ΤΙ ΣΗΜΑΙΝΕΙ Η ΚΛΙΜΑΚΩΣΗ ΣΤΟ BLOCKCHAIN ΚΑΙ ΓΙΑΤΙ ΕΙΝΑΙ ΔΥΣΚΟΛΗ;

Τι είναι η κλιμάκωση Blockchain;

Η κλιμάκωση στο πλαίσιο του blockchain αναφέρεται στην ικανότητα ενός δικτύου blockchain να χειρίζεται έναν αυξανόμενο αριθμό συναλλαγών ή μια αυξανόμενη βάση χρηστών χωρίς να διακυβεύεται η απόδοση, η ασφάλεια ή η αποκέντρωσή του. Ο θεμελιώδης στόχος της κλιμάκωσης είναι η αύξηση της απόδοσης (συναλλαγές ανά δευτερόλεπτο), η μείωση της καθυστέρησης και ο έλεγχος του κόστους που σχετίζεται με τη χρήση του δικτύου, ειδικά καθώς αυξάνεται η υιοθέτηση.

Για παράδειγμα, το Bitcoin, το αρχικό δίκτυο blockchain, μπορεί να επεξεργαστεί περίπου 7 συναλλαγές ανά δευτερόλεπτο (TPS), ενώ το Ethereum, η κορυφαία πλατφόρμα έξυπνων συμβολαίων, χειρίζεται περίπου 15-30 TPS. Αντίθετα, τα παραδοσιακά συστήματα πληρωμών όπως η Visa μπορούν να επεξεργαστούν πάνω από 24.000 TPS. Αυτή η τεράστια απόκλιση καταδεικνύει την πρόκληση κλιμάκωσης που αντιμετωπίζει η τεχνολογία blockchain.

Υπάρχουν δύο ευρείες κατηγορίες προσεγγίσεων κλιμάκωσης:

• Κλιμάκωση εντός αλυσίδας: Πραγματοποίηση αλλαγών στο κύριο πρωτόκολλο blockchain για να επιτραπούν περισσότερες συναλλαγές ανά δευτερόλεπτο. Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει αύξηση του μεγέθους του μπλοκ, μείωση του χρόνου μπλοκ ή τροποποίηση των αλγορίθμων συναίνεσης.
• Κλιμάκωση εκτός αλυσίδας: Μεταφορά του φορτίου στην επεξεργασία συναλλαγών σε βοηθητικά συστήματα ή δευτερεύοντα επίπεδα που αλληλεπιδρούν με το κύριο blockchain αλλά λειτουργούν ανεξάρτητα για την ενίσχυση της συνολικής απόδοσης.

Η αποτελεσματική κλιμάκωση θα πρέπει να διατηρεί την ασφάλεια και την αποκέντρωση ενός blockchain. Ωστόσο, αυτό παρουσιάζει μια σημαντική τεχνική πρόκληση, καθώς οι αλλαγές σε μια πτυχή μπορεί να θέσουν σε κίνδυνο άλλες, οδηγώντας σε αυτό που είναι γνωστό ως «τρίλημμα επεκτασιμότητας».

Το Τρίλημμα Επεκτασιμότητας

Το τρίλημμα επεκτασιμότητας, που επινοήθηκε από τον συνιδρυτή του Ethereum, Vitalik Buterin, υποστηρίζει ότι τα συστήματα blockchain μπορούν να επιτύχουν το πολύ δύο από τις ακόλουθες τρεις ιδιότητες ταυτόχρονα:

• Αποκέντρωση: Ίση συμμετοχή από ανεξάρτητους κόμβους χωρίς εξάρτηση από κεντρικές αρχές.
• Ασφάλεια: Προστασία από επιθέσεις ή χειραγώγηση.
• Επεκτασιμότητα: Ικανότητα αποτελεσματικής διαχείρισης μεγαλύτερων όγκων συναλλαγών.

Η δυσκολία έγκειται στη βελτιστοποίηση και των τριών. Η αύξηση της απόδοσης μπορεί να περιλαμβάνει μεγαλύτερα μπλοκ, ωφελώντας την επεκτασιμότητα, αλλά αυτό συχνά απαιτεί περισσότερη υπολογιστική ισχύ, κεντρικοποίηση της συμμετοχής των κόμβων και αποδυνάμωση της αποκέντρωσης. Ομοίως, η προσθήκη πρόσθετων βημάτων συναίνεσης μπορεί να ενισχύσει την ασφάλεια, αλλά ενδεχομένως να μειώσει την επεκτασιμότητα.

Καθώς η υιοθέτηση του blockchain αυξάνεται σε όλους τους κλάδους - από τον χρηματοοικονομικό τομέα έως τις αλυσίδες εφοδιασμού - η επίλυση του ζητήματος της επεκτασιμότητας είναι ύψιστης σημασίας. Οι προγραμματιστές και οι ερευνητές διερευνούν ενεργά καινοτόμες μεθόδους για την κλιμάκωση δικτύων blockchain, διατηρώντας παράλληλα τις βασικές τους αξίες.

Γιατί είναι τόσο δύσκολη η κλιμάκωση Blockchain;

Η κλιμάκωση ενός δικτύου blockchain είναι εγγενώς δύσκολη λόγω θεμελιωδών επιλογών σχεδιασμού που δίνουν προτεραιότητα στην αποκέντρωση και την ασφάλεια. Αυτές οι αρχές σχεδιασμού, οι οποίες προσφέρουν μερικά από τα μεγαλύτερα οφέλη του blockchain - όπως η αμετάβλητη φύση και η έλλειψη αξιοπιστίας - δημιουργούν επίσης περιορισμούς στην ταχύτητα επεξεργασίας και την αποθήκευση δεδομένων.

1. Μηχανισμοί συναίνεσης

Στην καρδιά κάθε δικτύου blockchain βρίσκεται ένας μηχανισμός συναίνεσης ή η μέθοδος με την οποία οι συμμετέχοντες συμφωνούν για την κατάσταση του καθολικού. Δημοφιλείς μηχανισμοί όπως η Απόδειξη Εργασίας (PoW) και η Απόδειξη Συμμετοχής (PoS) απαιτούν είτε εντατικό υπολογισμό είτε κατανεμημένες προσπάθειες επικύρωσης για να διασφαλιστεί ότι όλες οι συναλλαγές είναι νόμιμες.

Ενώ αυτοί οι μηχανισμοί προστατεύουν από απάτη και παραβίαση, εισάγουν επίσης καθυστέρηση. Στην περίπτωση του Bitcoin, ο μέσος χρόνος μπλοκ είναι 10 λεπτά, περιορίζοντας την ταχύτητα με την οποία μπορούν να οριστικοποιηθούν οι συναλλαγές. Η αύξηση του μεγέθους των μπλοκ για την ενσωμάτωση περισσότερων συναλλαγών μπορεί να βοηθήσει, αλλά επιβαρύνει επίσης τους κόμβους με μεγαλύτερα φορτία δεδομένων, αποθαρρύνοντας τη συμμετοχή και ενδεχομένως συγκεντρώνοντας τον έλεγχο.

2. Διάδοση Δικτύου

Ένα άλλο εμπόδιο είναι ο χρόνος που απαιτείται για τη διάδοση νέων μπλοκ σε ολόκληρο το δίκτυο. Σε αποκεντρωμένα συστήματα, οι κόμβοι πρέπει να επικοινωνούν σε διασκορπισμένες γεωγραφικές περιοχές. Τα μεγαλύτερα μπλοκ χρειάζονται περισσότερο χρόνο για να διαδοθούν, αυξάνοντας την πιθανότητα ορφανών μπλοκ και ζητημάτων συναίνεσης, τα οποία υπονομεύουν την αξιοπιστία και την αποτελεσματικότητα.

3. Αποθήκευση Δεδομένων και Απαιτήσεις Κόμβου

Τα δεδομένα του Blockchain αποθηκεύονται πλεονάζοντα σε κάθε πλήρη κόμβο. Καθώς το blockchain αναπτύσσεται, το ίδιο συμβαίνει και με τις απαιτήσεις αποθήκευσης και εύρους ζώνης για την εκτέλεση ενός κόμβου. Χωρίς προσεκτική εξισορρόπηση, αυτό οδηγεί σε λιγότερα άτομα που μπορούν να χειρίζονται κόμβους, θέτοντας και πάλι σε κίνδυνο την αποκέντρωση. Το Ethereum, για παράδειγμα, έχει εισαγάγει προτάσεις "κρατικού ενοικίου" για την αντιμετώπιση προβλημάτων υπερβολικής αποθήκευσης δεδομένων που εμποδίζουν την κλιμάκωση.

4. Συμβατότητα προς τα πίσω και Forking

Η εφαρμογή βελτιώσεων στην επεκτασιμότητα συνήθως απαιτεί τροποποίηση του βασικού πρωτοκόλλου του blockchain. Αυτές οι αλλαγές συχνά οδηγούν σε "hard forks", διαιρώντας την υπάρχουσα αλυσίδα και το οικοσύστημα. Αυτό μπορεί να προκαλέσει σύγχυση, κατακερματισμό και απώλεια της κοινοτικής συναίνεσης. Η διατήρηση της συμβατότητας προς τα πίσω κατά την εφαρμογή επεκτάσιμων αναβαθμίσεων εξακολουθεί να αποτελεί σημαντική πρόκληση.

5. Ευπάθειες ασφαλείας

Οι προσπάθειες κλιμάκωσης μπορούν να εισαγάγουν ακούσια επιπλέον φορείς επίθεσης. Για παράδειγμα, οι λύσεις επιπέδου 2, όπως οι πλευρικές αλυσίδες και οι συλλογές, λειτουργούν εν μέρει εκτός αλυσίδας και ενδέχεται να κληρονομήσουν ασθενέστερες υποθέσεις ασφαλείας από την κύρια αλυσίδα. Η διασφάλιση ευρύτερης επεκτασιμότητας χωρίς να καθιστά το σύστημα πιο ευάλωτο αποτελεί συνεχή ανησυχία για τους προγραμματιστές.

Συνοψίζοντας, κάθε προσπάθεια κλιμάκωσης μιας λύσης blockchain πρέπει να πλοηγηθεί σε ένα πλέγμα συμβιβασμών. Είτε μέσω βελτιστοποιήσεων πρωτοκόλλου είτε λύσεων εκτός αλυσίδας, οι προγραμματιστές πρέπει να διατηρήσουν τους πυλώνες του blockchain - ασφάλεια και αποκέντρωση - βελτιώνοντας παράλληλα την απόδοση σε ένα παγκοσμίως κατανεμημένο περιβάλλον. Δεν υπάρχει μία και μοναδική λύση που να ταιριάζει σε όλα τα δίκτυα, εξ ου και η ποικιλομορφία των στρατηγικών σε διαφορετικές πλατφόρμες.

Λύσεις για την Επεκτασιμότητα του Blockchain

Δεδομένων των προκλήσεων που περιγράφονται, οι προγραμματιστές έχουν υιοθετήσει πολύπλευρες προσεγγίσεις για την κλιμάκωση δικτύων blockchain. Αυτές οι λύσεις στοχεύουν σε σημεία προβληματισμού όπως ο όγκος συναλλαγών, η αποτελεσματικότητα της συναίνεσης και η αποθήκευση δεδομένων. Κατηγοριοποιούνται γενικά σε μεθόδους κλιμάκωσης εντός και εκτός αλυσίδας, καθώς και σε υβριδικά μοντέλα.

1. Λύσεις Επιπέδου 2

• Κανάλια Κατάστασης: Αυτά επιτρέπουν σε δύο μέρη να πραγματοποιούν συναλλαγές εκτός αλυσίδας και να δεσμεύουν μόνο το τελικό αποτέλεσμα στην κύρια αλυσίδα, μειώνοντας σημαντικά τη συμφόρηση. Παραδείγματα περιλαμβάνουν το Lightning Network του Bitcoin και το Raiden Network του Ethereum.
• Πλάσμα και Συγκεντρώσεις: Οι αλυσίδες πλάσματος λειτουργούν ως ημιαυτόνομες θυγατρικές αλυσίδες που ομαδοποιούν συναλλαγές πριν τις διευθετήσουν στην κύρια αλυσίδα. Οι συγκεντρώσεις (αισιόδοξες ή μηδενικής γνώσης) συμπιέζουν δεδομένα συναλλαγών και τα επεξεργάζονται εκτός αλυσίδας, ενώ αποθηκεύουν αποδείξεις εντός αλυσίδας. Αυτό διατηρεί την ασφάλεια και βελτιώνει την απόδοση.

Οι επιλογές Επιπέδου 2 προτιμώνται ολοένα και περισσότερο επειδή επιτρέπουν σημαντικές αυξήσεις στην χωρητικότητα συναλλαγών χωρίς να αλλοιώνουν το βασικό πρωτόκολλο.

2. Sharding

Το sharding περιλαμβάνει τη διαίρεση του blockchain σε μικρότερα κομμάτια ή "shards", καθένα από τα οποία είναι ικανό να επεξεργάζεται τις συναλλαγές και τα έξυπνα συμβόλαιά του. Συντονισμένα από την κύρια αλυσίδα, τα shards μπορούν να κλιμακωθούν γραμμικά με το μέγεθος του δικτύου. Το Ethereum 2.0 οραματίζεται το sharding ως κεντρικό χαρακτηριστικό κλιμάκωσης. Ωστόσο, η εφαρμογή είναι πολύπλοκη και συνεχής.

3. Εναλλακτικοί Μηχανισμοί Συναίνεσης

Ορισμένα νεότερα blockchains υιοθετούν μοντέλα συναίνεσης που προσφέρουν εγγενώς καλύτερη επεκτασιμότητα:

• Απόδειξη Ποσοστού (DPoS): Χρησιμοποιείται από την EOS και την Tron, η DPoS βασίζεται σε ένα περιορισμένο σύνολο επικυρωτών, αυξάνοντας τις ταχύτητες συναλλαγών, αν και με μειωμένη αποκέντρωση.
• Απόδειξη Ιστορικού (PoH): Χρησιμοποιείται από την Solana, η PoH επιτρέπει την γρήγορη αλληλουχία των συναλλαγών, ενισχύοντας την απόδοση.

Αυτοί οι μηχανισμοί επιχειρούν να εξισορροπήσουν την ασφάλεια και την επεκτασιμότητα, αν και ο καθένας έχει τους περιορισμούς και τους κινδύνους συγκέντρωσης.

4. Κλάδεμα Blockchain και Αποδοτικότητα Αποθήκευσης

Τα πλήρη αρχεία blockchain είναι σημαντικά, απαιτώντας υψηλή χωρητικότητα αποθήκευσης. Οι τεχνικές κλαδέματος - η αφαίρεση περιττών ή ιστορικών δεδομένων - στοχεύουν στο να διευκολύνουν τη συμμετοχή των κόμβων. Ορισμένα blockchains διερευνούν επίσης μοντέλα πελατών χωρίς κατάσταση, όπου απαιτούνται μόνο δεδομένα τρέχουσας κατάστασης για την επικύρωση, μειώνοντας το συνολικό φορτίο.

5. Διαλειτουργικότητα και πλευρικές αλυσίδες

Αξιοποιώντας πλευρικές αλυσίδες - παράλληλα blockchains που συνδέονται με την κύρια αλυσίδα - μπορούν να κατανεμηθούν φορτία συναλλαγών. Για παράδειγμα, το Polygon προσφέρει πλευρικές αλυσίδες συμβατές με το Ethereum που απαλλάσσουν από τον υπολογισμό και την αποθήκευση. Πρωτόκολλα διαλειτουργικότητας όπως το Polkadot και το Cosmos διευκολύνουν τις συναλλαγές μεταξύ αλυσίδων, δημιουργώντας ένα κλιμακωτό οικοσύστημα πολλαπλών αλυσίδων.

6. Συμπεράσματα και ο Δρόμος μπροστά

Καμία μεμονωμένη λύση δεν λύνει την επεκτασιμότητα του blockchain. Η πρόοδος είναι επαναληπτική και συχνά απαιτεί συμβιβασμούς. Κορυφαίες πλατφόρμες όπως το Ethereum εφαρμόζουν σταδιακά sharding και rollups, ενώ εναλλακτικά blockchains διερευνούν νέες αρχιτεκτονικές. Εν τω μεταξύ, οι ερευνητές συνεχίζουν να διερευνούν καινοτομίες, από καθολικά βιβλία που βασίζονται σε ψηφιακά γραφικά (DAG) έως επικύρωση συναλλαγών με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης.

Τελικά, η ικανότητα των blockchain να κλιμακώνονται αποτελεσματικά θα καθορίσει πόσο ευρέως θα υιοθετηθούν στο παγκόσμιο εμπόριο, τα χρηματοοικονομικά και όχι μόνο. ​​Η επεκτασιμότητα παραμένει τόσο ένα τεχνικό εμπόδιο όσο και μια ευκαιρία για αναμόρφωση της ψηφιακής υποδομής με αποκεντρωμένα συστήματα.