Τι είναι τα δίκτυα επιπέδου 1;

Χρονική σήμανση: 25 Μαΐου 2022 7:38 π.μ.
Κόμβος πηγής: 1325168

Αν και το Bitcoin κυκλοφόρησε στις αρχές του 2009, χρειάστηκε μέχρι το 2017 για να γίνουν mainstream τα blockchains. Και μόνο τον Νοέμβριο του 2021 – σχεδόν 12 χρόνια μετά την κυκλοφορία του Bitcoin – η κεφαλαιοποίηση της κρυπτογράφησης κορυφώθηκε στα 2.9 T $.

Η ανάπτυξη του Bitcoin δημιούργησε αμέτρητο πλούτο και άλλαξε τον τρόπο με τον οποίο η κοινωνία αντιλαμβάνεται το χρήμα – και ποιος ελέγχει την έκδοσή του. Αλλά στην πορεία, τα blockchain έγιναν θύματα της δικής τους επιτυχίας. Δεν μπορούσαν να χειριστούν όλη την κίνηση, με αποτέλεσμα μεγάλους χρόνους συναλλαγών και υψηλές χρεώσεις.

Για να κατανοήσουμε γιατί συμβαίνει αυτό, πρέπει να καταλάβουμε γιατί τα δίκτυα blockchain ονομάζονται επίσης δίκτυα επιπέδου 1 και τι κάνει τα blockchain διαφορετικά από τα κανονικά δίκτυα υπολογιστών.

Blockchains εναντίον δικτύων υπολογιστών

Σε βασικό επίπεδο, όλα τα blockchain είναι δίκτυα υπολογιστών. Τα δίκτυα υπολογιστών περιλαμβάνουν ομάδες συμμετεχόντων στο δίκτυο, γνωστούς ως κόμβους, που αναμεταδίδουν δεδομένα και μοιράζονται υπολογιστικούς πόρους. Αυτοί οι κόμβοι μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους με πολύ διαφορετικούς τρόπους. Υπάρχουν τέσσερις κύριοι τύποι δικτύων υπολογιστών: 

  • Mesh – Ένας κόμβος συνδέεται με κάθε άλλο κόμβο
  • Δακτύλιος – Ένας κόμβος συνδέεται με δύο άλλους κόμβους, δημιουργώντας έναν αμφίδρομο δακτύλιο
  • Bus – Ένας κόμβος συνδέεται μόνο με έναν άλλο κόμβο
  • Αστέρι – Ένας κόμβος διακομιστή συνδέεται με κόμβους πελάτη

Το αστέρι είναι το πιο κοινό δίκτυο υπολογιστών επειδή είναι γρήγορο και φθηνό. Στα δίκτυα αστεριών, ο κεντρικός κόμβος διακομιστή τροφοδοτεί δεδομένα απευθείας σε άλλους κόμβους, επομένως τα δεδομένα δεν χρειάζεται να περάσουν από κάθε κόμβο στο δρόμο προς άλλους κόμβους. 

Αυτό εξοικονομεί εύρος ζώνης δικτύου και, επειδή ο κόμβος διακομιστή παρέχει υπολογιστικούς πόρους απευθείας στους κόμβους πελάτη, είναι εξαιρετικά αποδοτικός. Ωστόσο, η τιμή για αυτήν την απόδοση είναι υψηλή συγκέντρωση, τόσο από άποψη ελέγχου όσο και μεμονωμένα σημεία αστοχίας (SPoF).

Αντίθετα, τα δίκτυα peer-to-peer (P2P) δεν χρησιμοποιούν κόμβους διακομιστή για τον συντονισμό του δικτύου. Αντίθετα, κάθε κόμβος λειτουργεί και ως πελάτης και ως διακομιστής, μοιράζοντας υπολογιστικούς πόρους σε όλο το δίκτυο. Τέτοια δίκτυα λύνουν το πρόβλημα του κεντρικού ελέγχου και του SPoF, καθιστώντας το ιδανικό για χρήματα P2P όπως το Bitcoin.

Το κόστος της αποκέντρωσης είναι ότι τα peer-to-peer δίκτυα τείνουν να είναι λιγότερο επεκτάσιμα. Αυτό το πρόβλημα ισχύει για δίκτυα blockchain επειδή προστατεύονται από μηχανισμούς συναίνεσης δικτύου P2P. Ο Vitalik Buterin, ο συνιδρυτής του Ethereum, ονόμασε αυτή την πράξη εξισορρόπησης Scalability Trilemma (γνωστό και ως Blockchain Trilemma). 

Τα πρώτα blockchain περιορίζονταν στο να προσφέρουν μόνο δύο χαρακτηριστικά ταυτόχρονα, που σημαίνει ότι θα έπρεπε να θυσιαστούν είτε για την επεκτασιμότητα, την ασφάλεια ή την αποκέντρωση.

Τι είναι τα Layer-1 Blockchains;

Για την αντιμετώπιση του τριλήμματος της επεκτασιμότητας, τα δίκτυα blockchain άρχισαν να υιοθετούν διαφορετικές προσεγγίσεις. Αυτές οι προσεγγίσεις ονομάζονται Layer 1s – το βασικό επίπεδο ενός δικτύου blockchain. Το Bitcoin, το Ethereum και το Solana είναι όλα παραδείγματα μπλοκ αλυσίδων επιπέδου 1. 

Ένας προφανής τρόπος με τον οποίο τα πρώτα Layer 1 προσπάθησαν να αντιμετωπίσουν το Scalability Trilemma ήταν η αύξηση του μεγέθους του μπλοκ. Με αυτόν τον τρόπο, το blockchain θα μπορούσε να επεξεργαστεί περισσότερες συναλλαγές σε κάθε μπλοκ δεδομένων, αυξάνοντας τον αριθμό των συναλλαγών που μπορούσε να επεξεργαστεί ανά δευτερόλεπτο. 

Ωστόσο, η αύξηση του μεγέθους του μπλοκ θα απαιτούσε επίσης από τους χειριστές κόμβων να διατηρούν πιο ισχυρούς υπολογιστές. Λιγότεροι άνθρωποι μπορούσαν να τα αντέξουν οικονομικά, οδηγώντας σε μεγαλύτερη συγκέντρωση. 

Όταν ο δισεκατομμυριούχος Elon Musk πρότεινε να αυξηθεί το μέγεθος του μπλοκ Dogecoin κατά 900%, ο συνιδρυτής του Ethereum Vitalik Buterin αιχμηρός ότι το blockchain δεν θα ήταν αποκεντρωμένο εάν οι τακτικοί χρήστες με υπολογιστές καταναλωτικής ποιότητας δεν μπορούσαν να εκτελέσουν έναν κόμβο.

Τα σύγχρονα επίπεδα 1 αντιμετωπίζουν το τρίλημμα επεκτασιμότητας μέσω μηχανισμών συναίνεσης και διαμοιρασμού.

Πρωτόκολλα συναίνεσης

Οι αλγόριθμοι συναίνεσης υποστηρίζουν την τεχνολογία blockchain. Για να έχουν αξία το Bitcoin και άλλα κρυπτονομίσματα, το δίκτυο P2P πρέπει να λύσει δύο βασικά προβλήματα: διπλή δαπάνη και παροχή κινήτρων.

Διπλή δαπάνη είναι όταν κάποιος χρησιμοποιεί τον ίδιο σπάνιο πόρο δύο φορές (όπως χρήματα). Είναι ένα πρόβλημα εγγενές στην ψηφιακή τεχνολογία, επειδή τα ψηφιακά αρχεία μπορούν να αναπαραχθούν απεριόριστα. Για να λυθεί αυτό, οι αλυσίδες μπλοκ καθιστούν κάθε συναλλαγή μοναδική μέσω χρονικών σφραγίδων και κατακερματισμών και προσθέτοντάς τα σε παρτίδες συναλλαγών που ονομάζονται μπλοκ. Για να παραποιήσει μια συναλλαγή, ένας κόμβος θα έπρεπε να παραποιήσει ένα ολόκληρο μπλοκ.

Εδώ μπαίνουν οι αλγόριθμοι συναίνεσης. Συντονίζουν όλους τους κόμβους του δικτύου με αποκεντρωμένο τρόπο. Για να περάσει ένα μπλοκ, το δίκτυο πρέπει να συμφωνήσει για την εγκυρότητα των δεδομένων που περιέχονται σε αυτά. Είναι πολύ σημαντικό, εάν ορισμένοι κόμβοι δικτύου υποβάλουν πλαστά δεδομένα, το δίκτυο μπορεί να λειτουργήσει όσο η πλειονότητα των έγκυρων κόμβων ελέγχουν την επεξεργαστική ισχύ του δικτύου (hashrate).

«Εφόσον η πλειοψηφία της ισχύος της CPU ελέγχεται από κόμβους που δεν συνεργάζονται για να επιτεθούν στο δίκτυο, θα δημιουργήσουν τη μεγαλύτερη αλυσίδα και θα ξεπεράσουν τους επιτιθέμενους».

– Satoshi Nakamoto, ο εφευρέτης του Bitcoin

Αυτός ο πλεονασμός δικτύου ονομάζεται Byzantine Fault Tolerance (BFT). Σε ένα αποκεντρωμένο δίκτυο, είναι εξαιρετικά σημαντικό το δίκτυο να είναι λειτουργικό ακόμα κι αν κάποιοι από τους κόμβους του δεν λειτουργούν σωστά. Διαφορετικά, θα σταματούσε.

Εκτός από την αντιμετώπιση του προβλήματος της διπλής δαπάνης, τα πρωτόκολλα συναίνεσης παρέχουν κίνητρα στους κόμβους να συνεχίσουν να επεξεργάζονται τις συναλλαγές. Αυτό είναι εξίσου σημαντικό: γιατί κάποιος θα θυσίαζε την υπολογιστική του ισχύ και θα πληρώσει έναν υπερβολικά μεγάλο λογαριασμό ρεύματος δωρεάν;

Στην περίπτωση του Bitcoin, οι χειριστές κόμβων που ονομάζονται miners ξοδεύουν υπολογιστικούς πόρους. Για τον κόπο τους, λαμβάνουν ανταμοιβές μπλοκ ως BTC. Αυτό είναι γνωστό ως απόδειξη εργασίας (PoW). 

Άλλα blockchain, όπως το proof-of-stake (PoS), χρησιμοποιούν επικυρωτές ως χειριστές κόμβων. Αντί να ξοδεύουν ενεργοβόρα υπολογιστική ισχύ, οι επικυρωτές βασίζονται στο ποντάρισμα (κλειδώνοντας) πόρους - κέρματα - για να επιτύχουν τον ίδιο στόχο συντονισμού συναίνεσης. Για παράδειγμα, το Ethereum απαιτεί ποντάρισμα 32 ETH για να γίνει επικυρωτής. Αφού οι επικυρωτές έχουν ποντάρει κεφάλαια, λαμβάνουν μια περικοπή από κάθε χρέωση συναλλαγής.

Οι κακόβουλοι ηθοποιοί έχουν διαφορετικά εμπόδια να ξεπεράσουν. Με το Bitcoin, θα έπρεπε να έχουν μεγαλύτερη ισχύ CPU από το 51% του δικτύου, κάτι που είναι σχεδόν αδύνατο να επιτευχθεί δεδομένου του μεγέθους του. 

Η ετήσια κατανάλωση ενέργειας του δικτύου Bitcoin ισούται με την Ταϊλάνδη, στα 204.5 TWh. Οι επιτιθέμενοι θα πρέπει να συγκεντρώσουν πάνω από το ήμισυ αυτής της δύναμης για να δεσμευτούν σε ένα συντονισμένο hack. Πίστωση εικόνας: digiconomist.net

Με το Ethereum, θα έπρεπε να έχουν το μεγαλύτερο μερίδιο ETH – εξαιρετικά πλούσιοι, με άλλα λόγια. Ωστόσο, ο επιτιθέμενος θα πρέπει να είναι έτοιμος να χάσει αυτόν τον πλούτο. ολόκληρο το δίκτυο θα έχανε την αξία του μόλις επεξεργαζόταν μια δόλια συναλλαγή.

Ενώ τα περισσότερα νέα L1 χρησιμοποιούν PoS, δεν είναι πάντα καλύτερα στην επεκτασιμότητα. Το Solana, ένα blockchain PoS, υπέστη πολλαπλές διακοπές λειτουργίας μετά την αύξηση του φόρτου κυκλοφορίας του τους τελευταίους 12 μήνες. Το πρωτόκολλο στοιχηματισμού του ήταν ελάχιστα χρήσιμο όταν σχεδόν οι μισοί κόμβοι του φιλοξενούνταν σε μόλις πέντε κέντρα δεδομένων. 

Διανομή κόμβου δικτύου (mainnet) Solana (staking). Πίστωση εικόνας: validators.app

Η Solana προσφέρει θεωρητική παροχή δικτύου 50,000 συναλλαγών ανά δευτερόλεπτο (TPS). Αυτό είναι πολύ περισσότερο από το ~5 TPS του Bitcoin – αλλά τι ωφελεί εάν δεν είναι αποκεντρωμένο;

Σκίσιμο

Μια άλλη λύση επεκτασιμότητας του επιπέδου 1 είναι ο διαμοιρασμός, ο οποίος χωρίζει ένα δίκτυο σε μικρές βάσεις δεδομένων που ονομάζονται θραύσματα. Κάθε θραύσμα εκτελεί τις δικές του συναλλαγές και προσθέτει μπλοκ με τους δικούς του κόμβους. Με τη διανομή της επεξεργασίας σε πολλά μικρά θραύσματα, το φορτίο αφαιρείται από τον κύριο μηχανισμό συναίνεσης, με αποτέλεσμα υψηλότερο TPS.

Ωστόσο, δεδομένου ότι κάθε θραύσμα είναι μικρότερο, είναι πιο εύκολο για έναν εισβολέα να συγκεντρώσει τα κεφάλαια ή την υπολογιστική ισχύ που είναι απαραίτητη για να το ξεπεράσει. Για αυτόν τον λόγο, το Sharding δεν έχει ακόμη αποδειχθεί σε ένα μεγάλο blockchain. 

Το Ethereum πρωτοπορεί και σχεδιάζει να εφαρμόσει το διαμοιρασμό μετά τη μετάβασή του από τη συναίνεση PoW σε PoS το 2022. Η κοινή χρήση του Ethereum, που έχει προγραμματιστεί για το 2023, θα κατακερματίσει το Ethereum σε 64 θραύσματα.

Το δίκτυο θα προσπαθήσει να αντιμετωπίσει τις ανησυχίες ασφαλείας του διαμοιρασμού αναθέτοντας τυχαία κόμβους σε θραύσματα, συμπεριλαμβανομένης της τυχαίας εκ νέου ανάθεσης κόμβων σε άλλα θραύσματα. 

Άλλα πειράματα διαμοιρασμού στοχεύουν στην πλήρη επίλυση του τριλήμματος επεκτασιμότητας. Το Ίδρυμα Ερευνών Διανεμημένης Τεχνολογίας (DTR), με έδρα την Ελβετία, που αποτελείται από επτά πανεπιστήμια, ξεκίνησε την Έργο Unit-e το 2019 ως ένα επεκτάσιμο παγκόσμιο δίκτυο πληρωμών. Άλλο ένα έργο, Radix, παραγγέλνει εν μέρει θραύσματα αντί να τα πλαισιώνει σε μία μόνο γραμμή χρόνου, όπως κάνει το Ethereum.

Υπάρχουν λύσεις επεκτασιμότητας Layer-1 στο δρόμο;

Η παραβίαση ενός δικτύου blockchain είναι μια λεπτή υπόθεση. Οι περισσότεροι άνθρωποι είναι ήδη ύποπτοι για κρυπτογράφηση. Το Bitcoin κατάφερε να κατευνάσει αυτές τις ανησυχίες για μια δεκαετία, επομένως οι αναβαθμίσεις του επιπέδου 1 είναι πιο συντηρητικές.

Η τελευταία αναβάθμιση Bitcoin, Taproot, εισήγαγε τις ψηφιακές υπογραφές Schnorr. Αφήνουν το δίκτυο να συγκεντρώσει πολλές συναλλαγές μαζί για να μειώσει τις χρεώσεις και να αυξήσει την επεκτασιμότητα. Ωστόσο, το Bitcoin εξακολουθεί να δίνει προτεραιότητα στις λύσεις επιπέδου 2 για πραγματική επεκτασιμότητα μέσω του Δικτύου Lightning.

Το ίδιο ισχύει και για το Ethereum, με δεκάδες δίκτυα επιπέδου 2 χτισμένα πάνω από το επίπεδο 1.

Κορυφαίες 10 λύσεις L2 για το Ethereum. Πίστωση εικόνας: L2beat.com

Και στις δύο περιπτώσεις, τα πρωτόκολλα L2 αφαιρούν το φόρτο εργασίας από την κύρια αλυσίδα L1, την επεξεργάζονται αλλού και τροφοδοτούν δεδομένα πίσω στο L1 με πολύ πιο αποτελεσματικό τρόπο. Τα L2 χρησιμοποιούν μια ποικιλία τεχνολογιών επεκτασιμότητας για να το επιτύχουν αυτό, όπως σημειώνεται στον παραπάνω πίνακα.

Ωστόσο, ένα οικοσύστημα δικτύων L1 και L2 είναι περίπλοκο. Τα διακριτικά πρέπει να μεταφέρονται σε γέφυρες blockchain και κάθε dApp πρέπει να ενσωματωθεί σε κάθε L2. Αντίθετα, η ενασχόληση αποκλειστικά με τα δίκτυα L1 θα διευκόλυνε τη ζωή των προγραμματιστών και των χρηστών.

Οι L1 όπως οι Cardano, Algorand, Elrond, Fantom, Avalanche και Harmony προσπάθησαν όλοι να διορθώσουν το Scalability Trilemma, αλλά κανένα δεν έχει το αποτύπωμα που προσεγγίζει είτε το Bitcoin είτε το Ethereum. Ακόμα στα σπάργανά τους, είναι πολύ νωρίς για να συμπεράνουμε εάν ακόμη και τα blockchain με λειτουργικά κύρια δίκτυα έχουν βελτιωθεί σημαντικά σε σχέση με το BTC ή το ETH. 

Διαβάστε την αρχική ανάρτηση στο Ο Προκλητικός

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Ο Προκλητικός