Blockchainové trilema aneb problém škálovatelnosti kryptoměn. O co se jedná a jaká jsou možná řešení?
Blockchainové trilema je fundamentální problém, který se snaží vývojáři vyřešit už od vzniku prvních kryptoměn. Ačkoliv je možné, že jste o tomto odbornějším termínu prozatím neslyšeli, jistě jste jeho efektu byli za dobu využívání kryptoměn již vystaveni. Předně se jedná o důvod, proč jsou např. po poplatky na Ethereu nebo Bitcoinu tak drahé, ale také o důvod, proč Bitcoin zvládne zpracovat jen přibližně 4 – 5 transakcí za sekundu.
Blockchainové trilema nesouvisí pouze s kryptoměnami, ačkoliv k tomu zvučný název může intenzivně svádět. Komplikacemi pramenícími z blockchainového trilematu trpí veškeré distribuované sítě dat, u nichž záleží na době, během níž se o jejích nejnovějších informacích musejí dozvědět veškerá datová úložiště. To je obdobou uzlů (nodů) v síti Bitcoinu, ale i obdobou validátorských uzlů na Ethereu a prakticky všech dalších kryptoměnách.
Omezení, ze kterých blockchainové trilema vzniká, udávají bez nadsázky fyzikální zákony, což je důvodem, proč se jej v současné době nepodařilo prozatím nikomu efektivně vyřešit, ačkoliv to vývojáři některých kryptoměn, např. Solany, rádi tvrdí.
V následujícím článku se dozvíte, co problematika blockchainového trilematu skýtá pod pokličkou a jaká jsou nejnovější řešení, s nimiž ty nejchytřejší mozky v oblasti vývoje kryptoměn prozatím přišly.
Obsah článku o blockchainovém trilematu
Co je to blockchainové trilema?
Stručně je blockchainové trilema možné shrnout tak, že je nutné udělat kompromis mezi třemi vlastnostmi, které kryptoměnové sítě mají mít. Jsou jimi:
- úroveň zabezpečení blockchainové sítě,
- úroveň decentralizace blockchainové sítě,
- škálovatelnost sítě, jinak označováno též jako propustnost (množství vykonaných transakcí za sekundu).
Pojďme se společně podívat na každou jednotlivou kategorii zvlášť. Postupně si je popíšeme a nakonec vše spojíme do jednoho celku. Protože jsou praktické příklady za účelem vysvětlení vždy nejlepší, popíšeme si jednotlivé vlastnosti na síti Bitcoinu. Největší kryptoměna podle tržní kapitalizace perfektně splňuje kolonku decentralizace a zabezpečení, avšak z pohledu propustnosti a škálovatelnosti je na tom, přiznejme si to, dost mizerně.
Co bezpečnost, škálovatelnost a decentralizace kryptoměnových sítí vlastně znamená?
Je důležité pochopit, co vlastně jednotlivé charakteristiky znamenají a proč jsou tak důležité. Vzhledem k tomu, že se jedná vždy o kompromis, je možné efektivně preferovat pouze dvě vlastnosti ze tří, proto bývá blockchainové trilema často vizuálně reprezentováno v trojúhelníku jako na obrázku níže.
Pokud bychom např. zabodli puntík do dolní oblasti mezi škálovatelnost a bezpečnost, naše síť už by začala trpět na decentralizaci. A pokud bychom puntík posunuli do oblasti mezi bezpečnost a decentralizaci, síť by byla distribuovaná a robustní, v tom případě by ale byla hůře škálovatelná. Tento zjednodušený pohled je možné aplikovat na téměř všechny dnešní blockchainové sítě.
Decentralizace
Decentralizace znamená úroveň kontroly systému. Decentralizovaný systém je takový systém, který ovládá více entit najednou, o celkovém osudu systému se tedy hlasuje. Hlasy jednotlivých entit, které se na ovládání systému podílejí, mohou být ekvivalentní či s rozdílnou vahou, dle toho se také míra decentralizace určuje. Více decentralizovaný systém ovládá více entit s tím, že jejich hlasy jsou rovnoměrně rozdělené. Centralizovaný systém obvykle ovládá jedna či malá hrstka entit, může se jednat ale i o systém, který ovládá více entit, nicméně značné podíly hlasů stále zahrnuje pár entit nejvyšších.
Míru decentralizace systému si můžeme ukázat na příkladech. Ideálními příklady centralizovaného systému jsou státní vlády či obchodní společnosti. Firma má určitou hierarchii, na jejímž vrcholu stojí majitel, pod ním ředitel společnosti, vedoucí jednotlivých oddělení atd. A co systémy decentralizované?
Ačkoliv to nemusí být patrné na první pohled, příklady fungujících decentralizovaných systémů jsou všude kolem nás. Může se jednat např. i o prosté mravenčí kolonie – každý mravenec ví, co má dělat a společnou činností všichni mravenci dosahují všeobecného prospěchu. Jejich činnost je přitom nezávislá – pokud se jeden mravenec z nějakého důvodu rozhodne opustit mraveniště, jejich celý systém to nijak nerozhodí.
Dalším zajímavým příkladem může být tržní a plánovaná ekonomika. Tržní ekonomika je absolutně nezávislým decentralizovaným systémem, v němž se ceny určují nabídkou a poptávkou, vznikají tedy transakcemi individuálních obchodníků. Plánovaná ekonomika je úplný opak – v tomto systému její vedení určuje stát, jedna centralizovaná entita.
Decentralizace Bitcoinu
Jedním z vysoce decentralizovaných systémů je i samotný Bitcoin. Z hlediska funkčnosti sítě se Bitcoin trochu podobá oné mravenčí kolonii. Každý uživatel má stejná práva a může zajišťovat totožné úkony. Jakmile si opatří svůj vlastní uzel (nodu), má stejné pravomoci jako kdokoliv jiný.
Decentralizace zajišťuje svobodu a jakousi nezničitelnost systému. Bitcoin bude mít šanci fungovat do té doby, dokud bude na celé planetě existovat alespoň jedna kopie blockchainu. V době psaní článku je na světě uzlů obsahujících celý blockchain přes 13 000. I když se jich vyřadí např. 12 500, síť Bitcoinu stále poběží.
Z odstavce výše plyne jeden zásadní poznatek – decentralizace bitcoinové sítě přináší více bodů selhání, což zvyšuje její odolnost.
Jako jeden bod selhání si můžeme představit jednu nodu, která z nějakého důvodu selže – např. se odpojí od internetu. Tato skutečnost stabilitu systému příliš neohrozí, protože aktivních nod budou stále tisíce.
Centralizované systémy disponují menším počtem bodů selhání. Někdy se může dokonce jednat i o jeden jediný v závislosti na tom, na jaké rozlišovací úrovni systému se pohybujeme. Typickým příkladem je např. vedení firmy – pokud se ředitel rozhodne rezignovat, musí se zvolit nový, protože by nebyl nikdo, kdo by společnost vedl na stejné úrovni kontroly.
Zabezpečení
Zabezpečením je v tomto případě myšlena neměnnost a stabilita historie blockchainu. Bitcoinový blockchain je jedna velká decentralizovaná a distribuovaná účetní kniha, k níž má už z podstaty přístup každý. Každý člověk se může stát součástí sítě a nějakým způsobem do ní přispívat. Takový jedinec ale nemusí mít nejlepší úmysly a jeho jednání dokáže celý systém poškodit. Mohl by se např. pokusit změnit historii již proběhlých transakcí. Jak se proti něčemu takovému kryptoměny brání?
V Bitcoinu zabezpečuje síť velké množství těžařů, kteří poskytují svůj těžební výkon. Idea těžby kryptoměn spočívá v tom, že za rozhodnutím těžařů o zahrnutí nějaké transakce do bloku stojí důkaz o vykonané práci (Proof of Work). Čím více těžařů bitcoiny těží, tím více výpočetní síly v síti je. Nejen, že se tímto navyšuje decentralizace sítě, protože příležitost tvorby nového bloku má velké množství uživatelů, ale zvyšuje se i bezpečnost.
Blockchain je sám o sobě velmi bezpečnou datovou strukturou, není však 100% odolný vůči změnám. Pokud by útočník disponoval více než polovinou výpočetní síly celé sítě, mohl by již existující záznamy v síti změnit ve svůj prospěch.
Čím více těžařů v síti tedy je, tím více je síť odolná vůči změnám a je tedy bezpečnější.
Jiné blockchainy, které nepoužívají koncept těžby, ale stakingu, k problematice bezpečnosti přistupují podobně. V tomto případě bezpečnost sítě závisí na tom, jak moc by pro individuálního útočníka bylo těžké získat prostředky převyšující polovinu nastakovaného množství. Mohlo by se klidně jednat i o organizovanou skupinu, která kumulativně dosáhne většiny.
Škálovatelnost
Škálovatelnost je obecně definována jako schopnost systému adekvátně reagovat na zvyšující se poptávku po jeho výkonu. Škálovatelný systém je tedy takový systém, který dokáže fungovat správně i pod větším zatížením – ve vztahu ke kryptoměnám se tedy jedná o blockchainovou síť, která zvládne zpracovat vyšší nápor transakcí při zachování stejných metrik – transakce nebudou čekat ve frontě kvůli pomalému tempu sítě, poplatky nebudou zbytečně drahé atd.
Z odstavce výše je patrné, že škálovatelnost úzce souvisí s propustností, jinými slovy s množstvím transakcí, které je síť schopna vykonat za určitou dobu. Bitcoin se na své základní vrstvě dostává na zhruba 7 transakcí za sekundu, Ethereum na 15, Polkadot na 1 000, XRP na 1 500 atd.
Obecně platí, že čím větší propustnost blockchainová síť má, tím lépe je škálovatelná.
Pro názornost se podívejme na společnost Visa, jednoho z největších centralizovaných platebních poskytovatelů, jehož služby pravděpodobně využíváte i vy. Její průměrný objem transakcí každou sekundu je zhruba 1 700. Zároveň se chlubí tím, že by měl být její systém schopný zvládnout až 24 000 transakcí za sekundu při maximálním vypětí.
Aby byla tedy nějaká kryptoměna konkurenceschopná, je nutné, aby zvládla zabezpečit minimálně stejné množství transakcí, jaké každou sekundu projde přes dnešní platební poskytovatele. Součástí by samozřejmě měla být stejná úroveň bezpečnosti a potažmo i vysoká úroveň decentralizace, která jde ruku v ruce s kryptoměnami a bez které neexistuje prakticky žádná konkurenční výhoda nad centralizovanými platebními poskytovateli.
Dalším problémem jsou poplatky, které uživatelé za placení platí. Oproti centralizovaným platebním poskytovatelům můžeme nalézt nejen fundamentální odlišnosti v jejich velikosti, ale také v tom, kdo platí co. Prostý zákazník při platbě platební kartou poplatky většinou nepocítí, protože je tato povinnost delegována na podnik, v němž kartou zákazník platí. Při bitcoinových transakcích zde ovšem, jak víme, žádný prostředník není a všechno musí platit samotní uživatelé. A zrovna Bitcoin si transakční poplatky neúčtuje malé – za prostý převod zaplatíte kolem jednoho až pěti dolarů, v rámci starších typů adres i více.
Škálovatelnost je tedy v rámci konkurenceschopnosti kryptoměn zásadním faktorem – aby lidé měli motivaci používat při každodenních platbách kryptoměny místo běžné digitální formy peněz, musely by tomu odpovídat poplatky.
Řada blockchainových sítí se touto cestou rozhodla jít – cestou co nejvyšší škálovatelnosti a nejnižších poplatků. Ovšem jak víme, blockchainové trilema říká, že zvýšené škálovatelnosti je možné docílit pouze na úkor jedné z dalších charakteristik sítě. Nyní se tedy podíváme na jednotlivé kompromisy.
Fundamentální odlišnosti v jednotlivých variantách
Nyní již víte, čím se decentralizace, bezpečnost a škálovatelnost sítě vyznačuje. Už z principu je jasné, že bezpečnost je alfou omegou celého návrhu, nikdo by přece nechtěl používat systém, který je rychlý a decentralizovaný, avšak málo bezpečný. Proto je v praxi volen kompromis jen mezi škálovatelností a decentralizací.
Centralizovaný, škálovatelný a bezpečný systém
Perfektním příkladem je zde již zmiňovaná společnost Visa. Jedná se o typický příklad centralizované formy digitálních transakcí – systém je dostatečně škálovatelný na to, aby pojal celosvětovou zátěž. Vysoké propustnosti sítě zde není problém dosáhnout, neboť transakce vyřizuje vždy jeden ze serverů ovládaných přímo společností Visa. Jedna jediná entita prakticky ručí za to, že vše probíhá podle pravidel.
Ve vysokou bezpečnost sítě svědčí i její historická spolehlivost – Visa do dnešního dne nemá na krku žádné závažnější pochybení. Kamenem úrazu však může být absence prakticky jakékoliv decentralizace. Stačil by jeden zákon a Visa by jako platební zprostředkovatel skončila. Správně cílený útok na systém a miliony platebních karet nemusí fungovat.
Poznámka: Poněkud nedopatřením se do této kategorie částečně řadí i projekty, které škálovatelnost blockchainu zvýšily na úkor decentralizace. Zdárným příkladem je např. Solana, která sice oproti Vise decentralizovaná je, ale oproti Bitcoinu velmi mírně. Podobně jsou na tom i další projekty využívající mechanismus Proof of Stake s malým množstvím validátorů.
Decentralizovaný, bezpečný, avšak hůře škálovatelný systém
Ideálním kandidátem této kategorie je Bitcoin. Původní návrh kryptoměn perfektně zahrnuje ideu decentralizace a bezpečnosti. Obě tyto vlastnosti v naprosto dostatečné míře řeší použitý mechanismus Proof of Work s blockchainem jakožto datovou strukturou. Vysoký výpočetní výkon realizovaný statisíci těžařů po celém světě je zodpovědný za opravdu vysoce rezilientní systém.
Ovšem právě vysoký počet počítačů držících celou kopii blockchainu Bitcoinu je kamenem úrazu škálovatelnosti. Aby byla bezpečnost sítě zachována, musejí uzly držící celou kopii blockchainu znát všechny nejnovější informace. Teprve poté se mohou hromadně pustit do ukládání dalších. Tuto problematiku rozebíráme v podrobnější kapitole níže.
Bonusové podrobnější vysvětlení – Problém škálovatelnosti Bitcoinu v číslech
Aby byl Bitcoin schopný konkurovat platebnímu systému Visa, musel by svojí propustnost o přibližně 4,5 transakcích za sekundu zvýšit zhruba 377x na cca 1 700 TPS. Toho je možné dosáhnout dvěma způsoby – zvýšením paměti v bloku, která je nastavena na 1 MB, a zrychlením tvorby bloku (10 minut). Kdybychom preferovali úpravu pouze jednoho parametru, museli bychom zvýšit velikost bloku na 377 MB nebo snížit jeho dobu tvorby na 1,6 sekund. Třetí variantou je kompromis v rámci částečného zlepšení obou parametrů.
Ani jeden z těchto scénářů bohužel není realizovatelný kvůli poslednímu limitnímu faktoru, nad kterým prakticky nikdo nemá kontrolu – době, během které se nový blok v síti rozešle mezi všechny uzly. Vědci z Technologického Institutu v Karlsruhe naměřili, že rozeslání informací o novém bloku v celé bitcoinové síti 17. ledna 2019 trvalo přibližně 14 sekund, tou dobou v síti bylo mírně přes 10 000 uzlů s plnou kopií blockchainu.
Není možné, aby se doba tvorby nového bloku Bitcoinu dostala pod tuto dobu, protože by to znamenalo, že bude nový blok v síti vytvořen dříve, než se blok původní dostane mezi všechny uzly s kopií blockchainu. V tom případě by byla extrémním způsobem narušena bezpečnost celé sítě.
Poznámka: Tímto násilným zvýšením škálovatelnosti bychom se tedy v trojúhelníku výše posouvali směrem od cípu bezpečnosti ke škálovatelnosti.
Ke snižování doby tvorby bloku přistupuje řada projektů vycházejících z Bitcoinu – např. Litecoin nebo Dogecoin. Existují i způsoby, jak z pohledu blockchainu Bitcoinu “zvýšit” velikost bloku, toto řeší např. SegWit. Zvětšení velikosti bloku v síti v původním kódu Bitcoinu bylo také několikrát navrhováno a zamítnuto. Argumentem bylo potenciální snížení decentralizace, neboť vyšší velikost bloku by vyžadovala vyšší výpočetní výkon těžebních strojů. To by si někteří těžaři již nemohli dovolit a tvorba bloku by se tedy koncentrovala mezi užší skupinu lidí.
I kdyby však vývojáři teoreticky snížili dobu tvorby bloku na zmiňovaných 14 sekund, Bitcoin by to posunulo jen na 188 TPS, což ani zdaleka nekonkuruje propustnosti systému Visa. Nemluvě o tom, že se zvyšujícím se počtem uzlů v síti se doba propagace bloku ještě zvyšuje.
Dosavadní řešení blockchainového trilematu
Pokud jste článek dočetli až sem, jistě chápete, že neexistuje žádné jednoduché řešení. Pokud by přišel nějaký projekt s konceptem, který v dostatečné míře dosahuje všech tří cípů pomyslného trojúhelníku blockchainového trilematu, adopce kryptoměn by postoupila enormním tempem.
Mnoho vývojářů se dnes snaží blockchainové trilema rozlousknout. Nápadů je spousta a mnoho z nich bylo již implementováno. Čím více jsou však některá řešení komplikovaná, tím více se otevírají potenciální bezpečnostní skulinky. U některých koncepcí tedy můžeme vidět i nechtěné snižování úrovně bezpečnosti, prakticky toho nejdůležitějšího cípu z trojúhelníku.
Jaké návrhy řešení nyní existují a jak k problému přistupují?
Řešení v základní (L1) vrstvě
Jedním z možných přístupů k řešení je volba jiného mechanismu pro dosažení konsenzu. Druhým nejznámějším mechanismem po Proof of Work je Proof of Stake, který například zajišťuje chod sítě Etherea. Z tohoto pohledu se tedy jedná o řešení v L1 vrstvě.
Validátoři dávají všanc své kryptoměny a uzamykají je do systému, přičemž výměnou za to dostanou možnost, aby je algoritmus vybral a dal jim možnost uzavřít blok. Jako odměnu získají poplatky za transakce v bloku, které uskutečnili ostatní uživatelé. Protože zde není žádné těžkopádné omezení o míře vykonané práce, dává Proof of Stake prostor k různým dalším vylepšením, pomocí nichž je možné škálovatelnost systému zlepšit.
Mezi další známá řešení v základní vrstvě se řadí i sharding, jakési štěpení blockchainu na více částí, čímž je dosaženo rozložení zatížení.
Proof of Stake projekty s málo validátory
Řada projektů aplikujících mechanismus Proof of Stake dosahuje zvýšené škálovatelnosti už jen tím, že snižuje počet validátorů, což bohužel vede ke snížení decentralizace. Moc nad sítí se prostým způsobem redukuje do rukou méně uživatelů, data jsou tedy rozesílána rychleji. Příkladem je např. celý BNB Chain, kde je aktivních validátorů pouze 21.
Mezi další zajímavé projekty stavící svou koncepci na mechanismu Proof of Stake se řadí např. Cardano, Avalanche nebo Solana. Tyto projekty mají vyšší počet validátorů, běžně kolem 1 000 – 3 000. Toto číslo se stále nerovná počtu validátorů na Ethereu (přes 400 000) a proto tyto blockchainy už z principu čelí kritice kvůli nižší decentralizaci.
Proč je validátorů tak málo, ptáte se?
Početní omezení na aktivní validátory vychází buď ze samotného návrhu sítě (BNB Chain) a nebo z velmi náročných požadavků na provozování validátorských uzlů (Solana).
Abyste si např. mohli spustit vlastní validátorský uzel na Solaně, musíte se připravit na to, že budete měsíčně platit desítky tisíc korun na provoz vlastního serveru + zhruba 1 SOL denně za to, že vůbec můžete hlasovat o osudu sítě.
Jak tedy staking reálně funguje?
Protože je provoz validátorského uzlu pro spoustu kryptoměnových uživatelů neatraktivní, nabízí se možnost využití delegace – prakticky jde o propůjčení vašich mincí SOL, ETH, ADA nebo např. DOT některému z validátorů, který je vloží na hromadu ke svým vlastním prostředkům. V síti má pak větší podíl a tím pádem větší zisky. Vám na oplátku proplácí odpovídající podíl ze zisku za vámi poskytnuté prostředky s mírným poplatkem za jeho služby. Takto funguje prakticky koncept veškerých modelů Proof of Stake.
Na jednu stranu tato varianta umožňuje podílet se na osudu sítě prakticky komukoliv. Kromě poplatku delegátoři nemají žádné náklady, což je velmi atraktivní pro prosté uživatele. Na druhou stranu si je však nutné uvědomit, že delegátoři vkládají důvěru do validátora, kterého si vyberou. Navíc, skrze delegátory se z pohledu sítě nezvyšuje počet účastníků ověřujících transakce – to dělají jen a pouze validátoři. Skutečné navýšení decentralizace cestou delegátorství je tedy pochybné.
Sharding
Mezi jeden z prvních skutečně efektivních a prozatím stále experimentální přístupů pro zvýšení škálovatelnosti patří sharding, který je do češtiny možné přeložit jako štěpení či dělení blockchainu na menší celky. Idea shardingu přichází z distribuovaných databází a potýká se tak se základním problémem, který jsme si výše v článku již vysvětlili – s faktorem doby přenosu informace mezi všemi uzly v síti.
V rámci shardingu nebudou muset validátoři ukládat informace o všem, co se v síti událo. Tato data budou místo toho uložená v jednotlivých shardech (střepech) rozesetých po velkém množství uzlů mimo hlavní blockchain (mainnet). Validátoři budou pouze skrze formu důkazů ověřovat, že se data v shardech skutečně nacházejí v tom správném formátu. Sníží se tak datová zátěž celé sítě – mezi validátory a hlavním blockchainem tak budou “cestovat” pouze důkazy místo celých dat.
Poznámka: Díky tomu, že budou validátoři držet méně dat, se i sníží náročnost na provozování validátorského uzlu. Shardovaný validátorský uzel bude v budoucnu možné provozovat i na notebooku nebo telefonu, což bude pro prostou veřejnost mnohem přístupnější. Díky tomu bude v síti validátorů více a opadne potřeba delegace.
Sharding Etherea bude v budoucnu fungovat v synergii s dalším řešením škálovatelnosti – ZK Rollups. Spuštění dankshardingu, nejnovější verze shardingu pro Ethereum, se očekává někdy v roce 2023. Už nyní jsou však na trhu projekty, který sharding do svého návrhu začaly již aplikovat. Tím je např. Near Protocol.
Řešení na druhých (L2) vrstvách
Další možností, jak zvýšit škálovatelnost celé sítě, je zavést pomocné mechanismy nad základní vrstvou blockchainu (L1). Tyto způsoby mohou významným způsobem zvýšit škálovatelnost s tím, že si zachovají původní úroveň bezpečnosti a decentralizace z prostého důvodu – ať už se transakce ve druhé vrstvě zpracují jakkoliv, jejich podstatné informace jsou vždy uloženy na hlavní blockchain (L1 vrstvu).
Základní idea L2 řešení škálovatelnosti je tedy “ulehčit” práci hlavnímu blockchainu. Přístupů je několik.
Vypořádání transakcí mimo blockchain – Rollupy
Mezi jednu z nejslibnějších variant škálování blockchainu ve druhé vrstvě jsou tzv. rollupy či “balíky transakcí”. Prakticky jde jen o to, že se transakce vypořádají mimo blockchain a na blockchain je už vložen pouze jejich výsledek ve formě dat o mnohem nižší velikosti, než jakou by zabíraly původní transakce. Proto jich blockchain zvládne ve výsledku zpracovat mnohem více. Rollupy se dělí na dvě kategorie:
- Optimistic Rollups: Jak již název napovídá, tato technologie pracuje s presumpcí neviny. Předpokladem je, že jsou všichni v síti poctiví a každá transakce je správná. To s sebou nese asi to hlavní pozitivum – není potřeba složitě dokazovat, že každá transakce je správná. Na blockchainu se tedy nacházejí pouze výsledky o transakcích bez žádného důkazu. Aby byla zajištěna bezpečnost, při tvorbě nového bloku je vždy vyhraněná doba (např. jeden týden), během níž může kdokoliv v síti výsledek napadnout. Pokud tak učiní, obviněný blok znovu spočítají všichni účastníci v síti. Pokud bude shledáno, že se v bloku skutečné nacházejí podvodné transakce, jeho navrhovatel bude potrestán slashingem. V opačném případě bude potrestán ten, kdo navrhovatele obvinil z křivého jednání. Velkou předností tohoto přístupu je škálovatelnost, ovšem na úkor v bezpečnosti – jednoduše řečeno, pokud se nikdo neozve, podvod zůstane neodhalený.
- ZK Rollups: Ideologicky se jedná o úplný opak – každé transakce jsou ověřovány skrze technologii tzv. Zero-Knowledge Proofs (ZK-Proofs, česky důkazy s nulovou znalostí). Smyslem této technologie je možnost ověřit platnost informací mezi dvěma stranami bez toho, aby byly tyto informace zveřejněny – zde jde tedy o důkaz toho, že jsou na blockchainu uložené výsledky o transakcích správné. Kdokoliv, kdo si dekóduje tento průkaz, si správnost transakcí dokáže s jistotou ověřit bez toho, aniž by tyto transakce potřeboval skutečně vidět – proto zde být uložené nemusí. Na první pohled se to zdá jako dokonalé kouzelné řešení, háček je však v tom, že výpočet těchto průkazů (téměř jakéhokoliv z jejich druhů) je fyzicky i časově náročný. V současnosti existují základní dvě koncepce ZK-Proofs – ZK-STARK a ZK-SNARK. Jejich hlavní odlišností je závislost na ustanovení počátečních parametrů (anglicky “trusted setup”), které jsou následně nutné při každé tvorbě nového ZK-Proofu. V případě ZK-SNARK nevýhoda pramení z toho, že tyto parametry ustanovila osoba či skupina osob vypočtením z tajného vstupu, kterého se posléze všichni zbavili. My všichni ostatní důvěřujeme těmto osobám, že tajný vstup pro výpočet prvotních parametrů již nemají – proto “trusted setup”. ZK-STARK oproti tomu tento koncept nevyužívá a je plně transparentní, výpočet jeho ZK-Proofů je ale o to náročnější.
Z vysvětlení výše je vám pravděpodobně jasné, že větší budoucnost vzhledem ke své koncepci mají rollupy využívající důkazy s nulovou znalostí. To je také v současnosti směr, kam se vývoj Etherea a dalších předních projektů ubírá. Právě Ethereum chce dosáhnout propustnosti přesahující až 100 000 TPS využitím synergie, které ZK-Rollupy mohou dosáhnout ze shardingem.
Jednoduše řečeno – prokazování pomocí těchto průkazů bude probíhat na jednotlivých shardech a proto se propustnost exponenciálně zvýší. Zdali Ethereum v tomto směru uspěje se budeme muset nechat překvapit.
Částečné vypořádání transakcí mimo blockchain – Lightning Network
Podobnou ideu částečného vypořádání transakcí mimo hlavní blockchain používá i koncept Lightning Network. Síť Lightning Network využívá zejména Bitcoin a některé jemu podobné projekty, např. Litecoin. Funguje tak, že se mezi dvěma či více uživateli otevře platební kanál, mezi nímž probíhají transakce. Tyto transakce se však nenacházejí na samotném blockchainu Bitcoinu, místo toho jsou uložené ve smart kontraktu neboli platebním kanálu otevřeném mezi zúčastněnými stranami.
Při otevření tohoto kanálu do něj zúčastněné strany poskytnou vstupní investice ve formě určitého množství bitcoinů. Při každé následné transakci, kterou mezi sebou zúčastněné strany vykonají, se aktualizuje změna alokace vložených finančních prostředků. Jakmile se strany rozhodnou platební kanál uzavřít, na blockchain Bitcoinu je odeslána poslední verze alokace prostředků reflektující konečný stav po libovolném množství provedených transakcí. Z pohledu hlavní sítě Bitcoinu proběhla tedy pouze jedna, respektive dvě transakce, za něž je účtován poplatek od těžařů.
Škálovatelnost je zvýšena díky tomu, že jednotlivé transakce neprochází přes veškeré uzly v síti. Bezpečnost je do určité míry zajištěná tím, že je na blockchain Bitcoinu publikován konečný zůstatek transakce. Dle různých expertů tato bezpečnost však dostatečná není, Lightning Network je navíc často považována za řešení pouze částečné, neboť skutečnost, že při průběhu transakcí v platebních kanálech není možné ověřit jejich posloupnost, vyřazuje Lightning Network z potenciálních aplikací na problémy, kde jsou tyto vlastnosti nutné.
Úroveň bezpečnosti pramenící z blockchainu Bitcoinu navíc na Lightning Network není přítomná během doby otevřeného kanálu, což dává prostor útočníkům. Ve sníženou bezpečnost Lightning Network také svědčí nedávné incidenty ústící ve ztrátu synchronizace s blockchainovou sítí – není ani potřeba zdůrazňovat, že při vypořádání všech transakcí na blockchainu Bitcoinu by se nic takového nestalo.
Vzhledem ke své koncepci se Lightning Network hodí pro opakované platby mezi dvěma stranami, které nedosahují velkých částek a snížení poplatků má tedy smysl. Příkladem může být tankování benzínu či pravidelné nákupy ranní kávy v kavárně. Kvůli důvodům popsaným výše však nedoporučujeme uzamykat do otevřených platebních kanálů velké částky.
Sidechainy
Sidechainy jsou samostatné blockchainy využívající svůj vlastní mechanismus konsenzu. Jeho hlavním smyslem je ovšem ulehčení zátěže na jiném blockchainu tím, že se na něm vytvoří pegged verze tokenů fungujících na blockchainu prvním. Sidechain sám o sobě není řešením škálovatelnosti ve druhé vrstvě z prostého důvodu – má vlastní blockchain, který používá vlastní mechanismus konsenzu a nespoléhá se tak na blockchain původní.
Používání sidechainů zahrnuje kompromisy, které ve velké míře reprezentují prosté zvýšení škálovatelnosti na úkor bezpečnosti. Příkladem sidechainu Bitcoinu může být např. Liquid Network nebo Rootstock. Oba dva sidechainy snižují dobu produkce bloku a přinášejí na Bitcoin nové možnosti, Rootstock např. umožňuje tvorbu smart kontraktů. Příkladem sidechainů pro Ethereum je Gnosis Chain nebo Polygon PoS.
Ostatní řešení mimo L1 a L2 vrstvy
Existuje také spoustu řešení, které problém škálovatelnosti adresují už od základu – od samotného návrhu systému. Tato řešení nepřekopávají nejen vrstvu základní (samotný blockchain), ale i to, jakým způsobem je blockchain využíván. Jsou proto ještě více abstraktní, než řešení, která jsme probírali doteď. Níže naleznete příklady dvou z těch nejvíce zajímavých, existuje jich však mnohem, mnohem více.
Polkadot a parachainy
Mezi jedním ze zajímavých přístupů k řešení škálovatelnosti je idea rozdělení jednotlivých blockchainů na specifické kategorie a jejich následné propojení. Toto řeší zejména Polkadot, projekt, který k řešení blockchainového trilematu nepřistupuje v první vrstvě blockchainu, ale v tzv. vrstvě nulté.
Nultou vrstvou je myšlen prvotní, základní blockchain, na němž Polkadot funguje – tzv. relay chain. Funkce relay chainu jsou osekány jen na ten naprostý základ – jeho účel je poskytovat síti vysokou úroveň bezpečnosti, škálovatelnosti a zejména interoperability. S využitím Substrate, speciálního frameworku, si totiž vývojáři mohou vytvořit své vlastní blockchainy, tzv. parachainy, přímo nad relay chainem. Jedná se tedy o nové blockchainy, které dědí bezpečnost a mechanismus konsenzu z relay chainu.
Na obrázku výše můžete vidět schéma sítě Polkadot – jednotlivé parachainy číslované od A až po F spojující relay chain, jeho validátory a tzv. collatory neboli skladatele/řadiče transakcí.
Collatoři plní funkci validátorů na svém parachainu – drží plnohodnotou kopii blockchainu relay chainu i parachainu a řadí transakce parachainu do bloků, které následně navrhují validátorům. Pokud je blok v pořádku, validátoři jej schválí a připojí na relay chain.
Parachainů může být velké množství, vývojáři si při jejich tvorbě pomocí frameworku mohou pozměnit parametry podle toho, jak potřebují. Díky tomu, že parachainy fungují nad relay chainem, spolu mohou komunikovat, jsou pod vlivem globálního governance mechanismu a hlavně dědí úroveň bezpečnosti relay chainu. Škálovatelnost je přirozeně zvyšována tím, že se jednotlivé transakce vypořádávají na parachainech paralelně.
Kadena a Chainweb
Posledním, poněkud ojedinělým, avšak velmi slibným řešením je nový přístup kryptoměny nazývané Kadena. Kryptoměna, která funguje na již osvědčeném mechanismu Proof of Work a na jejímž návrhu se podílel i samotný Dr. Stuart Haber, spoluvynálezce blockchainu a několikanásobně citovaný autor ve whitepaperu Bitcoinu samotného Satoshiho Nakamota, přišla s nápadem provázání více blockchainů do jednoho celku.
Řešení, s nímž tým Kadeny přišel, se nazývá Chainweb. Jak již název napovídá, skutečně se jedná o jakousi propletenou síť blockchainů. Všechny z nich přitom používají jednu jedinou kryptoměnu, KDA, která je ověřováním transakcí těžena. Nejvíce zajímavým aspektem Chainwebu je skutečnost, že s rostoucím množstvím blockchainů, které jsou do Chainwebu vázány, roste i propustnost sítě. To tedy znamená, že Kadena dokáže zvýšit propustnost sítě i bez navýšení potřebného těžebního výkonu.
Dosahuje toho skrze tzv. hash braiding – jakési provázání jednotlivých blockchainů tím, že při tvorbě každého nového bloku v jednotlivém blockchainu je vedle hashe bloku původního toho daného blockchainu zahrnut i hash z bloku z blockchainu vedlejšího. Nevýhodou je sice mírně vyšší velikost dat uložených v bloku, zvyšuje se tím ale radikálně i bezpečnost sítě – bloky již tedy nejsou závislé pouze samy na sobě ve svém blockchainu, ale i na blocích z blockchainů jiných. A protože jsou na sobě závislé, stačí dosavadní výpočetní výkon.
Na obrázku výše můžete vidět síť Kadeny v konfiguraci s 20 blockchainy, na níž z původních 10 Kadena přešla forkem v srpnu roku 2020. Každý vrchol grafu (kroužek) reprezentuje jeden blockchain, každá hrana grafu (čára mezi kroužky) zase reprezentuje vazbu mezi blockchainy – tedy skutečnost, že poslední blok blockchainu má uložený hash posledního bloku blockchainu druhého.
Graf je třístupňový, což znamená, že každý blockchain má vazbu na 3 další blockchainy. V této konfiguraci se informace z jednoho blockchainu dostane k jakémukoliv dalšímu během pouhých 3 kroků.
To v praxi znamená, že při vytvoření transakce v jednom blockchainu ji výpočetní výkon celé sítě zajistí po 3 dalších vytvořených blocích.
Tato doba společně s mírně vyšší velikostí bloku (každý blok drží hashe 3 dalších bloků) je obětí za masivní zvýšení škálovatelnosti a výsledné úrovně bezpečnosti po potvrzení transakce.
Výsledkem je tedy obrovské zvýšení škálovatelnosti a bezpečnosti sítě při zachování stejného počtu těžařů a tedy i decentralizace. Vizualizace provázání jednotlivých blockchainů je k dispozici na videu níže.
Video: Jak provazování jednotlivých blockchainů v Chainwebu Kadeny probíhá?
Pár slov závěrem – Je možné blockchainové trilema vyřešit?
Nyní máte jistě plnou hlavu nových termínů a konceptů ze světa kryptoměn, o nichž jste možná dosud neslyšeli. Množství projektů, které za účelem vyřešení blockchainového trilematu vzniklo, pouze dokazuje skutečnost, že se jedná o jeden z největších problémů dosavadních blockchainových systémů.
V současnosti je ve vývoji spoustu možných řešení, ať už známých a marketingově silně propagovaných (sharding, rollupy), tak i ojedinělých a ne tolik známých (Chainweb). O tom, zdali některá z těchto vizí uspěje a skutečně posune některou z kryptoměn o kus blíže k širší adopci, rozhodne pouze čas.
Autor
Bývalý šéfredaktor, softwarový architekt a nadšenec do kryptografie, kyberbezpečnosti a blockchainu. V rámci Finexu se zaměřuje zejména na technická témata v oblasti kryptoměn. V současnosti působí také jako správce financí v rámci investiční skupiny Icecaps Capital, v níž se zaměřuje na využití strojového učení v algoritmickém obchodování.
Kryptoměny považuje za platidlo budoucnosti řešící řadu problémů s centralizovanou náturou existujících platebních prostředků. DeFi svět považuje za úchvatný a nabízející spoustu skvělých příležitostí.
Můj zájem o finance začal v roce 2017. První ránu jsem dostal od kryptoměn. Jejich růst mi kouzlil úsměv na tváři, avšak propad v roce 2018 byl studenou sprchou. Jako další cestu jsem zvolil akcie, u kterých jsem zůstal dva roky. V roce 2020 se dostavil další kryptoměnový bull-run a společně s ním se znovu objevil i můj zájem o Bitcoin.
Tentokrát jsem ale věc vzal za správný konec. Nejprve vzdělávání.
Kryptoměny pro mě znamenají nový finanční systém a věřím, že se postupně dostanou i do běžných životů občanů. Psaní článků zde na Finex.cz mě především pozitivně motivuje k prohlubování znalostí, které mohu následně předat čtenářům.
Mohlo by vás zajímat
95 %
- Reklama
86 %
Diskuze (0 komentářů)
Tento článek zatím nikdo neokomentoval. Přihlašte se a buďte první! Napište svůj názor a zahajte diskuzi.