Úvod do problémů se škálovatelností blockchainu

Nástup technologie blockchain s příslibem decentralizovaných, bezpečných a neměnných transakcí způsobil revoluci v řadě průmyslových odvětví. Jako každá průkopnická technologie však přichází s řadou výzev. Jednou z nejkritičtějších a široce diskutovaných otázek je škálovatelnost.

V kontextu technologie blockchain se škálovatelnost týká schopnosti sítě efektivně a efektivně zpracovávat a zpracovávat rostoucí objem transakcí. Skutečná výzva spočívá v paradoxním vztahu mezi decentralizací, bezpečností a škálovatelností, často označovanému jako „blockchain trilema“. Trilema předpokládá, že blockchainová síť může vynikat ve dvou oblastech, ale ve třetí nevyhnutelně udělá kompromis.

Většina tradičních blockchainů jako Bitcoin a Ethereum byla navržena se silným důrazem na bezpečnost a decentralizaci. Tento důraz, přestože je klíčový pro integritu sítí, neúmyslně omezil jejich škálovatelnost. Toto omezení je nejlépe ilustrováno během období vysokého přetížení sítě, kdy uživatelé zažívají pomalejší transakční časy a vyšší transakční poplatky.

Současná transakční kapacita bitcoinu je zhruba sedm transakcí za sekundu (TPS), zatímco Ethereum si vede o něco lépe s 15 TPS. Ve srovnání s centralizovanými finančními sítěmi, jako je Visa, které jsou schopné zpracovat přibližně 24 000 TPS, je zřejmé, jak velký prostor pro zlepšení existuje, pokud jde o škálovatelnost blockchainu.

Otázka škálovatelnosti proto představuje významnou překážku pro masové přijetí technologie blockchain. Stala se středem zájmu mnoha výzkumných iniciativ a vývojových projektů usilujících o optimalizaci blockchainových sítí, aniž by byla obětována jejich decentralizace nebo bezpečnost. Nástup řešení na druhé vrstvě, jako je Lightning Network a Plasma, znamená slibný pokrok v této oblasti, který nabízí inovativní způsoby, jak zlepšit škálovatelnost, a tím posouvat technologii blíže k širokému přijetí. 

Pochopení Layer 1 a Layer 2 Solutions

Abychom odhalili složitost škálovatelnosti blockchainu, je důležité pochopit základní rozdíly mezi řešeními na 1. vrstvě a 2. vrstvě. Tyto termíny označují dva různé přístupy ke zvýšení kapacity blockchainu zpracovávat transakce.

Řešení vrstvy 1 zahrnují úpravy samotného blockchain protokolu, čímž se účinně mění původní pravidla sítě. Tyto změny mohou zahrnovat zvětšení velikosti bloku, jak je vidět na hard forku Bitcoin Cash, nebo přechod na škálovatelnější mechanismus konsenzu, jako je Proof of Stake od Etherea. Implementace řešení na 1. vrstvě je často složitější, protože obvykle vyžadují celosíťovou dohodu nebo hard fork, což může vést k fragmentaci v rámci komunity.

Řešení na druhé vrstvě se na druhé straně snaží zlepšit škálovatelnost bez změny základního protokolu. Místo toho fungují tak, že staví sekundární rámec na stávajícím blockchainu. Základní myšlenkou je vyjmout značnou část transakcí z hlavního řetězce a zpracovat je na této druhé vrstvě, která je rychlejší a flexibilnější. Jakmile jsou transakce dokončeny na druhé vrstvě, výsledek je zaznamenán na hlavní blockchain, čímž je zajištěna bezpečnost a neměnnost. Tento „mimořetězový“ přístup získal významnou trakci pro svůj potenciál dramaticky zvýšit propustnost transakcí, aniž by byly obětovány inherentní výhody základního blockchainu.

Dvě z nejvýznamnějších řešení na druhé vrstvě, Lightning Network a Plasma, ukázaly značný potenciál v boji proti problémům škálovatelnosti bitcoinu a etherea. Následující části se ponoří hlouběji do těchto řešení, objasní jejich funkce, vlastnosti a důsledky pro budoucnost technologie blockchain. 

Hluboký ponor do řešení škálování vrstvy 2

Když vstupujeme do světa řešení vrstvy 2, je nezbytné pochopit základní principy, kterými se tyto inovativní technologie řídí. Škálovací řešení na vrstvě 2 se primárně zaměřují na zmírnění přetížení sítě a snížení transakčních poplatků prováděním většiny transakcí mimo řetězec. Využívají zabezpečení hlavního blockchainu, na který jsou zveřejňovány pouze základní informace. Jinými slovy, řešení vrstvy 2 slouží jako pomocná síť, která usnadňuje rychlejší a levnější transakce a nakonec vyrovnává čisté výsledky na primárním blockchainu.

Jeden ze základních konceptů využívaných mnoha řešeními vrstvy 2 je známý jako „stavové kanály“. Státní kanál je obousměrný komunikační kanál mezi účastníky, který jim umožňuje provádět mezi sebou neomezené transakce mimo řetězec. Tyto transakce jsou okamžité, protože nevyžadují potvrzení blokování a mají minimální poplatky, protože nespotřebovávají síťové zdroje. Jakmile účastníci dokončí transakce, uzavřou státní kanál a vyrovnají čistý výsledek na hlavním řetězci.

Další základní technikou používanou v řešeních vrstvy 2 jsou „sidechains“. Jedná se o nezávislé blockchainy, které běží paralelně s hlavním řetězcem a mají své vlastní mechanismy konsenzu. Aktiva lze převádět z hlavního řetězce do vedlejšího řetězce, což umožňuje rychlejší a levnější transakce. Jakmile jsou transakce dokončeny, aktiva lze přesunout zpět do hlavního řetězce.

Jak stavové kanály, tak postranní řetězce výrazně snižují zatížení hlavního řetězce a zvyšují celkovou transakční kapacitu sítě. Nicméně, každý z nich má své silné a slabé stránky, takže jsou vhodné pro různé aplikace. Následující části budou analyzovat Lightning Network a Plasma, dvě řešení vrstvy 2, která využívají tyto koncepty k řešení problémů se škálovatelností bitcoinu a etherea. 

Zvýraznění Lightning Network

V reakci na problém škálovatelnosti bitcoinů byla Lightning Network koncipována jako řešení na druhé vrstvě pro usnadnění rychlejších a levných transakcí. Lightning Network využívá koncept státních kanálů a umožňuje účastníkům provádět transakce mimo řetězec, obchází omezení doby potvrzování bloků a přetížení sítě.

Lightning Network funguje tak, že vytváří platební kanál mezi dvěma stranami, které chtějí provádět více transakcí. Tento kanál se otevírá vytvořením peněženky s více podpisy, což je v podstatě bitcoinová peněženka, která k provedení transakce vyžaduje podpisy obou stran. Otevření kanálu, zahrnující vytvoření peněženky s více podpisy a počáteční vklad bitcoinů, je zaznamenáno na blockchainu bitcoinů.

Jakmile je kanál otevřen, mohou obě strany mezi sebou provádět neomezený počet transakcí, aniž by tyto transakce byly zaznamenány v hlavním řetězci. Tyto transakce mění rozložení počátečního vkladu v peněžence s více podpisy, ale probíhají okamžitě a bez poplatků, protože nepodléhají potvrzování bloků.

Když si strany již nepřejí provádět transakce, uzavřou kanál a konečná distribuce bitcoinů v peněžence s více podpisy je zaznamenána v hlavním řetězci. Důležité je, že na blockchainu jsou zaznamenávány pouze otevírací a uzavírací transakce, což umožňuje, aby se mohly uskutečnit tisíce mimořetězových transakcí pouze se dvěma transakcemi v řetězci.

Tento inovativní přístup slibuje výrazné posílení škálovatelnosti bitcoinu a podporuje téměř okamžité transakce s minimálními poplatky. Je však nezbytné pochopit, že Lightning Network je nejvhodnější pro malé transakce nebo mikrotransakce, vzhledem k požadavku na kanály předběžného financování a potenciálním rizikům spojeným s většími transakcemi. 

Zkoumání plazmy

Plazma je dalším řešením škálování na 2. vrstvě, které je primárně navrženo pro řešení problémů se škálovatelností sítě Ethereum. Plasma, navržená Josephem Poonem a spoluzakladatelem Etherea Vitalikem Buterinem, využívá koncept postranních řetězců k vytvoření hierarchické struktury vzájemně propojených blockchainů, z nichž každý funguje nezávisle a nakonec je ukotven k hlavnímu řetězci Etherea.

V rámci plazmy je nadřazený řetězec (hlavní řetězec Ethereum) připojen k více podřízeným řetězcům nebo plazmovým řetězcům, které jsou schopny provozovat chytré smlouvy a zpracovávat transakce nezávisle. Tyto podřízené řetězce mohou mít své vlastní podřízené řetězce, které tvoří strukturu podobnou stromu. Klíčovou výhodou této architektury je, že každý řetězec funguje nezávisle, čímž přenáší značnou část transakcí z hlavního řetězce, čímž se zvyšuje škálovatelnost.

Když si uživatel přeje komunikovat s plazmovým řetězcem, nejprve vloží své tokeny Ether nebo ERC-20 do chytré smlouvy na hlavním řetězci Ethereum. Tato chytrá smlouva funguje jako most mezi hlavním řetězcem a plazmovým řetězcem. Po potvrzení vkladu se v plazmovém řetězci vytvoří ekvivalentní aktiva, která uživateli umožní provádět transakce nebo interagovat s chytrými smlouvami rychlejším tempem a s nižšími poplatky.

Pro zajištění bezpečnosti a integrity plazmového řetězce se používá proces známý jako „Plasma exit“. Tento proces umožňuje uživatelům stáhnout svá aktiva z plazmového řetězce zpět do hlavního řetězce, a to i v případě, že se zákeřný hráč pokouší kompromitovat plazmový řetězec. Plazmové řetězce navíc spoléhají na konsensuální mechanismus zvaný „Proof of Authority“, kde je malý počet validátorů odpovědný za udržování integrity řetězce, což dále optimalizuje výkon řetězce.

Odlehčením velké části transakční zátěže z hlavního řetězce má Plasma potenciál výrazně zlepšit škálovatelnost Etherea a připravit cestu pro sofistikovanější a na zdroje náročnější decentralizované aplikace (dApps), které budou v rámci ekosystému prosperovat. 

Porovnání Lightning Network a Plasma

Lightning Network a Plasma představují dva různé přístupy k řešení škálování na druhé vrstvě, z nichž každý je přizpůsoben specifickým charakteristikám a požadavkům příslušných blockchainů, bitcoinů a etherea.

Lightning Network, navržená pro bitcoiny, využívá státní kanály k usnadnění mimořetězových transakcí. Je obzvláště zběhlý v rychlém a ekonomickém zpracování velkého objemu malých transakcí. Tím, že umožňuje uživatelům otevírat přímé platební kanály mezi sebou, podporuje Lightning Network mikrotransakce a časté, nízkonákladové interakce, což z něj činí ideální řešení pro scénáře vyžadující vysokofrekvenční transakce s nízkou hodnotou. Nemusí však být tak vhodný pro větší transakce kvůli požadavku na kanály předběžného financování a potenciálním bezpečnostním rizikům spojeným s významnými zůstatky na kanálech.

Na druhou stranu Plasma, navržená pro Ethereum, využívá síť postranních řetězců k odlehčení výpočetní zátěže z hlavního řetězce. Díky tomu je mimořádně vhodný pro složité operace, jako jsou ty spojené s decentralizovanými aplikacemi nebo smart kontrakty. Plazmové řetězce dokážou zvládnout různé úkoly, od jednoduchých převodů hodnot až po složité interakce inteligentních kontraktů. Je však nezbytné poznamenat, že robustnost Plasma přichází s určitým stupněm složitosti a hierarchická povaha sítě může představovat problémy při koordinaci mezi více postranními řetězci.

V podstatě jak Lightning Network, tak Plasma představují významný pokrok v škálovatelnosti blockchainu, každý se svými silnými stránkami a ideálními případy použití. Vzhledem k tomu, že se řešení na druhé vrstvě stále vyvíjejí, je pravděpodobné, že uvidíme specializovanější implementace, které uspokojí různorodou škálu požadavků na škálovatelnost v širším prostředí blockchainu.  

Případy použití v reálném světě a příběhy úspěšných

Řešení na vrstvě 2 nejsou jen teoretické konstrukce. Již začaly mít hmatatelné dopady ve světě blockchainu a prokázaly praktickou užitečnost v různých aplikacích.

Lightning Network umožnila mikrotransakce pro uživatele bitcoinů po celém světě, přičemž v současnosti jsou aktivní tisíce uzlů a kanálů. Jednou z pozoruhodných aplikací je platforma sociálních médií Sphinx Chat, která integrovala Lightning Network pro usnadnění mikroplateb pro tvůrce obsahu. Tím, že umožňuje přímé a levné platby mezi uživateli a tvůrci, je Sphinx Chat průkopníkem nového modelu monetizace pro sociální média.

V online maloobchodním prostoru platební procesor OpenNode využil Lightning Network k umožnění okamžitých bitcoinových transakcí s nízkými poplatky. To umožnilo podnikům, velkým i malým, přijímat platby bitcoiny ekonomičtěji a efektivněji než kdykoli předtím.

Slibnou implementací Plasma je Matic Network (nyní Polygon), která poskytuje škálovatelný a flexibilní rámec vrstvy 2 pro Ethereum. Využitím varianty Plasma se Matic podařilo výrazně zvýšit rychlost transakcí a zároveň snížit náklady, což z něj činí atraktivní řešení pro decentralizované aplikace, které hledají škálovatelnost.

Tyto úspěšné příběhy podtrhují významný potenciál řešení na druhé vrstvě při zlepšování škálovatelnosti blockchainu. Jak se tyto technologie neustále vyvíjejí a dospívají, můžeme očekávat širší škálu případů použití a komplexnější integraci do stávajících blockchainových sítí. 

Budoucnost řešení na druhé vrstvě

Jak se technologie blockchainu neustále vyvíjí a dospívá, řešení na druhé vrstvě jsou připravena hrát stále důležitější roli při zlepšování škálovatelnosti a usnadňování hromadného přijetí technologie blockchain. Cesta je však stále v rané fázi a krajina je zralá na příležitosti k průzkumu a inovacím.

Jedna vzrušující vyhlídka spočívá ve vývoji interoperabilních řešení na druhé vrstvě, která mohou fungovat na různých blockchainových platformách. Taková cross-chain řešení na vrstvě 2 by mohla umožnit bezproblémové interakce mezi různými blockchainovými ekosystémy, efektivně přemostit izolované blockchainové ostrovy a vytvořit jednotnější a výkonnější blockchainovou síť.

Aplikace řešení na druhé vrstvě v rychle rostoucí oblasti decentralizovaných financí (DeFi) navíc představuje slibnou cestu. Vzhledem k tomu, že platformy DeFi neustále rostou ve složitosti a objemu transakcí, řešení na vrstvě 2 by se mohla ukázat jako klíčová pro zvládnutí tohoto nárůstu poptávky, aniž by došlo k přetížení základního blockchainu.

Pokroky v technologiích vrstvy 2 by navíc mohly otevřít dveře novým aplikacím technologie blockchain, které v současnosti nejsou proveditelné kvůli omezením škálovatelnosti. Ty by mohly sahat od decentralizovaných platforem sociálních médií až po systémy globálního dodavatelského řetězce, což by mohlo způsobit revoluci v celých průmyslových odvětvích.

Je však důležité si uvědomit, že řešení vrstvy 2, přestože jsou slibná, nejsou stříbrnou kulkou. Každé řešení přichází se svými kompromisy a výzvami a je důležité pokračovat ve zkoumání dalších cest pro zlepšení škálovatelnosti blockchainu, jako jsou optimalizace vrstvy 1 a nové konsensuální algoritmy.

Závěrem lze říci, že vývoj řešení na druhé vrstvě je kritickou součástí probíhající blockchainové revoluce. Tím, že umožňují efektivní a efektivní škálování blockchainů, tyto technologie dláždí cestu pro budoucnost, kde bude technologie blockchain hluboce integrována do struktury našich digitálních životů.

Původní článek publikovaný na našem webu:  www.cryptocurrencyguide.org