С увеличением числа людей, использующих Ethereum, было замечено, что блокчейн достиг определенных ограничений мощности. Таким образом, стоимость использования сети увеличилась, и возникла потребность в решениях масштабируемости.

Существует множество исследованных, протестированных и внедренных решений, в которых используются разные подходы для достижения схожих целей. В этом руководстве мы рассмотрим, в чем заключается проблема масштабируемости Ethereum и какие решения масштабируемости доступны.

Самая большая проблема Ethereum: проблема масштабируемости.

Масштабируемость, когда речь идет о блокчейн-сетях и, в частности, Ethereum: относится к способности сети обрабатывать большее количество транзакций без негативного влияния на ее работу.

Масштабируемость: Способность сети блокчейн поддерживать большой объем транзакций и обрабатывать множество транзакций. По этой причине сеть блокчейнов, которая может обрабатывать множество транзакций в секунду (TPS), считается масштабируемой, в то время как сеть блокчейнов с небольшим объемом считается плохой масштабируемостью.

Основная цель масштабируемости — увеличить скорость транзакций (более высокая точность) и пропускную способность (более высокие транзакции в секунду) без ущерба для децентрализации или безопасности.

Углубленное исследование проблемы: трилогия о масштабируемости.

Прежде чем объяснять триаду масштабируемости, полезно взглянуть на триаду блокчейна. Масштабируемость — это способность блокчейна обрабатывать большие объемы транзакций. Безопасность — это способность блокчейна защищать данные от различных типов атак и предотвращать двойную трату. Наконец, децентрализация — это уровень децентрализации сети, который гарантирует отсутствие центрального субъекта, контролирующего сеть.

Триада масштабируемости: Это относится к текущему ограничению сетей блокчейнов, которые до сих пор не могли одновременно обеспечить высокий уровень масштабируемости, безопасности и децентрализации. Блокчейн-проекты могут сосредоточиться только на одном из следующих трех вариантов:


- 1: Создание безопасной и масштабируемой сети при низких затратах на децентрализацию.
- 2: Приоритет децентрализации и масштабируемости за счет низкой безопасности.
- 3: Обеспечение высокой безопасности и достойной децентрализации за счет низкой масштабируемости.

Ethereum явно выбрал вариант 3. Но основное сообщество Ethereum хорошо осознает необходимость масштабируемости.

Усилия Ethereum по увеличению масштабируемости.

Алгоритм консенсуса Proof-of-Work (PoW), который ранее использовал Ethereum, мог обрабатывать только 15 транзакций в секунду (TPS). Ethereum в настоящее время находится на пути к внедрению необходимых обновлений для увеличения пропускной способности TPS.

Например: Слияние, которое переместило Ethereum с алгоритма консенсуса PoW на алгоритм консенсуса Proof-of-Stake (PoS), было одним из обновлений, направленных на эту цель. В результате сеть, эффективность которой относительно возросла, может обрабатывать 40 транзакций в секунду. Планируется, что грядущие накопительные пакеты Ethereum и накопительные пакеты с сегментированием увеличат это число до 4000 и 100 000 транзакций.

Из-за трудоемких обновлений Ethereum появилось множество других независимых проектов, направленных на решение проблемы масштабируемости. Эти проекты также известны как решения уровня 2. Эти решения представляют собой платформы или сети, специально разработанные для устранения ограничений масштабируемости Ethereum. Решения уровня 2, которые часто используют механизм безопасности Ethereum, имеют свои собственные механизмы для увеличения пропускной способности.

Каковы популярные решения уровня 2?

Решения уровня 2 также известны как «решения масштабируемости вне цепочки», поскольку они обрабатывают транзакции за пределами основной сети. Существует четыре основных решения: вложенные блокчейны, статусные каналы, роллапы и сайдчейны. Давайте подробнее рассмотрим каждое из этих решений масштабируемости.

Вложенные блокчейны.

Вложенные блокчейны: Это тип архитектуры блокчейна уровня 2, в которой один блокчейн находится внутри другого. Этот дизайн рассматривается как отношения «родитель-потомок», в которых «родительский» блокчейн является основным или внешним блокчейном, а «дочерний» блокчейн встроен в него как вторичный или внутренний блокчейн.

В этой схеме внутренний блокчейн отвечает за обработку определенных транзакций или данных. Блоки рассматриваемого блокчейна связаны с блоками внешнего блокчейна. Таким образом создается иерархическая структура.

Вложенные блокчейны: Это может быть полезно, когда конкретная транзакция или тип данных требуют более специфической обработки или мер безопасности, чем может обеспечить основной блокчейн.

Решения уровня 2 удовлетворяют эти специфические потребности, встраивая один блокчейн в другой без ущерба для безопасности и эффективности основного блокчейна. Примерами вложенных блокчейнов являются OMG Plasma и Gluon Network.

Каналы состояния.

Каналы состояния выделяются как еще один тип решений масштабируемости Ethereum. Каналы состояния позволяют двум сторонам обрабатывать транзакции без необходимости подтверждения каждой транзакции основной цепочкой блоков (Ethereum). Эти каналы функционируют как смарт-контракты с несколькими подписями, которые выполняются только с разрешения соответствующих сторон.

Каналы состояния; Проще говоря, это как частные, временные каналы связи, созданные для определенной цели между двумя сторонами. Запись каждой отдельной транзакции в основной цепочке блоков может занять много времени и средств. Каналы состояния могут выполнять несколько операций без необходимости в этом.

Каналы состояний, которые перемещают транзакции вне цепочки, обеспечивают более быстрые, эффективные и рентабельные транзакции, сохраняя при этом безопасность и надежность базовой технологии блокчейна. Пользователи могут наслаждаться почти мгновенными транзакциями и значительно сниженными комиссиями за транзакции с каналами статуса.

Это делает технологию блокчейна более доступной и практичной для более широкого круга приложений. Примерами каналов статуса являются Raiden Network, Connext Network и Celer Network.

Rollups.

Rollups — это масштабируемое решение Ethereum, которое обрабатывает транзакции вне сети, обеспечивая более быстрые и экономичные транзакции. В сводках данные транзакций объединяются в блок и отправляются в основную цепочку Ethereum.

Здесь смарт-контракт выполняется и сохраняет стек как одну транзакцию. Этот процесс уменьшает количество транзакций, которые должна обрабатывать сеть Ethereum, делая сеть намного быстрее и эффективнее.

Роллапы бывают двух видов: оптимистичные роллапы и zk-роллапы. Оптимистичные накопительные пакеты используют доказательства мошенничества для проверки транзакций вне сети, в то время как zk-накопительные пакеты используют доказательства с нулевым разглашением для обеспечения дополнительного уровня конфиденциальности и безопасности.

Чрезвычайно популярные, поскольку они эффективно решают проблемы масштабируемости сети Ethereum, накопительные пакеты обеспечивают более быстрые и дешевые транзакции, сохраняя при этом безопасность и надежность блокчейна.

Ethereum потенциально может обрабатывать тысячи транзакций в секунду с внедрением накопительных пакетов. Это открывает новые возможности для децентрализованных приложений (Dapps), делая Ethereum более доступным и практичным для более широкого спектра применений. Примерами оптимистичных сворачиваний являются Arbitrum, Boba Network и ImmutableX ; Примерами zk-сворачивания являются zkSYNC, Loopring, dYdX и StarkNet.

Сайдчейн.

Сайдчейны, как и все три описанных выше метода, обрабатывают транзакции вне основной цепочки, обеспечивая более быстрые и эффективные транзакции. Сайдчейн — это отдельная цепочка блоков, которая подключена к основной сети Ethereum, но работает независимо от нее.

Это означает, что транзакции, проверенные боковой цепью, обрабатываются отдельным механизмом консенсуса. Чтобы сайдчейн имел смысл, этот механизм должен быть быстрее и дешевле, чем основная сеть. Это также влечет за собой потенциальные риски безопасности.

Пользователи должны доверять механизму консенсуса и безопасности сайдчейна. В результате транзакции в сайдчейне могут быть не такими безопасными или децентрализованными, как транзакции в основной сети Ethereum.

Помимо использования для выгрузки определенных типов транзакций из сети Ethereum, боковые цепи также могут использоваться для разработки новых функций или функций, которые еще не доступны в основной сети. Таким образом, возможны дополнительные эксперименты и инновации в пространстве блокчейна. Примерами боковых цепей являются Polygon, Skale, xDAI и Palm.

Что такое обновление Dencun?

Ethereum стремится решить проблему масштабируемости в своих будущих обновлениях. Одним из таких обновлений является Cancun-Deneb (Декун). Обновление Денкун; Ожидается, что это повысит масштабируемость, безопасность и удобство использования сети Ethereum, сделав ее «более мощной» и «способной обрабатывать большие объемы транзакций».

Dencun представляет собой дополнительное обновление уровня исполнения Ethereum после недавней активации Шанхая. В основе обновления лежит EIP 4844, более известный как «прото-данкшардинг». Увеличение пространства для «капель» данных направлено на масштабирование блокчейна и снижение платы за накопительные пакеты уровня 2.

Хотя Ethereum сделал важный шаг к тому, чтобы стать устойчивой цепочкой блоков с алгоритмом консенсуса Proof-of-Stake, теперь он стремится решить проблему масштабируемости с помощью новых обновлений. Благодаря этим обновлениям, а также решениям Layer-2 мы можем ожидать, что потенциал Ethereum будет освобожден от его текущих ограничений.