care participanții sunt de acord asupra stării registrului. Mecanisme populare precum Proof of Work (PoW) și Proof of Stake (PoS) necesită fie eforturi intensive de calcul, fie eforturi de validare distribuită pentru a se asigura că toate tranzacțiile sunt legitime.

Deși aceste mecanisme protejează împotriva fraudei și a manipulării, ele introduc și latență. În cazul Bitcoin, timpul mediu de blocare este de 10 minute, limitând cât de repede pot fi finalizate tranzacțiile. Creșterea dimensiunii blocurilor pentru a include mai multe tranzacții poate fi de ajutor, dar, de asemenea, suprasolicită nodurile cu încărcături de date mai mari, descurajând participarea și potențial centralizând controlul.

2. Propagarea rețelei

Un alt obstacol este timpul necesar pentru propagarea noilor blocuri în întreaga rețea. În sistemele descentralizate, nodurile trebuie să comunice în zone geografice dispersate. Blocurile mai mari necesită mai mult timp pentru propagare, crescând șansa blocurilor orfane și a problemelor de consens, care subminează fiabilitatea și eficiența.

3. Stocarea datelor și cerințele nodurilor

Datele blockchain sunt stocate redundant pe fiecare nod complet. Pe măsură ce blockchain-ul crește, cresc și cerințele de stocare și lățime de bandă pentru a rula un nod. Fără o echilibrare atentă, acest lucru duce la o creștere a numărului de persoane care pot opera noduri, compromițând din nou descentralizarea. Ethereum, de exemplu, a introdus propuneri de „chirie de stat” pentru a aborda problemele excesive de stocare a datelor care împiedică scalarea.

4. Compatibilitate inversă și bifurcații

Implementarea îmbunătățirilor de scalabilitate necesită de obicei modificarea protocolului principal al blockchain-ului. Aceste modificări duc adesea la „bifurcații dure”, divizând lanțul și ecosistemul existente. Acest lucru poate cauza confuzie, fragmentare și pierderea consensului comunității. Menținerea compatibilității inverse în timpul implementării actualizărilor scalabile continuă să fie o provocare semnificativă.

5. Vulnerabilități de securitate

Eforturile de scalare pot introduce în mod accidental vectori de atac suplimentari. De exemplu, soluțiile de nivel 2, cum ar fi lanțurile laterale și rollup-urile, funcționează parțial în afara lanțului și pot moșteni presupuneri de securitate mai slabe decât lanțul principal. Asigurarea unei scalabilități mai largi fără a face sistemul mai vulnerabil este o preocupare continuă pentru dezvoltatori.

În concluzie, fiecare încercare de a scala o soluție blockchain trebuie să navigheze printr-o rețea de compromisuri. Fie prin optimizări de protocol, fie prin soluții în afara lanțului, dezvoltatorii trebuie să păstreze pilonii blockchain-ului - securitatea și descentralizarea - îmbunătățind în același timp performanța într-un mediu distribuit global. Nicio soluție unică nu se potrivește tuturor rețelelor, de unde și diversitatea strategiilor pe diferite platforme.

Soluții pentru scalabilitatea blockchain

Având în vedere provocările prezentate, dezvoltatorii au adoptat abordări multiple pentru scalarea rețelelor blockchain. Aceste soluții vizează punctele slabe precum volumul tranzacțiilor, eficiența consensului și stocarea datelor. Acestea sunt clasificate în general în metode de scalare on-chain și off-chain, precum și modele hibride.

1. Soluții de nivel 2

• Canale de stare: Acestea permit la două părți să tranzacționeze off-chain și să transfere doar rezultatul final în lanțul principal, reducând semnificativ congestia. Exemplele includ rețeaua Lightning a Bitcoin și rețeaua Raiden a Ethereum.
• Plasmă și seturi: Lanțurile plasma funcționează ca lanțuri fiu semi-autonome care grupează tranzacțiile înainte de a le plasa pe lanțul principal. Seturile (optimiste sau zero-knowledge) comprimă datele tranzacțiilor și le procesează off-chain, stocând în același timp dovezile on-chain. Acest lucru menține securitatea și îmbunătățește randamentul.

Opțiunile de nivel 2 sunt din ce în ce mai favorizate deoarece permit creșteri semnificative ale capacității tranzacțiilor fără a modifica protocolul de bază.

2. Sharding

Sharding-ul implică divizarea blockchain-ului în bucăți mai mici, sau „shard-uri”, fiecare capabilă să proceseze tranzacțiile și contractele inteligente. Coordonate de lanțul principal, shard-urile pot scala liniar odată cu dimensiunea rețelei. Ethereum 2.0 prevede sharding-ul ca o caracteristică centrală de scalabilitate; cu toate acestea, implementarea este complexă și continuă.

3. Mecanisme alternative de consens

Unele blockchain-uri mai noi adoptă modele de consens care oferă în mod inerent o scalabilitate mai bună:

• Prova delegată a mizei (DPoS): Utilizată de EOS și Tron, DPoS se bazează pe un set limitat de validatori, crescând viteza tranzacțiilor, deși cu o descentralizare redusă.
• Prova istoricului (PoH): Utilizată de Solana, PoH permite secvențierea rapidă a tranzacțiilor, îmbunătățind randamentul.

Aceste mecanisme încearcă să echilibreze securitatea și scalabilitatea, deși fiecare are limitările și riscurile sale de centralizare.

4. Eliminarea blockchain-urilor și eficiența stocării

Arhivele blockchain complete sunt substanțiale, necesitând o capacitate mare de stocare. Tehnicile de eliminare - eliminarea datelor inutile sau istorice - urmăresc să faciliteze participarea nodurilor. Unele blockchain-uri explorează, de asemenea, modele de clienți fără stare, unde sunt necesare doar datele de stare curentă pentru validare, reducând sarcina generală.

5. Interoperabilitate și lanțuri laterale

Prin valorificarea lanțurilor laterale - blockchain-uri paralele legate de lanțul principal - încărcăturile tranzacțiilor pot fi distribuite. De exemplu, Polygon oferă lanțuri laterale compatibile cu Ethereum care descarcă sarcina de calcul și stocare. Protocoalele de interoperabilitate precum Polkadot și Cosmos facilitează tranzacțiile cross-chain, creând un ecosistem scalabil multi-lanț.

6. Concluzii și calea de urmat

Nicio soluție unică nu rezolvă scalabilitatea blockchain-ului. Progresul este iterativ și necesită adesea compromisuri. Platformele de top precum Ethereum implementează treptat sharding și rollup-uri, în timp ce blockchain-urile alternative explorează arhitecturi noi. Între timp, cercetătorii continuă să exploreze inovații, de la registre bazate pe DAG până la validarea tranzacțiilor asistată de inteligență artificială.

În cele din urmă, capacitatea blockchain-urilor de a se scala eficient va determina cât de mult vor fi adoptate în comerțul global, finanțe și nu numai. Scalabilitatea rămâne atât un obstacol tehnic, cât și o oportunitate de a remodela infrastructura digitală cu sisteme descentralizate.