Трилемма блокчейна, которую еще называют трилеммой масштабируемости, представляет собой теорему, которая формулирует главную проблему масштабирования распределенных систем. Она заключается в том, что три основных свойства блокчейна (децентрализация, безопасность, производительность) не могут одинаково хорошо обеспечиваться одновременно. У децентрализованной сети может быть высокий уровень только двух характеристик из трех. То есть при усилении одной из них неизбежно страдает какая-то другая.
Проиллюстрировать это можно на примере Bitcoin. В этом блокчейне количество транзакций в секунду довольно небольшое — около семи, а блоки добываются раз в десять минут. В результате когда сеть перегружена, транзакции с низкими комиссиями могут обрабатываться очень долго. Итог: безопасность и децентрализация на высоком уровне, а производительность — нет.
Для увеличения производительности можно сделать размер блока больше. Но тогда сильно вырастет сложность, и в итоге в сети останутся только крупные майнинг-пулы — система станет более централизованной. А если сократить время добычи, упадет безопасность — узлы могут не успеть достичь консенсуса до того как будет добыт новый блок.
История появления трилеммы блокчейна
Американский ученый, профессор информатики Эрик Брюэр еще в 1990-х годах сформулировал теорему CAP (официально доказана в 2002 году). Ее суть заключается в том, что любая распределенная база данных может обладать только двумя характеристиками из трех — согласованность, доступность, устойчивость к делению. Это означает, что разработчикам децентрализованных систем приходится жертвовать одним свойством из трех для того, чтобы добиться высокого уровня эффективности двух остальных.
Позднее эта теорема была адаптирована под блокчейн и популяризирована Виталиком Бутериным. Его Ethereum стал первой платформой для разворачивания dApps. А поскольку децентрализованные приложения предполагают неограниченный рост количества пользователей, то главной задачей для разработчиков Ethereum стало увеличение пропускной способности сети без ущерба для ее децентрализации и безопасности.
Как трилемма блокчейна проявляется в разных сетях
Итак, любая распределенная база данных имеет три главных характеристики:
Масштабируемость (способность блокчейна увеличивать производительность, то есть обрабатывать все большее и большее количество транзакций в секунду);
Безопасность (устойчивость к хакерским атакам);
Децентрализация (отсутствие центрального органа управления, полное распределение контроля за работой сети между ее участниками).
Теперь объясним на примерах, как в разных децентрализованных сетях проявляется трилемма блокчейна.
Традиционные блокчейны (например, Bitcoin, Litecoin). В таких сетях участники подтверждают каждую транзакцию. Это существенно повышает безопасность и децентрализацию, но уменьшает производительность.
Скоростные сети. В них функционирует небольшое количество узлов, однако при этом к каждому из них предъявляются жесткие требования. Такой подход обеспечивает сети хорошую производительность и высокий уровень безопасности, но значительно снижает децентрализацию.
Мультичейны. Суть такого подхода — организовать связь приложений с разными сетями, которые взаимодействуют друг с другом посредством протоколов кроссчейн-коммуникаций. Такие блокчейны имеют высокий уровень децентрализации и масштабируемости, но при этом страдает безопасность, ведь для успешной атаки на всю систему достаточно взять под контроль большинство узлов только в одной сети. Это сломает выстроенную структуру и приведет к плачевным последствиям для всех участников.
Есть ли решение у трилеммы блокчейна
Разработчики децентрализованных реестров не первый год пытаются решить трилемму блокчейна разными способами.
Сегодня можно выделить два крупных направления, в которых разработчики децентрализованных реестров работают для решения трилеммы блокчейна, — первый и второй уровни сети.
Layer 2. Для решения проблемы масштабируемости некоторые блокчейны переносят часть нагрузки на второй уровень, который, по сути, является отдельным блокчейном. Пример решений второго уровня на Ethereum — сети Optimism, Arbitrum, Polygon.
Layer 1. Тут речь идет об изменении архитектуры основного блокчейна. Разработчики разных сетей предлагают различные решения: переход с медленного PoW на другие алгоритмы консенсуса, шардинг, увеличение размеров блоков или скорости их создания и прочее. Стоит заметить, что проектировать и внедрять такие вещи гораздо сложнее и дольше, чем решения второго уровня.
Авторы некоторых проектов утверждают, что не просто максимально близко подошли к решению трилеммы, но и полностью ее решили. Так, разработчики Kaspa еще в прошлом году объявили, что благодаря BlockDAG в их сети проблема трилеммы больше не актуальна. О том, что такое BlockDAG и как работает Kaspa, можно прочитать в нашей статье.
На сегодняшний день появляется все больше идей, как улучшить одну характеристику блокчейна без ущерба для двух других. А решится ли когда-нибудь трилемма блокчейна, покажет время.
