T верьте FUD: Ethereum может масштабироваться

Хантер Хиллман — руководитель отдела развития Connext. Стивен Макки — соучредитель Amentum Capital. Эрик Ольшевски — разработчик Ethereum и соучредитель Committed.

За последние несколько месяцев мы заметили значительное количество статей, провозглашающих неизбежный провал и крах платформы Ethereum из-за ее неспособности масштабироваться и общего отсутствия пользовательской поддержки. Это неудивительно; со многими новыми появляющимися технологиями мы видим похожий цикл ажиотажа. В знаменитой модели Gartner за «Пиком завышенных ожиданий» быстро следует «Впадина разочарования».

В случае с Ethereum мы уже прошли первый этап и уверенно продвигаемся к последнему.

Опасения, поднятые в этих статьях, обоснованы, но, как правило, игнорируют ошеломляющий прогресс, который ежедневно достигается в отношении масштабируемости. Нет, Ethereum не может масштабироваться, чтобы стать мировым компьютером в его текущем состоянии. Пропускная способность низкая, а стоимость непомерная. Однако эти проблемы были ожидаемы и хорошо поняты еще до запуска Ethereum как блокчейна. В этой статье мы обсудим различные решения, которые были созданы за последние несколько лет для устранения этих ограничений.

В разгар пузыря ICO большие объемы транзакций переполнили сеть и подняли цену на GAS, небольшое количество эфира, необходимое для обеспечения транзакций. Это вызвало проблемы масштабирования, о которых разработчики Ethereum хорошо знали и уже начали решать, хотя внимание СМИ заставило бы вас думать иначе.

Хотя для кого-то масштабирование Ethereum может показаться смелым новым миром, разработчики уже много лет следят за возможностями решения проблемы пропускной способности:

• Масштабировать сам Ethereum , чтобы иметь возможность обрабатывать возросшую транзакционную нагрузку (например, с помощью обновлений, известных как Serenity и Casper).
• Уменьшите нагрузку на основную цепочку, переместив большую часть транзакций на второй уровень и используя только базовый уровень во время проведения транзакций (например, платежные каналы, каналы состояния, плазма и сайдчейны)

Решения "Layer ONE", такие как шардинг и Casper , уже несколько лет находятся в дорожной карте Ethereum , но столкнулись с многочисленными неудачами, которые помешали значительному прогрессу на фронте внедрения и разработки. Даже после этих улучшений все еще будет потребность в механизмах масштабирования "Layer Two", которые обеспечивают еще более высокую пропускную способность, приватные транзакции и более низкие комиссии за транзакции.

Прежде чем погрузиться в различные решения второго уровня, мы просим вас думать об Ethereum как о глобальном уровне расчетов, а не как о целостном мировом компьютере. Это означает, что Ethereum служит для урегулирования любых и всех транзакций, которые были проведены вне основной цепи, и соответственно обеспечивает передачу ценностей. Именно этот вариант использования блокчейна в качестве беспристрастной третьей стороны для арбитража, на котором работают все решения второго уровня.

На высоком уровне любое решение второго уровня следует этой формуле или какой-либо ее вариации:

• Две или более сторон соглашаются с набором правил, в соответствии с которыми они будут присоединяться к решению второго уровня и выходить из него.
• Затем стороны кодируют эти правила в смарт-контракт, который требует, чтобы каждая сторона внесла гарантийный депозит.
• После внесения гарантийных депозитов все стороны могут взаимодействовать друг с другом вне сети, периодически отправляя обновления в смарт-контракт, работающий в сети.
• Когда ONE или несколько сторон желают выйти из решения второго уровня, они, как правило, предоставляют некоторое криптографическое доказательство, которое является точным представлением оставшегося гарантийного депозита каждой из сторон.
• Существует период оспаривания, когда доказательство может быть оспорено и выброшено. Если период оспаривания истекает, то связанные стороны выйдут из решения второго уровня с их обновленными балансами

Инновации второго уровня, такие как Plasma и Payment Channels/State Channels, некоторые из которых уже обрабатывают реальные платежи в производстве, облегчат основную часть транзакций Ethereum . Масштабирование публичного блокчейна ( ONE с таким надежным механизмом консенсуса) — это, конечно, сложно. Но это ни в коем случае не невозможно; на самом деле, поддержка смарт-контрактов и виртуальная машина Ethereum (EVM) позволяют использовать новые решения для масштабирования и большую расширяемость, чем другие цепочки, пытающиеся масштабировать через второй уровень со скриптами, основанными строго на неизрасходованных выходах транзакций (UTXO), которые по своей сути T являются такими расширяемыми (другой набор компромиссов и преимуществ, как и все в информатике).

Борьба распределенных приложений (dapps) за сохранение пользователей широко известна. Но годы исследований и внедрения масштабирования обеспечивают пользовательский опыт и низкую задержку, необходимые для поддержки dapps с большим количеством ежемесячных активных пользователей (MAU).

Короче говоря, решения второго уровня Ethereum почти готовы к PRIME — благодаря таким компаниям, как Центи Spankchain (предупреждение:NSFW), и другие, уже обслуживающие пользователей на живом блокчейне – и готовы перевернуть историю о том, что Ethereum T может масштабироваться. В следующих разделах обсуждаются ограничения широко разрекламированных традиционных методов масштабирования и обосновывается набор надежных, обобщаемых решений ethereum.

Традиционные методы масштабирования

Большинство традиционных методов масштабирования сводятся к наблюдению, что многие взаимодействия T требуют строгого консенсуса, чтобы считаться окончательными сторонами. Например, если розничный торговец и клиент соглашаются, что услуга была оказана удовлетворительно в обмен на указанную плату, нет причин для подтверждения третьей, четвертой и пятой стороной.

Важны два фактора: (i) уверенность в том, что плательщик выполнит свою часть сделки, и (ii) ни плательщик, ни получатель платежа не должны доверять тому, что третья сторона добросовестно выполнит транзакцию от их имени.

Эта структура позволяет нам рассматривать масштабирование вне цепочки, при котором транзакции проводятся вне основной цепочки блоков и позже рассчитываются в цепочке. Чтобы соответствовать (i), плательщики должны криптографически и безотзывно обязаться переводить средства; чтобы соответствовать (ii), эти средства должны быть переведены без доверия, и транзакция должна быть принудительно выполнена в цепочке блоков, если это необходимо.

Эти критерии лежат в основе сети Lightning Bitcoin, которая (справедливо) стала предметом широкого освещения в СМИ. Представьте себе счет в баре: участники соглашаются платить небольшие суммы в течение вечера, но рассчитываются только в конце ночи. Конечно, это чрезмерное упрощение сети Lightning; более подробное объяснение можно найтиздесь.

Lightning, несомненно, хорош для Bitcoin и имеет большой потенциал для масштабирования Bitcoin второго уровня. Отчасти из-за обширного освещения в СМИ, Lightning часто рассматривается как панацея от проблем масштабирования биткойна. Между тем, появилось множество статей, восхваляющих «блокчейны-убийцы Ethereum» и высказывающих мнение, что Ethereum не способен к масштабированию. В двух словах, это неверно.

Во-первых, Ethereum более чем способен масштабировать объем платежей очень похожим образом, как это делает lightining. Платежные каналы на основе хэшированных контрактов с блокировкой по времени (HTLC) так же осуществимы на Ethereum , как и на Bitcoin, и, по сути, Ethereum обеспечивает более инновационные и удобные для пользователя многоадресные стратегии, чем bBitcoin, и их можно развернуть гораздо проще.

Поскольку Bitcoin использует модель UTXO, средства должны фактически передаваться с использованием традиционных криптографических методов обмена сообщениями для проведения транзакций (даже вне сети). Напротив, система баланса счета Ethereum позволяет осуществлять более простые и менее затратные обновления баланса вне сети.

Например, Connextреализация платежных каналов(который былобработка платежей в производстве для Spankchain(почти несколько месяцев) использует "потоки", многоадресную реализацию, которая позволяет сторонам напрямую передавать обновления баланса между собой, а не полагаться на маршрутизацию платежей с блокировкой хэша. Это вычислительно более дешевый, в равной степени быстрый и в равной степени безопасный подход, который, вероятно, лучше подходит для многих шаблонов транзакций, чем Lightning.

Более того, сложные взаимодействия контрактов требуют BIT больше накладных расходов для развертывания, поскольку скрипты Bitcoin несколько ограничивают. Модель UTXO, хотя и является отличным методом отправки и получения подписанных транзакций для проверки в сети на основе блокчейна, означает, что вам придется дополнять свои скрипты для более новых вариантов использования (например, эскроу).

Благодаря универсальности Ethereum и возможности создавать токены, реестры, невзаимозаменяемые активы (например, CryptoKitties или цифровые идентификаторы для предметов роскоши) и другие принятые сообществом стандарты смарт-контрактов, создание модульных и совместимых контрактов, ориентированных на EVM, просто становится более бесшовным.

Каналы обобщенного состояния

Поддержка смарт-контрактов и EVM на Ethereum позволяет реализовать широкий спектр приложений, которые в настоящее время невозможны на других платформах.Тьюринг-полный Такие платформы, как Bitcoin, из-за своих архитектурных и проектных решений снижают общую поверхность атак, что, в свою очередь, позволяет больше внимания уделять варианту использования одноранговых платежей без разрешения как его самой рекламируемой функции.

Однако, поскольку Тьюринг-полные скрипты сложнее в исполнении, чем простые транзакции, эти возможности увеличивают общую перегрузку на Ethereum (и приводят к увеличению размера состояниерасти гораздо более быстрыми темпами).

Мы уже обсуждали, как платежные каналы могут сократить комиссии и задержки при одноранговых платежах, но Ethereum поддерживает гораздо более сложную логику транзакций, которую платежные каналы T поддерживают.

Однако каналы обобщенного состояния предлагают ONE решение проблем масштабирования, связанных со сложными взаимодействиями контрактов. Прямо сейчас взаимодействия контрактов с сохранением состояния, которые позволяют использовать известные варианты использования Ethereum , должны выполняться на блокчейне. Многие медведи Ethereum думают, что по мере развертывания все большего количества контрактов, вызовы функций постепенно перегрузит сеть и поднимет цены на GAS до небес.

Масштабирование на уровне ONE , получившее наибольшее освещение в СМИ, задается вопросом, как мы можем разместить больше этих сложных взаимодействий в реальном блокчейне или основной сети; решения на уровне 2, такие как каналы обобщенного состояния и Plasma (подробнее об этом позже), задаются вопросом, как мы можем перенести больше этих функций за пределы сети, сохранив при этом безопасность и целостность, которые нам предоставляет основная сеть (с учетом определенных компромиссов).

Безопасность платежных каналов зависит от способности каждой стороны «выходить в сеть» и использовать смарт-контракт для разрешения и исправления споров. То есть, платежные каналы позволяют двум сторонам вести себя так, как будто они совершают транзакции в сети, даже если это T.

Поскольку у них есть возможность в любой момент перейти в цепочку (поскольку обновления баланса, которые они отправляют туда и FORTH, несут вес транзакций в цепочке), в споре контракт просто решает, чье обновление баланса является более свежим, опрашивая цепочку основной сети. Разрешение споров в цепочке, однако, является дорогостоящим с точки зрения времени и GAS, поэтому рациональные участники избегали бы этого сценария. И, если большинство государственных каналов используют безопасные и проверенные стандарты, мы можем создать совместимые системы с быстрой окончательностью, которые связаны теми же криптографическими гарантиями, что и взаимодействия в основной сети, с радикально сниженной, почти нулевой стоимостью GAS .

Контрфактуальное воплощение

Этот подход поднимает вопрос: если мы можем стимулировать стороны вести себя так, как будто простой контракт существует в цепочке, можем ли мы сделать то же самое для более сложной логики? ONE из стратегий известна как контрфактуальное инстанцирование.

Существует несколько различных реализаций, но они вращаются вокруг одного и того же принципа: состояние передается в обобщенную структуру один раз в начале и может быть изменено в соответствии с контрактом, указанным (но не развернутым) при открытии канала. Спорные случаи также рассматриваются контрактом. Поскольку участники имеют возможность зайти в цепочку и вызвать контракт, все они мотивированы вести себя так, как будто он существует.

Эффект готовых к использованию каналов обобщенного состояния, использующих контрфактическую реализацию, будет двояким:

• Операции, включающие контракты, которые теперь могут быть контрфактуально инстанцированы, будут происходить вне цепочки; чистый объем развернутых контрактов уменьшится относительно статус-кво. Это уменьшит перегрузку сети, что принесет пользу контрактам, которые должны быть развернуты в цепочке.
• Операции, которые происходят вне блокчейна в каналах обобщенного состояния, T требуют времени подтверждения или платы за GAS ; это радикально улучшит пользовательский опыт и позволит Ethereum (в целом) обрабатывать на порядки большие объемы транзакций.

Подключиться,Контрфактуальный,Перуни другие активно работают над фреймворками Generalized State Channel, которые будут напрямую решать проблемы перегрузки сети, пользовательского опыта и стоимости, которые многие называют ахиллесовой пятой Ethereum. Эти решения поддерживаются функциональностью смарт-контрактов, значительно более расширяемы, чем решения масштабирования на основе UTXO, сохраняют безопасность базового блокчейна и обладают потенциалом для открытия новых Рынки и бизнес-возможностей, обещанных Ethereum. Мы считаем, что Generalized State Channels могут стать такими же преобразующими для Ethereum , как Serenity; будь то из-за плохой доступности информации или недостаточных усилий по продвижению, они не получили должного внимания.

Молния

Lightning стал отправной точкой для платежных каналов на основе UTXO,атомные свопыи многое другое. Работа, проделанная Олаолувой Осунтокуном, Джозефом Пуном и всей экосистемой исследователей и инженеров молний, впечатляет.

Существует несколько рабочих реализаций протокола и спецификации Lightning, включая проект LND (от Lightning Labs, возглавляемый ее главным ученым Олаолувой и написанный на языке программирования Go), а такжеПроект C-lightning(написано на языке Си).

Помимо интересных дополнений, таких как «Watchtowers» (сервисы, которые отслеживают ваши платежные каналы на предмет мошенничества и остаются в сети, чтобы ваш узел не был в сети – за определенную плату),Кошелек Neutrino(экспериментальный клиент Lightning Labs, также написанный на Go), в конвейере есть множество других улучшений, таких как спецификация Lightning иСообщество разработчиков взрослеет и растет.

Некоторые из сложных исследований в настоящее время сосредоточены на: сращивании (частичном депозите/снятии средств и развертывании параллельных каналов); Wumbo (снятии ограничения пропускной способности канала); многопутевых платежах (разбиении платежа на несколько, что позволяет направлять его по нескольким маршрутам — подумайте о сегментировании); скрытых пунктах назначения (публичных маршрутах для платежей по частным каналам) и других сложных работах, которые постоянно проводятся на конференциях и независимыми командами по всему миру.

Работа команды Lightning и масштабирование цепочек на основе UTXO – с использованием некоторых передовых реализаций Криптo – это немалый подвиг, и его нельзя недооценивать. Часто проблема заключается в том, что люди стремятся напрямую сравнивать меры масштабирования Lightning и Layer Two Ethereum, используя схожие методологии, которые T учитывают компромиссы и уникальные возможности, предлагаемые двумя различными решениями, из-за уникальной архитектуры базовой корневой цепочки (т. е. модели UTXO по сравнению с моделью аккаунта в Ethereum).

плазма

Обобщенные каналы состояния — далеко не единственный вариант масштабирования Ethereum. Plasma — это решение масштабирования второго уровня, которое в тандеме с каналами состояния стремится обеспечить дополнительную пропускную способность и окончательность, но с некоторыми дополнительными компромиссами.

Представьте себе Plasma как своего рода «протоцепь», ONE стремится максимально имитировать целостность и безопасность корневой цепи, просто с переменной составляющей стоимости, которая обычно выше, чем в случае с государственными каналами (из-за копирования большей части функциональности основной цепи на новый субстрат над ней).

Plasma берет на себя все состояние вне цепочки и сохраняет его полное состояние, хешированное в корневой цепочке основной сети (которая имеет свой собственный набор компромиссов рисков, хотя он постоянно совершенствуется за счет дополнительных исследований).

Хотя пропускная способность может быть выше, чем у основной цепи, в отличие от каналов состояния, где нет формального алгоритма консенсуса, цепи Plasma могут иметь свой собственный уникальный алгоритм консенсуса, дополненный также собственным временем блока (которые обладаютих собственный ряд компромиссов). Хотя пропускная способность и окончательность не такие быстрые, они гораздо более доступны по сравнению с каналами состояния, поскольку любой может получить доступ к состоянию корневой цепи, которое было передано, и присоединиться, тогда как каналы состояния доступны только их согласованным контрагентам (в большинстве текущих реализаций). И каналы состояния больше не доступны после закрытия канала, что делает их экономическими машинами с конечным сроком службы, поскольку они намеренно созданы более полупостоянными.

Однако в Plasma, поскольку вам необходимо сохранять каждое взаимодействие состояний в корневой цепочке из вашей дочерней цепочки, эти затраты выше в зависимости от того, какую версию Plasma вы решите реализовать. С учетом того, что прорывы в том, как лучше всего реализовать Plasma, происходят регулярно во многих командах по всему миру, мы уверены, что возникнет общий стандарт с разумным набором компромиссов, который можно будет применить к широкому спектру вариантов использования.

Сила совместимых стандартов

Некастодиальная ликвидность и способы ее наиболее эффективной и безопасной передачи в различных сценариях с участием нескольких участников — это продолжающееся Истории , которое продолжает расширять новую науку криптоэкономики и изучать, как различные механизмы работают в условиях конкуренции.

Такие стандарты, как ERC-20 (для токенов) и ERC-721 (для невзаимозаменяемых активов), делают технологию масштабируемости второго уровня Ethereum и dapps более социально безопасными, учитывая, что существуют принятые сообществом нормы и передовые практики относительно того, какие стандарты следует внедрять для определенных вариантов использования. Это особенно важно, когда эти различные стандарты — которые в конечном итоге стремятся взаимодействовать ONE с другом плавно, чтобы обеспечить «децентрализованные Финансы» — могут общаться и взаимодействовать друг с другом с минимальными помехами и затратами.

Эти бесперебойные взаимодействия и экономики, возникающие из новой функциональной совместимости токенов, невзаимозаменяемых активов и масштабируемости уровня 2, создают дополнительную безопасность для большей сети Ethereum , поскольку все участники теперь переплетены в сложной экономической деятельности на дополнительных уровнях над ней; все они построены на безопасных стандартах, которые были проверены и приняты большим техническим сообществом.

Важность архитектуры без опеки в сочетании с путем наименьшего сопротивления к наиболее расширяемой и обобщаемой функциональности нельзя недооценивать. Это важнейшие компоненты и примитивы для приведения в жизнь новых и новых экономических машин, которые из-за расходов, регулирования и вычислительных ограничений когда-то считались невозможными для внедрения в реальный мир.

Время для нового повествования

Масштабирование блокчейнов — сложная задача, и Ethereum не является исключением. Но восхваление «убийц ethereum» блокчейнов или его уже существующих альтернатив, все потому, что Ethereum якобы T может масштабироваться, сводит на нет замечательную работу, которую сообщество Ethereum проделывает над Технологии Layer Two. Решения Layer ONE находятся в разработке и, скорее всего, окажутся преобразующими для сети в будущем, но решения Layer Two выходят на рынок уже сейчас.

Рассказ о том, что Ethereum T может масштабироваться, и идея о том, что решения Layer ONE являются единственными планами по масштабированию сети, утомительны и ежедневно активно опровергаются в производственных средах. Сегодня Ethereum — это медленная и неудержимая платформа для программируемых денег; потенциал такой системы очевиден. На основе Ethereum может быть построена совершенно новая финансовая система, а решения Layer Two проложат путь для радикально новых Рынки , которые используют этот децентрализованный финансовый стек.

Передача стоимости, управление, новые виды Рынки и структур стимулирования, координация сообщества и даже правильная реализация налоговой Политика возможны на Ethereum. Разработчики Ethereum видят это будущее и создают dapps, чтобы оно стало реальностью. Другие разработчики Ethereum создают протоколы, чтобы сделать сеть пригодной для использования в достаточно больших масштабах, чтобы приблизить это будущее.

Эта статья не предназначена для критики альтернативных реализаций блокчейна, многие из которых продвигают передовые разработки криптографических исследований, как указано выше. Она также не касается ICO, шиллинга и необоснованной шумихи.

Скорее, это аргумент в пользу масштабируемости Ethereum , децентрализованного экономического будущего, которое использует блокчейн Ethereum в качестве расчетного уровня и упрощает проведение большинства транзакций с помощью технологий второго уровня.

Это доводы в пользу Ethereum , который, как мы надеемся, получит должное внимание общественности и увидит свет.

Изображение Ethereum из архивов CoinDesk .