התנגדות לעומת מחוץ לשרשרת: מה עדיף להרחבה בבלוקצ’יין?

מדרגיות של Blockchain היא נושא חיוני המשפיע על המשך אימוץ הטכנולוגיה המהפכנית הזו. ישנם פתרונות שונים לבעיה זו, ובמאמר זה נבחן שניים מהם: התנתקות ושרשרת. אנו נעשה זאת על ידי הפניית דוגמאות למספר פרויקטים של מדרגיות: FLETA, Elrond ו- GEO Protocol.

רסיסים מול אופצ'יין

הבעיה

ניתן לחלק את בעיית מדרגיות הבלוקצ’יין למספר חלקים: גודל נתונים, מהירות עסקה ועלות.

גודל הנתונים

עסקאות חדשות בכל חסום (במיוחד פופולרי, כמו ביטקוין או אתריום) מובילות לתוספות חסימות מתמדות בחשבונאות. זה, בתורו, מוביל להגדלה מתמשכת של נתוני מורשת שצריכים להיות מאוחסנים על ידי הצמתים המלאים של הבלוקצ’יין (מכיוון שזו מהותה של טכנולוגיית ספר החשבונות המבוזר – DLT). כאשר מספר המשתמשים והעסקאות גדל, הנתונים המצטברים האלה תופחים בצורה עצומה ואין דרך להפוך איכשהו או להאט את התהליך. 

מהירות עסקה

כל עסקת בלוקצ’יין דורשת אימות עמית לעמית על ידי חברי רשת אחרים (מנגנון קונצנזוס) שיכולים להיות איטיים משמעותית כאשר מספר המשתמשים והעסקה יגדל. ביטקוין יכול להתמודד עם 6 עסקאות בשנייה בלבד. השווה אותו לממוצע של ויזה של 8,000 או עם יכולת השיא שלה של 43,000 עסקאות לשנייה.

עלויות העברה

כנ”ל לגבי עלויות העסקה. אנו יכולים לראות את העלויות עולות בזמנים שיש יותר משתמשים ועסקאות ברשתות הבלוקצ’יין הפופולריות. הסיבה לכך היא שיש צורך בצמתים רבים יותר (כורים או מאמתים) עם צמיחת הרשת כדי לעבד אותם (במקרה של הוכחת העבודה הנפוצה ביותר – PoW – מנגנון קונצנזוס) הכרוך בעלויות תפעוליות רבות יותר. כמו כן, כאשר מחירו של מטבע מסוים גדל, הדבר הופך את העסקאות שעלותן עמלו בסנט לעמלות או אפילו עשרות דולרים.. 

כמובן, כמה חסימות בולטות כמו Ethereum הן הרבה יותר מהירות וזולות מביטקוין – אבל זה לא פותר את הבעיה לגמרי. העניין הוא שבבלוקצ’יין אתה יכול לקבל ביזור והתנגדות לצנזורה, אך תמיד במחיר של מדרגיות ומהירות. ניסיונות להפוך את מערכות הבלוקצ’יין ליותר מדרגיות ומהירות על ידי תכנון מובילות לריכוזיות ו / או פחות אבטחה, מה שסותר את עצם הרעיון של הטכנולוגיה..

פתרונות

נושאים אלה ידועים ומטופלים במספר דרכים שונות, החל משיפור בסיס הקוד של blockchain, מזלגות רכים ו מזלגות קשים (שבסך הכל מוסיף שיפורים מצטברים בלבד) לפרויקטים שונים של צד שלישי בשכבה 2 שמטרתם לפתור את בעיית ההרחבה של חסימות מסוימות..

הבה נסקור בפירוט רק שתי גישות לנושא המדרגיות של בלוקצ’יין, כלומר רסיסים ו מחוץ לרשת.

פתרון רסיסים

Sharding היא דרך אחת לפתור את בעיית המדרגיות, והיא משמשת זמן רב בניהול מסדי נתונים בשל יעילותה. הרעיון הוא לחלק מסד נתונים לרסיסים – למעשה קטעים אופקיים – שכל אחד מהם מאוחסן בשרת נפרד שמפיץ את העומס ומשפר ביצועים..

כאשר מוחל על תחום הבלוקצ’יין (שזו גישה חדשה יחסית), פירוש השבירה הוא שכל צומת מכיל רק חלק מסוים מנתוני הבלוקצ’יין ולא את כל עותק ספר החשבונות (כפי שקורה במערכת בלוקצ’יין ‘רגילה’). בכך הצמתים שומרים על אותם חלקים של כל הבלוקצ’יין בצורה משותפת, תוך שמירה על העיקרון המבוזר שמקורו ב- DLT. לפיכך, בצמצום, צומת יחיד אינה מכילה את כל עותק ספר החשבונות ואינה מעמיסה מידע על הרסיס שלו על כל שאר הצמתים בבלוקצ’יין.. 

שברי חסימת רסיסות משתמשים בדרך כלל באלגוריתמים של קונצנזוס הוכחה על המוקד (או שינוי בהם), מכיוון שההוכחה הנפוצה יותר לעבודה אינה אפשרית ליישום יחד עם השבירה. ל- PoS מספר יתרונות על פני PoW, כמו צריכת אנרגיה נמוכה משמעותית ואין צורך בחומרה מיוחדת. באופן טבעי, יש לו כמה פגמים גם כן.

אבל בואו נעשה יותר המחשה ונשקול כמה פרויקטים שמשתמשים כרגע בגרידה.

אלרונד

elrond

נבנה על ידי צוות יזמים, מהנדסים וחוקרים עם ניסיון רב תכליתי באינטל, מיקרוסופט, גוגל, NTT ו- NEM, אלרונד הוא פרויקט בלוקצ’יין ציבורי המתמקד במתן מדרגיות – בהשוואה לתפוקה למערכות מרכזיות תוך שמירה על אופי מבוזר – דרישות אנרגיה וחישוב מינימליות וביטחון חזק. הפרויקט טוען גם להציע יכולת פעולה הדדית בין-שרשראות שניתן ליישם באמצעות מנגנון מתאם ברמת המכונה הווירטואלית של Ethereum. (למרות השימוש בה ב- Ethereum VM, אלרונד אינו ממוקם כפרויקט שכבה 2 עבור Ethereum – הוא פשוט משתמש במסגרות ה- Ethereum הקיימות.)

כל זה מושג על ידי שימוש בשתי תכונות עיקריות: מנגנון קונצנזוס הסתגלותי מאפיין והוכחה מאובטחת (SPoS).

Sharding State Adaptive הוא גישה להרחבה המשלבת שלושה סוגים של sharding: רשת / תקשורת, עסקה / עיבוד, מצב / אחסון. לדברי צוות הפרויקט, זה ישפר את התקשורת בין הרסיסים, יפחית את האחסון ויגביר את הביצועים הודות לעיבוד מקביל. גישה זו מאפשרת לשנות את מספר הרסיסים באופן דינמי בעקבות משאבי אימות זמינים ושימוש ברשת. לפיכך, הרשת יכולה להסתגל למספר המשתמשים ולדרוש שינויים מבלי לפגוע באבטחה, בזמינות ובביזור. זה מוביל להרחבה ליניארית: יכולת הרחבה של הרשת נועדה לצמוח עם מספר הצמתים ברשת. כמו כן, תפוקת הרשת של אלרונד היא דיווח כי הוא עולה על 10,000 TPS. במהלך המפגש האחרון, אלרונד השיג 65,000 TPS עם 

הופעתו של רסיס חדש אפשרית רק כאשר הרסיס הקיים מגיע ל -400 צמתים. כלומר, אם יהיו פחות מ -800 צמתים, לא יהיו שני רסיסים. ואם יש יותר מ -1,200 צמתים, שלושה רסיסים ייווצרו באופן אוטומטי.

באשר להוכחה מאובטחת של הימור, למעשה, אלרונד משתמש בתערובת של מנגנוני קונצנזוס של PoS ו- pBFT. באופן כללי, זהו מנגנון סובלנות תקלות ביזנטי ששונה, שבו מושגת הסכמה אם 1/3 מהצמתים, שנבחרו באופן אקראי בהגרלה דו-מפלסית, הם כנים, בעוד שהאסימונים המונחים עדיין ממלאים תפקיד בהצבעה אפילו בהסתברות לזכות בלוטו. בנוסף לעונשים ולמשקל ההצבעה, יש להחיל דירוג על הפיקדון המשוקץ. אם צומת משחק לפי הכללים, הדירוג שלו גדל. אבל אם היא מנסה לדחוף משהו שמתנגד לקונצנזוס הכללי, הדירוג יורד.

elrond SPOS

איור 1. מנגנון הקונצנזוס המאובטח של אלרונד.

בשלב זה, החלק השברירי נכנס לתמונה. בשרשראות אחרות של PoS זה יכול לקחת בערך 12 שניות לבחור קבוצת קונצנזוס, מכיוון שכל הבלוקצ’יין הכבד ומספר המשתתפים מעורבים, והמידע מופץ ברחבי הרשת כולה. לאלרונד, לעומת זאת, יש קבוצת קונצנזוס נפרדת בכל אחד מהרסיסים שלה, והחלפת מידע להשגת קונצנזוס מתרחשת בכל אחת מהקבוצות בנפרד. ככזה, באופן כללי, לוקח ארבע שניות להקים קבוצה ולהשיג קונצנזוס. יתר על כן, לשם בטיחות טובה יותר וסובלנות תקלות, מאמתים נודדים מרסיס לרסיס על ידי מעבר למעין אזור חיץ – מאגר המאמתים – שממנו הם מוקצים לרסיסים בסדר אקראי. בנוסף ניתן גם לדשדש את הצמתים עצמם בתוך הרסיסים. עקב דשדוש זה, האות S נוספה לשם מנגנון הקונצנזוס של אלרונד: SPoS (Secure PoS).

לאחר ההגעה לקונצנזוס, כאשר נאספות חתימות 2/3 + 1 מחברי קבוצת הקונצנזוס, החסימה מאושרת ונחתמת בחתימה המצטברת של הקבוצה. ואז הבלוק מופץ ברחבי הרסיס, והכותרת שלו נשלחת למטכין לצורך ביצוע התחייבות. שאר הרסיסים מקבלים מידע על מצב זה של זה מהמטה-מכין.  

אלרונד נמצא כרגע ב שלב testnet (שוחרר במאי 2019) ושואף להפוך לפלטפורמה לפריסה קלה של כסף ו- dApps הניתנים לתכנות. לאחרונה (ביוני 2019) הפרויקט עבר קוד פתוח.

מכירת אסימונים: אלרונד IEO הושק בלוח השיגורים של Binance ומתוכנן ב -1 ביולי. 

רשת הבדיקות של אלרונד

תמונה: אלרונד השיג 36kTPS במהלך מפגש

פלטה

פלטה

פלטה שואפת לספק מערכת אקולוגית בת קיימא וידידותית למפתחים עבור dApps. הפרויקט מנסה לפתור בעיות קיימות של שכבה 1 כמו מדרגיות ומהירות עסקאות, כמו גם להביא לביזור עוד יותר לבלוקצ’יין. FLETA משתמשת בטכנולוגיות משלה לשם כך: מבנה רב-שרשראי, עיצוב מחדש של בלוקים, השבחה מקבילה ואלגוריתם קונצנזוס חדשני של הוכחת ניסוח (PoF), בניגוד ל- PoW ו- PoS הנפוצים יותר של blockchain..

בשל טכנולוגיית השברים המקבילה שלה עם TPS משופר של כל רסיס בודד, כמו גם TPS הכולל גדל כאשר מספר הרסיסים ברשת עולה, FLETA טוענת שהיא יכולה להתמודד עם עד 20,000 עסקאות בשנייה. זהו ה- TPS הגבוה ביותר עד כה מבין פרויקטי הבלוקצ’יין הקיימים, כמעט פי שניים מה- TPS הגבוה ביותר של רשת הבדיקות אלרונד (שהוזכר לעיל), וכבר ניתן להשוות אותו למערכות ריכוזיות כמו הוויזה הנ”ל. עם 500 רסיסים, רשת FLETA מסוגלת לטפל ב -10 מיליון עסקאות בשנייה!

רסיסים ברשת FLETA יכולים לפעול במקביל, ללא הוצאות כפולות, מכיוון שכל רסיס נפרד מופרד והנתונים אינם משותפים ביניהם. כך, ככל הנראה, היא מגבירה את הביזור בהשוואה לפרויקטים אחרים של בלוקצ’יין, כולל אלרונד, שם רסיסים מחוברים יתר על המידה באמצעות המטה (ראה לעיל). 

כמו כן, FLETA משתמשת במבנה רב-שרתי עצמאי, כאשר שרשראות המשנה מופרדות מהשרשרת הראשית. זה מקטין באופן דרסטי את עומס השרשרת הראשי יחד עם עמלות מופרזות עבור משתמשי dApp, כמו גם עלויות פיתוח מוגזמות. מלבד הרשת הראשית, המבנה הרב-שרתי של FLETA מורכב משרשרת סמלים ושרשרת dApp.

השרשרת העיקרית היא המקום בו מתרחשת עסקת ההנפקה. זה יוצר את חוזה ההנפקה ומקבל אסימונים. האסימונים, בתורם, נסחרים בשרשרת האסימונים, שמפרטת גם את מספר הבלוק וערך החשיש של השרשרת הראשית ליצירת בלוק חדש. בנוסף, שרשרת האסימונים יכולה ליצור שרשרת משנה להפעלת dApps.

הנקודה הכי מעניינת בערך FLETA הוא מנגנון הקונצנזוס החדשני שלה – ה- PoF, המשמש למניעת מזלגות מיותרים.

fleta PoF

איור 2. מנגנון ההסכמה הוכחה לגיבוש של FLETA.

יש מנסחים שאחראים ישירות לייצור בלוקים; משקיפים שמאמתים את החסימות; ולבסוף, בעלי הסכמה שמסכימים על רצף ייצור הבלוקים.

הקונצנזוס מורכב מהליך כריית בלוקים, שבו בלוקים נוצרים בסדר מסוים (מוסכם על ידי המעניקים). יש קבוצה של 20 מעצבים עם דרגות בין 1 ל -20 שמוגדרים על ידי הציון שלהם, הקובע את כריית המרכבים ואת רצף התגמול.. 

לדברי היזמים, הליך זה מצמצם את טווח ההפצה של הבלוק, מה שמביא ליצירת בלוקים מהירה יותר. צומת הצופה מספק אישור מיידי ומונע מזלגות פוטנציאליים. לפיכך, הרשת אמורה להיות יציבה ומהירות העסקה מוגברת. עם זאת, רק זמן ותרגול יגידו אם מנגנון הקונצנזוס החדש הזה יעיל יותר ממסורתיים יותר.

כמו כן, FLETA לא מתייחסת לנושא ההדדי-פעולה כמו שאלרונד עוסק.

פתרון מחוץ לרשת

בעוד שגישת השבירה מנסה לשפר את מדרגיות הבלוקצ’יין מבפנים, ישנן חלופות הנוקטות גישה משבשת יותר לבעיה. מחוץ לרשת הוא אחד ה”רדיקלים “ביותר מנקודת מבט של שכבת בלוקצ’יין 1. אבל זה מביא מספר שיפורים משמעותיים ואפשרויות חדשות שיכולות להניע את האימוץ לשיאים חדשים.

Sharding עדיין משתמש במסד נתונים מבוזר יחיד, המשותף לכל הרשת ומטיל מגבלות מסוימות על ידי התכנון. כמו כן, חלוקת מסד הנתונים לרסיסים נפרדים מעלה את הבעיה החדשה של סנכרון יעיל ומאובטח של חלקיו זה לזה, ומוסיף נקודה נוספת של כשל פוטנציאלי לכל המערכת.. 

מצד שני, הגישה מחוץ לרשת פותרת בעיות מדרגיות וגם בעיות פעולה הדדיות של מערכות בלוקצ’יין (וגם לא בלוקצ’יין), משפרת את מגבלות המהירות והתפוקה, מגבירה את הפרטיות והופכת את המערכת למרכזית עוד יותר להרחיב אותה כשהיא מתפזרת באמת.  

לכן, בואו ניקח בחשבון דוגמא כדי לקבל תובנה מעמיקה יותר כיצד ניתן ליישם את כל זה.

GEO נוהל

פרוטוקול גיאוגרפי

פרוטוקול GEO הוא פרוטוקול תשתית קוד פתוח המספק יכולת פעולה הדדית של רשתות העברת ערך בצורה קלילה וחסכונית, ומאפשרת מדרגיות כמעט בלתי מוגבלת. המטרה העיקרית של הפרויקט היא ליצור פרוטוקול תחבורה לאינטרנט העתידי של ערך.

כדי להשיג זאת, יש לפתור בסופו של דבר את הבעיה הבסיסית של יכולת הרחבה של בלוקצ’יין, ואז להתמודד עם נושא ההדדי של מערכות האקולוגיות הבלוקצ’יין שאינן מושתקות אחרת, כמו גם חוסר קשר של עולם הבלוקצ’יין לעולם הפיננסים המסורתי. פרוטוקול GEO מטפל בשתי הבעיות, אך כאן נתרכז בחלק הרחב יותר.

צוואר הבקבוק העיקרי עם מערכות בלוקצ’יין מבחינת מדרגיות הוא ספר החשבונות הנפוץ עצמו, כמו גם הצורך בקונצנזוס הכללי מסוג זה או אחר..

בהיותה אגונסטית של בלוקצ’יין, פרוטוקול GEO מונע מעצמו ספר חשבונות משותף, תוך הסתמכות על רשת צמתים מבוזרת במלואה גישת קונצנזוס מקומית משבשת, כאשר רק הצמתים שמשתתפים ישירות בעסקה מאשרים את אותה העסקה. גופים מיוחדים – משקיפים – מבטיחים אטומיות בין-שרשרתית של תשלומים ומטופלים רק במקרה נדיר של סכסוכים אפשריים שיכולים להיות תוצאה של בעיות קישוריות רשת עבור צמתים מסוימים וכו ‘..

geo offchain

איור 3. מבנה רשת פרוטוקול GEO.

בנוסף, כל המידע הקשור לעסקה נשמר באופן מקומי על ידי צמתים משתתפים בלבד. לא הרשת כולה, ולא משקיפים, ואף משתתפים אחרים אינם מודעים לתוכן של עסקה מסוימת או אפילו יודעים על קיומה..

זה מאפשר פרטיות אולטימטיבית, כמו גם אפשרויות להגדיל את הרשת כמעט בלי סוף מאחר ואין סמכות מרכזית השולטת ברשת, ואפילו לא רשת מבוזרת (כמו כורים או מאמתים במערכות מבוססות בלוקצ’יין). לפיכך, רשת GEO מבוזרת לחלוטין, ובכל זאת היא יכולה לספק פונקציונליות ופעולה בקנה מידה מלא כפי שהיא אמורה.

מבחינת התפוקה, מכיוון שאין צורך לשתף מידע יתר על המידה ברשתות, כל מסלול תשלום יפעל בנפרד ועצמאי. לפיכך, הגידול במספר העסקאות אינו משפיע על ה- TPS הכולל של הרשת. 

גידול במספר המשתמשים והמשתתפים ברשת GEO רק ייצור יותר אפשרויות מסלול תשלום ויותר נזילות ערוצים, ויחזק את אפקט הרשת ואת היעילות הכוללת של הרשת..

לפיכך, כל בלוקצ’יין יכול להשתמש ברשת GEO לצורך מדרגיות משלה וכן לצורך יכולת פעולה הדדית עם מערכות אקולוגיות אחרות של בלוקצ’יין ולא-בלוקצ’יין. ומנקודת המבט של הרשת, בלוקצ’יין יכול לשמש שכבת גיבוי הנכסים עבור שווי נכסי GEO. זה מוביל לקשר סימביוטי בריא בין מערכות מסוגים שונים ברשת האינטרנט של הערך.

סיכום

מדרגיות היא אחת הבעיות העיקריות העומדות בפני אימוץ המוני של טכנולוגיית הבלוקצ’יין. לאתגר זה יכולות להיות פתרונות שונים, כולל השמצה ושרשרת. לכל אחד מאלה יתרונות וחסרונות. 

השבירה, תוך שיפור ניכר של מדרגיות הבלוקצ’יין, עדיין מסתמכת מאוד על ספר החשבונות המשותף, נושא שלא ממש תוכלו להתגבר עליו מבפנים. מחוץ לרשת מבטלת זאת לחלוטין, הופכת לאגנוסטית של בלוקצ’יין, מעלה את מרבית מגבלות התפוקה ומאפשרת יכולת פעולה הדדית.

מצד שני, פתרונות מחוץ לרשת עדיין דורשים בלוקצ’יין על אופיים חסר אמון והטבות אחרות. הדבר הטוב כאן הוא שלא נצטרך לבחור בין דרכים לפתור את נושא המדרגיות, מכיוון שהם יכולים לעבוד יחד ביעילות, ולהביא אפשרויות חדשות לכל רשתות הצפנה..