Как Zilliqa решит самую большую проблему блокчейна?

Для лучшего понимания самой большой проблемы блокчейна необходимо провести аналогию.

В начале 21-го века интернет был невероятно медленным. Если бы у вас тогда был блог, то доступ к нему для пользователей был бы трудоемким и дорогостоящим.

Люди заметили существующую проблему, но они также и признали полезность Интернета. Чтобы решить эту проблему, люди стали работать над улучшением инфраструктуры и дизайна Интернета. В то же время они создали улучшенное оборудование для запуска важных элементов Интернета. Это все положило начало тому Интернету, который мы видим сегодня.

Благодаря этим изменениям Интернет стал быстрее, а затраты на доступ к веб-сайтам стали намного ниже. Раньше разработчики могли создавать только одну веб-страницу. Но после этих апгрейдов разработчики на базе улучшенной инфраструктуры могут создавать такие сайты, как Facebook, Google и Twitter. Все это стало возможным, потому что интернет сейчас очень быстрый и масштабируемый.

В настоящее время транзакции в блокчейне сталкиваются с аналогичным препятствием: они медленны и дороги.

Блокчейн компании работают над тем, чтобы обеспечить масштабируемую инфраструктуру, чтобы блокчейн платформы могли стать мейнстримом в будущем. Как только это произойдет, пользователи смогут не только использовать технологию блокчейн в целях оплаты чего-либо, но также смогут создавать приложения, похожие на Google и Facebook.

Zilliqa - одна из компаний, которая ищет решение этой проблемы.

Tech in Asia начала сотрудничество с Яоци Цзя (Yaoqi Jia), главой технического отдела Zilliqa, чтобы узнать больше об этой проблеме и найти какое-то совместное решение.

Блокчейн и проблема масштабируемости

Проблема масштабируемости не может рассматриваться без предварительного объяснения понятия пропускной способности.

Представьте себе, что вы находитесь на вокзале. Поезда здесь ходят один раз в час, и только 10 человек могут поместиться в один поезд. Как только поезд заполнится, одиннадцатому пассажиру придется ждать следующего поезда.

Используя этот пример, можно провести аналогию: пассажиры – это транзакции. Популярные блокчейн платформы, такие как bitcoin и ethereum – это поезда, которые могут обрабатывать в среднем около 10 транзакций в секунду.

Напротив, платежные компании, такие как Visa, в настоящее время обрабатывают в среднем от 5000 до 8 000 транзакций в секунду.

Скорость обработки транзакций называется пропускной способностью. В настоящее время блокчейн платформы имеют значительно меньшую пропускную способность по сравнению с традиционными платежными платформами, такими как Visa.

Теперь представьте себе, что вы находитесь на том же вокзале, но на этот раз там присутствует сотня других людей, которые также хотят сесть в этот поезд. Поезд прибывает. Кондуктор смотрит на толпу и говорит: «10 человек, которые смогут заплатить больше всего за билет, попадут на этот поезд». Вы спешите, поэтому вы платите огромную сумму за свой билет и получаете право на проезд в этом поезде.

Из-за низкой пропускной способности блокчейн платформ транзакционные комиссии становятся все выше и выше. Например, транзакция стоимостью 10 долларов может легко иметь добавленную транзакционную комиссию в размере $ 2 на более перегруженных блокчейн платформах.

Таким образом, медленная скорость и высокие затраты на транзакции на блокчейн платформах являются огромными препятствиями для большинства основных транзакций.

Повышение масштабируемости

Для массового внедрения блокчейн платформ их необходимо масштабировать. Блокчейн компании разработали несколько решений для этого вопроса.

1. Увеличение размера блока

Первым и самым простым решением является увеличение размера блока.

Возвращаясь к аналогии с поездом, это решение означает увеличение посадочных мест в поезде от 10 до, скажем, 20. Таким образом, поезд сможет перевозить больше пассажиров за один раз и тем самым уменьшаться скопление людей на станции.

Текущий размер блока для биткойна составляет 1 МБ на блок. Если увеличить этот размер хотя бы до 2 МБ на блок, то это поможет удвоить количество обрабатываемых транзакций в секунду. Чем больше размер блока, тем больше количество обработанных транзакций в секунду.

Однако это крайне проблематично на практике.

Как объясняет Цзя из Zilliqa:

«Скажем, вы увеличиваете размер блока от 1 МБ до 1 ГБ. Проблема в том, что, когда вы создаете блок, вы должны отправлять его другим людям в сети. Если вы используете Gmail, вы наверняка знаете, что при загрузке большого файла, Google начинает жаловаться. Сеть просто не может быстро обработать этот огромный файл. С той же проблемой столкнётся и блокчейн при увеличении размера блока. Вы не можете превышать определенный размер блока, поэтому существует ограничение в области того предела до которого может происходить масштабирование согласно этому решению».

2. Решения вне блокчейна

Вторая возможность заключается в решениях вне блокчейна, таких как сеть Lightning Network для Bitcoin, сеть Raiden Network для Ethereum и Trinity для Neo.

При использовании текущих методов каждый раз, когда вы совершаете транзакцию, она должна быть одобрена каждым узлом в сети. (Узел - это компьютер, на котором выполняются алгоритмы для обработки транзакций).

Например, вы хотите покупать 1 чашку кофе в определенном кафе каждый день в течение месяца. Кофе стоит 1 доллар, но вы не хотите обременять всю сеть из-за транзакции в размере 1 доллара. Производить ежедневно в сети транзакцию стоимостью 1 доллар очень дорого.

Таким образом, вы подписываете контракт с владельцем кафе. Контракт гласит, что каждый день вы будете платить за чашку кофе токеном стоимостью 1 доллар. Через 30 дней владелец может обменять в сети эти 30 токенов на 30 долларов. Вы отправляете одну транзакцию в сеть, чтобы обозначить начало этого контракта. Чтобы обозначить окончание контракта, вы отправляете другую транзакцию через 30 дней. Затем владелец обменивает свои токены в сети на 30 долларов наличными.

Поскольку это частные соглашения, которые происходят за пределами сети блокчейна, они называются решениями вне блокчейна.

Недостаток этой системы заключается в том, что процесс будет централизован вокруг серверов, на которых размещаются эти транзакции вне сети. Эти сети вне блокчейна также являются черными ящиками, а прозрачность и безопасность этого решения крайне сомнительны.

3. Делегированный консенсусный протокол

Обработка транзакций в сети блокчейн в настоящее время очень медленная, потому что каждый узел в сети должен обрабатывать каждую транзакцию в отдельности. Поэтому, если в сети насчитывается тысяча узлов, то все они должны будут обрабатывать каждую транзакцию в отдельности, которая выполняется в этой сети.

Это то же самое если бы у вас была группа из 1000 человек, и каждый человек из этой группы должен согласовать определенный документ. Процесс будет не только длительным, но и очень беспорядочным.

Вместо этого, намного разумнее выбрать, скажем, 10 членов сообщества, и назначить их управляющими членами группы. А затем пусть эти 10 человек сделают голосование каждый в своей группе, а после голосования выразят общее мнение своей группы. Так будет намного легче и быстрее достичь консенсуса.

Аналогично, вы можете делегировать группе узлов запуск протокола и согласование транзакций. Их согласие будет принято, как в качестве представителя, выражающего общее мнение группы.

Большинство масштабируемых блокчейн проектов используют этот протокол. Чтобы войти в «руководящий состав» или консорциум, члены группы должны будут выразить свою заинтересованность в этом и пройти определенные тесты (например, доказательство доли владения или доказательство полномочий). Если они преуспеют в этом, им будет предоставлен сертификат, чтобы присоединиться к консорциуму и запустить консенсусный протокол.

Однако проблема при использовании этого решения заключается в том, что протокол теперь становится централизованным вокруг делегированной группы узлов, которые его запускают.

4. Шардинг

Шардинг – решение вне блокчейна , которое делит сеть на «шарды».

Шардинг не является новой концепцией в области баз данных. Шардинг разделяет большие базы данных на более мелкие, быстрые и легко управляемые части, называемые шарды данных.

Эта концепция никогда не применялась в отношении блокчейна до тех пор, пока Лой Луу (Loi Luu), Пратеек Саксена (Prateek Saxena) и их команда не изучили ее в своей исследовательской работе Elastico. Доцент кафедры вычислений в Национальном университете Сингапура, Пратеек Саксена также является главным научным консультантом Zilliqa. Лой Луу, который работает в компании в качестве советника, был аспирантом того же университета. Решение Zilliqa называется сетевым шардингом.

Чтобы объяснить, как все это работает, давайте представим, что у нас есть задача с пятью этапами решения.

Давайте представим, что вы находитесь в классе из 10 учеников. У вас есть задача, и этапы ее решения могут происходить параллельно. Вы делите класс на пять групп из двух учеников и даете каждой группе задание решить какую-либо из подзадач. Первая группа решает первую подзадачу, вторая группа решает вторую подзадачу и так далее.

Как только группа справиться со своими подзадачами, она передает информацию учителю. Учитель собирает ответы со всех пяти групп и передает полный набор информации всем группам. Таким образом, все участники узнают, над чем работала каждая из групп, даже если до этого они не имели представления о том, что делали другие, в то время как они были сосредоточены на своих подзадачах.

Теперь вернемся к шардингу. Студенты в этом примере являются узлами платформы Zilliqa. «Класс» состоит из всех узлов в сети, а «группы» - это шарды. «Учитель» представляет Комитет службы каталогов (DS), который сам по себе является шардом.

Сравните это с «классной комнатой» в сети биткойнов, где «ученики» должны самостоятельно решать каждый шаг задачи. Этот подход занимает гораздо больше времени. И комиссии при таком подходе для каждого участника намного больше.

При сетевом шардинге Zilliqa, если у вас было 10 000 узлов, они бы случайным образом были разделены на 10 групп через процесс, называемый доказательством работы. Каждая группа в таком случае называлась бы шардом.

Каждый шард обрабатывает разный набор транзакций и предоставляет набор уже внутри согласованных транзакций. Затем шарды составляют сводку о переходе этих транзакций в другой шард и передаю ее, в так называем называемый Комитет DS, который собирает все такие сводки из разных групп шардов и объединяет их для формирования более крупного объекта, который называется конечный блок. Информация из конечного блока будет отправлена обратно всем группам.

Этот процесс называется сетевым шардингом, и Zilliqa - единственная известная компания, которая работает над этим решением на данный момент. Сетевой шардинг - это децентрализованное безопасное сетевое решение, которое может обеспечить линейную масштабируемость, то есть чем больше узлов у вас есть, тем выше пропускная способность, которую вы получаете. В настоящее время Zilliqa может обрабатывать 2488 транзакций в секунду и стремится в будущем увеличить это число до 10 000 транзакций в секунду.

Ethereum работает над аналогичным, но немного другим процессом, называемым структурный шардинг. При сетевом шардинге не каждый узел должен обрабатывать каждую транзакцию, но каждый узел должен хранить информацию о том, что происходит в других шардах в сети. Однако, при структурном шардинге каждый узел будет хранить только выборку информации, которую он обработал. Хотя это снижает нагрузку на каждый узел, связь между шардам усложняется при таком подходе.

Как у любой технологии у шардинга есть свои недостатки - сложность разработки и реализации.

«Мы начали наши исследования в 2015 году и все еще экспериментируем с шардингом», - отмечает Цзя. «Достаточно легко внедрить простейшею версию шардинга, но трудно сделать это корректно и надежно. Вот почему так мало команд разработчиков работают над этим вопросом».

«Сравните это с идеей увеличения размера блока, - говорит Цзя. Это самое простое решение. Вам нужно только настроить один параметр. Увеличите размер блока и увеличится пропускная способность. Когда мы хотим внедрить шардинг, существует так много других нюансов, о которых нам нужно подумать. Как правильно выбрать каждого члена группы? Как разделить эти задачи между группами? Все это привносит сложность в систему. Но если все сделать правильно, ваша система будет децентрализована, безопасна и обеспечит большую линейную пропускную способность блокчейна».

Пропускная способность групп и хранение также будут общими минусами - не только для шардинга, но и для всех масштабируемых решений блокчейна.

Это еще пока не является проблемой для популярных блокчейн-платформ, таких как bitcoin и ethereum, из-за их низкой пропускной способности.

«Bitcoin и ethereum обрабатывают 10 транзакций в секунду», - говорит Цзя. По текущему курсу все транзакции в год составят несколько ГБ. Но когда мы говорим о десятках или сотнях миллионов транзакций в день, будет производиться неимоверное количество данных, и для хранения всех этих транзакций нам нужно будет найти лучшее решение, чем существует сегодня. Это та проблема, которую сетевой шардинг не может решить напрямую».

Запуск публичного тестирования технологии

Сетевой шардинг был успешно реализован внутри Zilliqa.

Теперь команда хочет представить всему миру как работает их технология. В связи с этим они запускают свою тестовую сеть, где любой желающий может увидеть все это в работе. Запуск сети планируется на конец марта.

Testnet (тестовая сеть) - это, в основном, дублирующая система для команды, чтобы запустить и протестировать платформу, прежде чем базировать ее как производственную систему, называемую mainnet (основная сеть).

Запуск тестовой сетиZilliqa нацелен на сторонников Zilliqa - в том числе разработчиков и членов сообщества, заинтересованных в протоколе, - а также блокчейн-разработчиков, заинтересованных в концепции шардинга.

В тестовой сети пользователи могут наблюдать за состоянием системы блокчейна, например, количеством обрабатываемых транзакций и текущим номером периода. В то же время пользователи могут использовать кошельки для создания действующих учетных записей для отправки и получения транзакций в тестовых токенах.

Цели

В ближайшем будущем Zilliqa планирует запустить свою блокчейн систему и платформу смарт-контрактов, которая позволит запускать приложения на блокчейне. Следующим в очереди является релиз анкерных приложений на платформе, называемых децентрализованными приложениями, или сокращённо dApps. Подумайте об этом как о приложениях, таких как Google и Facebook, но созданных на децентрализованной блокчейн-платформе. Эти приложения смогут дать Zilliqa хороший толчок для всеобщего принятия и использования в качестве мейнстрима.

«Если блокчейн - это операционная система, мы хотим, чтобы Zilliqa стала Android или iOS в будущем», - говорит Цзя. Мы надеемся, что простые люди смогут легко использовать и развивать dApps, и в один прекрасный день заметят, что их любимые приложения построены на базе Zilliqa».

В будущем Zilliqa также нацелена решить открытые проблемы блокчейна, такие как масштабируемые решения, конфиденциальность и хранение.

«Это проблемы не только отраслевые, но и научные, - говорит Цзя. В долгосрочной перспективе мы хотели быпредоставить людям масштабируемую блокчейн-платформу. В то же время мы также хотим проводить исследования, публиковать научные исследовательские документы и поддерживать отрасль блокчейн технологий, чтобы мы могли успешно разрешить все эти открытые существующие проблемы и создать интернет будущего».

Перевод статьи от Zilliqa для Tech in Asia

Хотите зарабатывать на крипте? Подписывайтесь на наши Telegram каналы!