Sharding vs. Off-Chain: Mi a jobb a Blockchain méretezhetőség szempontjából?

A blokklánc méretezhetősége létfontosságú kérdés, amely kihat e forradalmi technológia további elfogadására. Különböző megoldások vannak erre a problémára, és ebben a cikkben kettőt veszünk fontolóra: szilánkos és nem láncolt. Ezt több skálázhatósági projekt példáinak hivatkozásával fogjuk megtenni: FLETA, Elrond és GEO Protocol.

sharding vs offchain

A probléma

A blokklánc méretezhetőségének problémája több részre osztható: adatméret, tranzakciós sebesség és költség.

Adatok mérete

Minden blokk új tranzakciói (különösen egy népszerű, például a Bitcoin vagy az Ethereum) állandó blokk-kiegészítésekhez vezetnek a főkönyvben. Ez pedig az örökölt adatok folyamatos növekedéséhez vezet, amelyeket a blokklánc teljes csomópontjainak kell tárolniuk (mivel ez az elosztott főkönyvi technológia lényege – DLT). Amikor a felhasználók és a tranzakciók száma nő, ezek a felhalmozódó adatok óriási mértékben megduzzadnak, és nincs mód valahogy megfordítani vagy lassítani a folyamatot. 

Tranzakció sebessége

Minden blokklánc-tranzakció megköveteli a többi hálózat tagjának egyenrangú ellenőrzését (konszenzusos mechanizmus), amely a felhasználók és a tranzakciók számának növekedésével jelentősen lassabbá válhat. A Bitcoin másodpercenként csak 6 tranzakciót képes kezelni. Hasonlítsa össze a Visa 8000 átlagával vagy a másodpercenként 43 000 tranzakció csúcskapacitásával.

Tranzakciós költségek

Ugyanez vonatkozik a tranzakciós költségekre is. Láthatjuk, hogy a költségek növekednek, amikor több felhasználó és tranzakció van a népszerű blockchain hálózatokon. Ez azért van, mert több csomópontra (bányászra vagy validátorra) van szükség a hálózat növekedésével a feldolgozásukhoz (a legszélesebb körben alkalmazott munkabizonyítási – PoW – konszenzusos mechanizmus esetén), amely több működési költséget jelent. Ezenkívül, ha egy adott érme ára növekszik, a korábban centes díjakba kerülő tranzakciók dollárba vagy akár több tucat dollárba kerülnek. 

Természetesen néhány prominens blokklánc, mint például az Ethereum, sokkal gyorsabb és olcsóbb, mint a Bitcoin – de ez nem oldja meg teljesen a problémát. A helyzet az, hogy a blokkláncban decentralizációt és cenzúra-ellenállást érhet el, de mindig a méretezhetőség és a sebesség árán. Azok a kísérletek, amelyek révén a blokklánc-rendszereket méretezhetőbbé és gyorsabbá lehet tenni a tervezés révén, nagyobb centralizációhoz és / vagy kevesebb biztonsághoz vezetnek, ami ellentmond a technológia elképzelésének.

Megoldások

Ezek a kérdések jól ismertek, és a blokklánc kódbázisának fejlesztésétől kezdve számos különböző módon kezelhetők, puha villák és kemény villák (amely összességében pusztán növekményes javításokkal jár) különböző harmadik féltől származó 2. szintű projektekhez, amelyek célja az egyes blokkláncok skálázhatósági problémájának megoldása.

Vizsgáljuk meg részletesen a blockchain skálázhatóság kérdésének csak két megközelítését, nevezetesen szilánkos és láncolaton kívüli.

Szilánkos megoldás

A skálázás a skálázhatósági probléma megoldásának egyik módja, hatékonyságának köszönhetően régóta használják az adatbázis-kezelésben. Az elképzelés az, hogy egy adatbázist szilánkokra – lényegében vízszintes szegmensekre – kell osztani, amelyek mindegyikét külön szerveren tárolják, amely elosztja a terhelést és javítja a teljesítményt.

Ha a blokklánc birodalmába alkalmazzuk (ami viszonylag új megközelítés), a szilánkosítás azt jelenti, hogy minden csomópont a blokklánc adatainak csak egy bizonyos részét tartalmazza, és nem a teljes főkönyv másolatot (mint például egy „normális” blokklánc rendszer esetében). Ennek során a csomópontok az egész blokklánc azon részeit megosztott módon tartják fenn, megőrizve a DLT-ben honos decentralizált elvet. Így szilánkosításban egyetlen csomópont nem tartalmazza a teljes főkönyv másolatot, és nem tölti fel a szilánkra vonatkozó információkat a blokklánc összes többi csomópontjára. 

A töredezett blokkláncok általában a tét igazolására vonatkozó konszenzus algoritmusokat (vagy azok módosítását) használják, mivel a gyakoribb munka-igazolást nem lehet megvalósítani a szilánkosítással együtt. A PoS-nek számos előnye van a PoW-vel szemben, például jelentősen alacsonyabb az energiafogyasztás és nincs szükség speciális hardverre. Természetesen, van néhány hibája is.

De legyünk szemléletesebbek, és vegyünk fontolóra néhány olyan projektet, amely jelenleg szilánkosítást használ.

Elrond

elrond

Vállalkozók, mérnökök és kutatók csapata építette, sokoldalú tapasztalattal az Intel, a Microsoft, a Google, az NTT és a NEM területén, Elrond egy nyilvános blokklánc projekt, amelynek középpontjában a méretezhetőség biztosítása áll – átviteli sebességgel összehasonlítva a centralizált rendszerekkel, miközben megőrzi a decentralizált jelleget – minimális energia- és számítási követelmények, valamint robusztus biztonság. A projekt azt is állítja, hogy láncok közötti interoperabilitást kínál, amelyet az Ethereum virtuális gép szintű adaptermechanizmus segítségével lehet megvalósítani. (Annak ellenére, hogy az Ethereum VM-et használja, az Elrond nincs pozícionálva az Ethereum Layer 2 projektjeként – csak a meglévő Ethereum keretrendszereket használja.)

Mindezt két kulcsfontosságú jellemző alkalmazásával érhetjük el: az adaptív állapotmegosztás és a biztonságos tétbiztosítás (SPoS) konszenzusos mechanizmus.

Az adaptív állapot-megosztás a méretezhetőség megközelítése, amely három darabolási típust ötvöz: hálózat / kommunikáció, tranzakció / feldolgozás, állapot / tárolás. A projektcsoport szerint javítja a szilánkok közötti kommunikációt, csökkenti a tárolást és növeli a teljesítményt a párhuzamos feldolgozásnak köszönhetően. Ez a megközelítés lehetővé teszi a szilánkok számának dinamikus változását a rendelkezésre álló ellenőrzési erőforrások és a hálózati használat nyomán. Így a hálózat alkalmazkodni tud a felhasználók számához, és változtatásokat igényelhet a biztonság, a rendelkezésre állás és a decentralizáció veszélyeztetése nélkül. Ez lineáris méretezhetőséghez vezet: a hálózat méretezhetőségét úgy tervezték, hogy növekedjen a hálózat csomópontjainak számával. Továbbá, Elrond hálózati áteresztőképessége az a jelentések szerint meghaladja a 10 000 TPS-t. Közben Legutóbbi találkozón Elrond 65 ezer TPS-t ért el 

Új szilánk megjelenése csak akkor lehetséges, ha a meglévő szilánk eléri a 400 csomópontot. Vagyis, ha kevesebb, mint 800 csomópont van, akkor nem lesz két szilánk. Ha pedig több mint 1200 csomópont van, akkor automatikusan három szilánk jön létre.

Ami a tét biztonságos igazolását illeti, lényegében az Elrond PoS és pBFT konszenzusos mechanizmusok keverékét használja. Általában egy módosított bizánci hibatűrési mechanizmusról van szó, ahol konszenzus érhető el, ha a kétszintű sorsoláson véletlenszerűen kiválasztott csomópontok 1/3-a őszinte, míg a kapcsolódó jelzők továbbra is szerepet játszanak a szavazásban és még a sorsolás megnyerésének valószínűségében is. A büntetéseken és a szavazatok súlyán kívül minősítést alkalmaznak a betét befizetésére. Ha egy csomópont a szabályok szerint játszik, annak minősítése növekszik. De ha megpróbál valami olyasmit nyomni, amely ellenzi az általános konszenzust, a minősítés csökken.

elrond SPOS

1. ábra. Elrond Secure Proof of Stake konszenzusos mechanizmusa.

Ezen a ponton a szilánkos rész játszik szerepet. Más PoS blokkláncokban körülbelül 12 másodpercbe telhet a konszenzusos csoport kiválasztása, mivel az egész nehéz blokklánc és számos résztvevő részt vesz, és az információkat az egész hálózat elosztja. Elrond ezzel szemben mindegyik szilánkjában külön konszenzuscsoport van, és az információcsere a konszenzus elérése érdekében a csoportokon belül külön-külön történik. Mint ilyen, általában négy másodpercbe telik a csoport felállítása és a konszenzus elérése. Sőt, a jobb biztonság és hibatűrés érdekében a validátorok szilánkokról szilánkokra költöznek úgy, hogy először egyfajta pufferzónába költöznek – az ellenőrző készletbe -, ahonnan véletlenszerű sorrendben osztják őket szilánkokhoz. Ráadásul maguk a csomópontok is összekeverhetők a szilánkokon belül. Ezen keverések miatt S betű került az Elrond konszenzusos mechanizmusának nevébe: SPoS (Secure PoS).

A konszenzus elérése után, amikor 2/3 + 1 aláírást gyűjtenek a konszenzus csoport tagjaitól, a blokkot jóváhagyják és aláírják a csoport összesített aláírásával. Ezután a blokk eloszlik a szilánkon, és annak fejlécét elküldik a metachain-nak elkötelezettség céljából. A többi szilánk információt kap egymás állapotáról a metachain-tól.  

Elrond jelenleg a tesztnet fázis (2019 májusában jelent meg), és célja, hogy a programozható pénz és a dApps egyszerű telepítésének platformjává váljon. Nemrég (2019 júniusában) a projekt nyílt forráskódúvá vált.

Token akció: Az Elrond IEO-t a Binance indítópulton dobták piacra, és július 1-jére tervezték. 

elrond testnet

Kép: Elrond 36kTPS-t ért el egy találkozó során

FLETA

fleta

FLETA célja fenntartható, fejlesztőbarát ökoszisztéma biztosítása a dApps számára. A projekt megkísérli megoldani a meglévő 1. réteg problémáit, például a méretezhetőséget és a tranzakció sebességét, valamint még több decentralizációt hoz a blokkláncba. A FLETA a saját technológiáit alkalmazza ehhez: többláncú felépítés, blokk-újratervezés, párhuzamos szilánkosítás és újszerű formulázás (PoF) konszenzus algoritmus, ellentétben a blockchain általánosan elterjedt PoW és PoS.

Párhuzamos szilánkosítási technológiájának köszönhetően, az egyes szilánkok továbbfejlesztett TPS-jével, valamint a teljes TPS növekedésével, amikor a szilánkok száma nő a hálózaton, a FLETA azt állítja, hogy másodpercenként akár 20 000 tranzakciót is képes kezelni. Ez az eddigi legmagasabb TPS a meglévő blockchain projektek között, csaknem kétszer akkora, mint az Elrond tesztnet csúcs TPS-je (fent hivatkozott), és már összehasonlítható olyan centralizált rendszerekkel, mint a fent említett Visa. 500 darab szilánkkal a FLETA hálózat másodpercenként 10 millió tranzakció kezelésére képes!

A FLETA hálózat szilánkok párhuzamosan működhetnek, kettős kiadás nélkül, mivel minden egyes szilánk el van választva, és az adatok nem oszlanak meg közöttük. Tehát nyilvánvalóan magasabb szintre emeli a decentralizációt más blokklánc-projektekhez képest, beleértve az Elrondot is, ahol a szilánkok túlzottan összekapcsolódnak a metachain-on keresztül (lásd fent). 

A FLETA egy független többláncú struktúrát is használ, ahol az alláncok elválnak a fő lánctól. Ez drasztikusan csökkenti a fő lánc túlterhelését, a dApp felhasználók túlzott díjaival, valamint a túlzott fejlesztési költségekkel együtt. A fő láncon kívül a FLETA többláncú szerkezete egy token láncból és egy dApp láncból áll.

A fő lánc az, ahol a kibocsátási tranzakció megtörténik. Létrehozza a kibocsátási szerződést és tokent kap. A tokenek viszont kereskednek a token láncon, amely felsorolja a blokk számát és a fő lánc hash értékét is egy új blokk létrehozásához. Ráadásul a token lánc létrehozhat egy alláncot a dApps futtatásához.

A legérdekesebb pont A FLETA az új konszenzusos mechanizmus – a PoF, amelyet a felesleges villák megelőzésére használnak.

fleta PoF

2. ábra: A FLETA Proof-of-Formulation konszenzus mechanizmusa.

Vannak megfogalmazók akik közvetlenül felelősek a blokkok létrehozásáért; megfigyelők akik ellenőrzik a blokkokat; és végül, beleegyezők akik egyetértenek a blokkgenerálási sorrendben.

A konszenzust blokkbányászati ​​eljárás alkotja, ahol a blokkokat egy adott sorrendben generálják (a beleegyezők egyetértenek). Van egy 20 formulát tartalmazó csoport, amelynek pontszáma meghatározza az 1 és 20 közötti rangokat, amely meghatározza a formulázók bányászatát és jutalmazási sorrendjét. 

A fejlesztők szerint ez az eljárás csökkenti a blokk terjesztési tartományát, ami gyorsabb blokkgenerálást eredményez. A megfigyelő csomópont azonnali megerősítést biztosít, és megakadályozza a potenciális villákat. Így a hálózatnak állítólag stabilizálódnia kell, és megnő a tranzakció sebessége. Azt azonban csak az idő és a gyakorlat fogja megmondani, hogy ez az új konszenzusos mechanizmus hatékonyabb-e, mint a hagyományosabb.

Továbbá a FLETA nem foglalkozik az interoperabilitási problémával, mint Elrond.

Láncon kívüli megoldás

Míg a szilánkos megközelítés megkísérli javítani a blokklánc skálázhatóságát belülről, vannak alternatívák, amelyek zavaróbb megközelítést alkalmaznak a problémára. Az off-chain az 1. réteg blokklánc szempontjából az egyik „radikálisabb”. De számos jelentős fejlesztést és új lehetőséget hoz, amelyek új magasságokba emelhetik az örökbefogadást.

A Sharding továbbra is egyetlen elosztott adatbázist használ, amely közös az egész hálózaton, és tervezési szempontból külön korlátozásokat támaszt. Ezenkívül az adatbázis külön szilánkokra osztása felveti az alkatrészek hatékony és biztonságos szinkronizálásának új problémáját, és még egy lehetséges hibalehetőséget ad az egész rendszerhez. 

Másrészt az off-chain megközelítés megoldja mind a blokklánc (és nem blokklánc) rendszerek skálázhatósági, mind az interoperabilitási problémáit, javítja a sebesség és az áteresztőképesség korlátait, növeli az adatvédelmet és még kevésbé központosítja a rendszert, hogy kibővüljön, amikor valóban elosztottá válik..  

Vegyünk tehát egy példát, hogy mélyebb betekintést nyerjünk mindezek megvalósításának mikéntjébe.

GEO Jegyzőkönyv

geo protokoll

GEO Protokoll egy nyílt forráskódú infrastruktúra-protokoll, amely könnyű, költséghatékony módon biztosítja az értékátviteli hálózatok interoperabilitását, és gyakorlatilag korlátlan méretezhetőséget tesz lehetővé. A projekt fő célja a szállítási protokoll a jövőbeni Értékes Internet számára.

Ennek elérése érdekében először a blockchain méretezhetőségének alapvető problémáját kell megoldani, majd foglalkozni kell az egyébként elhallgatott blockchain ökoszisztémák interoperabilitási kérdésével, valamint a blockchain világ és a hagyományos pénzügyi világ kapcsolatának hiányával. A GEO Protokoll mindkét problémával foglalkozik, de itt inkább a méretezhetőségre fogunk koncentrálni.

A skálázhatóság szempontjából a blokklánc-rendszerek fő szűk keresztmetszete maga a közös főkönyv, valamint az ilyen vagy ilyen jellegű általános konszenzus szükségessége.

Mivel blokklánc-agnosztikus, a GEO Protokoll teljesen megfosztja magát egy közös főkönyvtől, egy teljesen elosztott csomópont-hálózatra és egy megzavaró helyi konszenzusos megközelítés, ahol csak a tranzakcióban közvetlenül részt vevő csomópontok igazolják ténylegesen ezt a tranzakciót. Különleges szervezetek – megfigyelők – garantálja a fizetések láncok közötti atomosságát, és csak ritka esetekben kezelik azokat a konfliktusokat, amelyek adott csomópontok hálózati csatlakozási problémáinak következményei lehetnek stb..

geo offchain

3. ábra: GEO Protocol hálózati felépítés.

Ezenkívül az összes tranzakcióval kapcsolatos információt csak a résztvevő csomópontok tárolják helyben. Sem a hálózat egésze, sem a megfigyelők, sem más résztvevők nincsenek tisztában egy adott tranzakció tartalmával, vagy akár annak létezéséről.

Ez lehetővé teszi a végső adatvédelmet, valamint a hálózat szinte végtelen méretezésének lehetőségét, mivel nincs központi hatóság, amely irányítja a hálózatot, és még elosztott sem (például bányászok vagy validátorok a blokklánc-alapú rendszerekben). Így a GEO hálózat teljesen decentralizált, és mégis teljes körű funkcionalitást és működést tud biztosítani, ahogyan feltételezik.

Az áteresztőképességet tekintve, mivel nincs szükség a túlzott információk felesleges megosztására a hálózatok között, minden fizetési útvonal külön és függetlenül fog működni. Így a tranzakciók számának növekedése nem befolyásolja a hálózat teljes TPS-jét. 

A GEO hálózati felhasználók és résztvevők számának növekedése csak több fizetési útlehetőséget és több csatorna likviditást teremt, erősítve a hálózati hatást és a hálózat általános hatékonyságát.

Így bármely blokklánc felhasználhatja a GEO hálózatot saját skálázhatóságához, valamint más blokklánc és nem blokklánc ökoszisztémákkal való interoperabilitáshoz. A hálózat szempontjából pedig a blokklánc szolgálhat eszköz-fedőrétegként a GEO eszköz-egyenértékűek számára. Ez egészséges szimbiotikus kapcsolathoz vezet a különböző típusú rendszerek között a globális érték-interneten.

Következtetés

A méretezhetőség az egyik elsődleges probléma, amely akadályozza a blokklánc-technológia tömeges alkalmazását. Ennek a kihívásnak különféle megoldásai lehetnek, többek között az aprítás és az off-chain. Ezek mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai. 

A Sharding, bár nagymértékben javítja a blokklánc méretezhetőségét, mégis nagyban támaszkodik a közös főkönyvre, amely kérdésről nem igazán tud legyőzni belülről. A láncolaton kívüli megoldás ezt teljes egészében kiküszöböli, blokklánc-agnosztikussá válik, feloldja az átbocsátási korlátok nagy részét és lehetővé teszi az interoperabilitást.

Másrészről, az off-chain megoldások továbbra is blokkláncot igényelnek megbízhatatlan természetük és egyéb előnyeik miatt. A jó itt az, hogy nem kell választanunk a skálázhatóság kérdésének megoldása között, mivel hatékonyan tudnak együtt dolgozni, új lehetőségeket kínálva minden kriptohálózatban.