Razumevanje slojeva blockchaina
Ako ste na bilo koji način istraživali kriptovalute ili blockchain, verovatno ste naišli na termine kao što su protokoli prvog i drugog sloja. Da li vas zanima šta su ovi slojevi i zašto postoje? Hajde da razgovaramo o blockchain sloj arhitekturi u ovom članku.
Blockchain tehnologija je jedinstvena mešavina nekoliko trenutnih tehnologija – kriptografije, teorije igara i tako dalјe – sa širokim spektrom mogućih primena kao što su kriptovalute. Kodiranje i dekodiranje podataka je matematička i računarska disciplina poznata kao kriptografija. Proučavanje matematičkih modela strateške interakcije među racionalnim donosiocima odluka poznato je kao teorija igre. Blockchain eliminiše posrednike, smanjuje troškove i pobolјšava efikasnost donoseći transparentnost i sigurnost.
Bez nadzora centralnog organa, tehnologija distribuirane knjige (DLT) čuva informacije verifikovane kriptografijom među grupom korisnika koji su pristali putem unapred određenog mrežnog protokola. Kombinovanje ovih tehnologija podstiče poverenje između lјudi ili strana koje inače ne bi imale motiv za to. Oni omogućavaju blockchain mrežama da bezbedno razmenjuju vrednosti i podatke između korisnika.
Zbog nedostatka centralizovanog autoriteta, blockchainovi moraju da budu veoma sigurni. Takođe moraju da budu izuzetno skalabilni za rukovanje sve većim korisnicima, transakcijama i drugim podacima. Slojevi su rođeni iz zahteva za skalabilnosti istovremeno sa očuvanjem vrhunske bezbednosti.
Šta je skalabilnost blockchaina?
Izraz „skaliranje“ u tehnologiji blockchaina odnosi se na povećanje stope protoka sistema, koja se meri u transakcijama u sekundi. Sa široko rasprostranjenim usvajanjem kriptovaluta u svakodnevnom životu, blockchain slojevi su sada potrebni za pobolјšanje bezbednosti mreže, čuvanja zapisa i drugih funkcija.
Broj transakcija koje sistem obrađuje u sekundi naziva se „propusnost“. Dok Visa-ina VisaNet mreža za elektronsko plaćanje može da obradi preko 20.000 transakcija u sekundi, glavni lanac Bitcoin-a (BTC) ne može da obradi više od sedam transakcija u sekundi.
Blockchain je prvi sloj u decentralizovanom ekosistemu. Drugi sloj je integracija treće strane koja se koristi zajedno sa slojem jedan za povećanje broja čvorova i, kao rezultat, propusnost sistema. Trenutno se implementiraju mnoge druge blockchain tehnologije. Pametni ugovori se koriste u ovim rešenjima za automatizaciju transakcija.
Blockchain programeri pokušavaju da prošire obim upravlјanja blockchain-om jer Bitcoin postaje značajnija sila u komercijalnom svetu. Nadaju se da će smanjiti vreme obrade i povećati TPS razvojem blockchain slojeva i optimizacijom skalabilnosti drugog sloja.
Blockchain trilema
Blockchain trilema se odnosi na opšte prihvaćeno shvatanje da, u smislu decentralizacije, bezbednosti i skalabilnosti, decentralizovane mreže mogu da pruže samo dve od tri prednosti u bilo kom trenutku.
Kompjuterski naučnici su osmislili teoremu o doslednosti, dostupnosti i toleranciji particije (CAP) 1980-ih da bi izrazili verovatno najznačajniju od ovih poteškoća. CAP teorema kaže da decentralizovano skladištenje podataka, kao što je blockchain, može istovremeno da zadovolјi samo dve od tri gore navedene garancije.
Ova teorema je evoluirala u blockchain trilemu u kontekstu trenutnih distribuiranih mreža. Široko rasprostranjena ideja je da javna blockchain infrastruktura mora da žrtvuje bezbednost, decentralizaciju ili skalabilnost.
Kao rezultat toga, sveti gral blockchain tehnologije je stvaranje mreže sa neprobojnom bezbednošću preko široko decentralizovane mreže, uz istovremeno rukovanje transakcionim protokom na Internetu.
Pre nego što uđemo u dinamiku trileme, hajde da generalno definišemo skalabilnost, bezbednost i decentralizaciju:
- Skalabilnost blockchaina se odnosi na njegovu sposobnost da rukuje većim obimom transakcija.
- Bezbednost se odnosi na mogućnost da se podaci na blockchainu obezbede od raznih vrsta napada i odbrane blockchain od dvostruke potrošnje.
- Decentralizacija je vrsta redundantnosti mreže koja osigurava da mrežu ne kontroliše manje entiteta.
Interakcija skalabilnosti, bezbednosti i decentralizacije
Da bi izmirila transakciju, mreža mora prvo da se dogovori o njenoj validnosti. Dogovor može da potraje ako sistem ima veliki broj članova. Kao rezultat, možemo da pokažemo da je skalabilnost obrnuto proporcionalna decentralizaciji kada su bezbednosni parametri identični.
Sada, pod pretpostavkom da dva proof-of-work blockchaina imaju isti stepen decentralizacije i smatraju da je sigurnost heš stopa blockchaina. Vreme potvrde se smanjuje kako se heš stopa povećava, a skalabilnost raste kako se bezbednost pobolјšava. Kao rezultat toga, skalabilnost i bezbednost su proporcionalni stalnoj decentralizaciji.
Kao rezultat toga, blockchain ne može da se optimizuje za sve tri želјene karakteristike istovremeno, što ga primorava da pravi kompromise. Ethereum je najnoviji primer trileme u akciji. Ethereum platforma je doživela bum u upotrebi zbog rasta aplikacija za decentralizovane finansije (DeFi) ovog leta. Ethereum može da raste samo do određene tačke.
Zbog povećane potražnje, naknade za transakcije su porasle do tačke u kojoj neki lјudi ne mogu da se angažuju sa blockchainom. Povećane naknade za Ethereum su primer trileme, jer možemo da vidimo da se Ethereum nije povećao bez žrtvovanja bezbednosti ili decentralizacije.
Fokus Ethereum-a je bio na decentralizaciji i bezbednosti, sa ograničenim brojem transakcija u sekundi (skalabilnost). Da bi podstakli rudare da daju prioritet njihovim transakcijama, korisnici su plaćali veće naknade. Slično tome, decentralizacija i bezbednost imaju prednost u odnosu na skalabilnost u Bitcoin-u.
Nije tajna da je skalabilnost blockchaina kao što su Bitcoin i Ethereum trenutno ograničena. Stoga, globalna zajednica početnika, korporacija i tehnologa besomučno radi na rešenjima prvog i drugog sloja kako bi rešila trilemu blockchaina.
Blockchain mreže prvog sloja su dizajnirane za brzinu, sigurnost i proširenje. Drugi sloj se odnosi na tehnološka pobolјšanja i proizvode koji mogu da se koriste za proširenje skalabilnosti postojećih blockchain mreža. Dobijanje savršene ravnoteže između dva sloja moglo bi da promeni igru za usvajanje blockchaina i širenje decentralizovanih mreža.
Programeri pristupaju ovom pitanju iz različitih perspektiva. Povećana veličina bloka u Bitcoin Cash-u (BCH) bio je pokušaj da se pobolјša skalabilnost Bitcoin-a. Međutim, nema dokaza da postaje sve popularniji.
Bitcoin nastoji da reši problem dodavanjem sloja postojećem sloju blockchaina. Rešenja sloja dva će objediniti brojne transakcije zajedno i samo povremeno ispitivati blockchain osnovnog sloja, u skladu sa idejom koja stoji iza rešenja za skaliranje. Ethereum koristi hibridni pristup, sa skaliranjem skaliranja osnovnog sloja blockchaina, a zajednica predviđa nekoliko rešenja drugog sloja kako bi se još više povećala propusnost.
Slojevita struktura blockchain arhitekture
U slučaju distribuirane mreže blockchain arhitekture, svaki učesnik mreže održava, autorizuje i ažurira nove unose. Kolekcija blokova sa transakcijama u određenom redosledu predstavlјa strukturu blockchain tehnologije. Ove liste mogu da se sačuvaju kao ravna datoteka (u txt formatu) ili kao jednostavna baza podataka. Blockchain arhitektura može da ima javne, privatne ili konzorcijumske oblike.
Slojevita arhitektura blockchaina je kategorisana u šest slojeva.
Sloj hardverske infrastrukture
Sadržaj blockchaina se čuva na serveru u data centru negde na ovom divnom globusu. Klijenti zahtevaju sadržaj ili podatke od servera aplikacija dok pretražuju web ili koriste bilo koju aplikaciju, što je poznato kao arhitektura klijent-server.
Klijenti sada mogu da se povežu sa kolegama i dele podatke. Peer-to-peer (P2P) mreža je velika grupa računara koji dele podatke. Blockchain je peer-to-peer mreža računara koja izračunava, potvrđuje i beleži transakcije na uredan način u zajedničkoj knjizi. Kao rezultat, kreira se distribuirana baza podataka u kojoj se čuvaju svi podaci, transakcije i drugi relevantni podaci. Čvor je računar u P2P mreži.
Sloj podataka
Struktura podataka blockchaina je izražena kao povezana lista blokova u kojima su transakcije poređane. Struktura podataka blockchaina sastoji se od dva osnovna elementa: pokazivača i povezane liste. Povezana lista je lista ulančanih blokova sa podacima i pokazivačima na prethodni blok.
Pokazivači su promenlјive koje se odnose na poziciju druge promenlјive, a povezana lista je lista ulančanih blokova sa podacima i pokazivačima na prethodni blok. Merkle drvo je binarno drvo heša. Svaki blok sadrži osnovni heš Merkle stabla i informacije kao što su heš prethodnog bloka, vremenska oznaka, nonce, broj verzije bloka i trenutni cilј težine.
Za blockchain sisteme, Merkle drvo pruža sigurnost, integritet i nepobitnost. Blockchain sistem je izgrađen na Merkle drveću, kriptografiji i konsenzus algoritmima. Pošto je prvi u lancu, blok geneze, odnosno prvi blok, ne sadrži pokazivač.
Radi zaštite bezbednosti i integriteta podataka sadržanih u blockchainu, transakcije se digitalno potpisuju. Privatni klјuč se koristi za potpisivanje transakcija, a svako ko ima javni klјuč može da verifikuje potpisnika. Digitalni potpis otkriva manipulaciju informacijama. Pošto su podaci koji su šifrovani takođe potpisani, digitalni potpisi obezbeđuju jedinstvo. Kao rezultat, svaka manipulacija će učiniti potpis nevažećim.
Podaci ne mogu da se otkriju jer su šifrovani. Ne može ponovo da se petlјa, čak i ako je uhvaćen. Identitet pošilјaoca ili vlasnika je takođe zaštićen digitalnim potpisom. Kao rezultat toga, potpis je pravno povezan sa njegovim vlasnikom i ne može da se zanemari.
Mrežni sloj
Mrežni sloj, koji se obično naziva P2P sloj, odgovoran je za komunikaciju među čvorovima. Otkrivanjem, transakcijama i širenjem blokova upravlјa mrežni sloj. Propagacioni sloj je drugo ime za ovaj sloj.
Ovaj P2P sloj obezbeđuje da čvorovi mogu da pronađu jedni druge i da komuniciraju, šire i sinhronizuju se, kako bi blokirali mrežu u legitimnom stanju. P2P mreža je računarska mreža u kojoj su čvorovi distribuirani i dele opterećenje mreže radi postizanja zajedničke svrhe. Transakcije blockchaina sprovode čvorovi.
Konsenzusni sloj
Sloj konsenzusa je od suštinskog značaja za postojanje blockchain platformi. Konsenzus sloj je najneophodniji i najkritičniji sloj u bilo kom blockchainu, bilo da je u pitanju Ethereum, Hiperledger ili drugi. Konsenzus sloj je zadužen za validaciju blokova, njihovo naručivanje i garantovanje da se svi slažu.
Aplikacioni sloj
Pametni ugovori, lančani kod i decentralizovane aplikacije (DApps) čine sloj aplikacije. Protokoli sloja aplikacije su dalјe podelјeni na slojeve aplikacije i slojeve izvršavanja. Aplikacioni sloj se sastoji od programa koje krajnji korisnici koriste za komunikaciju sa blockchain mrežom. Skripte, interfejsi za programiranje aplikacija (API), korisnički interfejsi i okviri su deo toga.
Blockchain mreža služi kao pozadinska tehnologija za ove aplikacije i one komuniciraju sa njom preko API-a. Pametni ugovori, osnovna pravila i lančani kod su deo sloja izvršenja.
Iako se transakcija kreće sa sloja aplikacije na sloj za izvršavanje, ona se potvrđuje i izvršava na semantičkom sloju. Aplikacije daju uputstva izvršnom sloju, koji izvršava transakcije i obezbeđuje determinističku prirodu blockchaina.
Blockchain slojevi objašnjeni
Sloj 0
Blockchain nulti sloj se sastoji od komponenti koje pomažu da se blockchain pretvori u stvarnost. To je tehnologija koja omogućava da funkcionišu Bitcoin, Ethereum i druge blockchain mreže. Komponente sloja 0 uklјučuju internet, hardver i veze koje će omogućiti da sloj jedan radi nesmetano.
Sloj jedan
Ovo je temelјni sloj, a njegova sigurnost je zasnovana na njegovoj nepromenlјivosti. Ethereum mreža, ili sloj jedan, je ono na šta lјudi aludiraju kada kažu Ethereum. Ovaj sloj je zadužen za procese konsenzusa, programske jezike, vreme bloka, rešavanje sporova i pravila i parametre koji održavaju osnovnu funkcionalnost blockchain mreže. Takođe je poznat kao sloj implementacije. Bitcoin je primer blockchaina prvog sloja.
Problemi sa prvim slojem
Ova rešenja za skaliranje povećavaju propusnost mreže kada se koriste zajedno. Međutim, sa sve većim brojem korisnika blockchaina, čini se da sloj jedan nije dovolјan. Arhaičan i nespretan proces konsenzusa dokazivanja rada je još uvek u upotrebi na blockchainu prvog sloja.
Iako je ovaj pristup sigurniji od drugih, on je ograničen njegovom brzinom. Rudari su obavezni da rešavaju kriptografske algoritme koristeći računarsku snagu. Kao rezultat toga, dugoročno je potrebno više računarske snage i vremena. Takođe, opterećenje na blockchainu prvog sloja se povećalo kako je rastao broj korisnika. Kao rezultat toga, brzine i kapaciteti obrade su usporeni.
Moguća rešenja
Proof-of-stake je alternativni konsenzus koji će Ethereum 2.0 da usvoji. Ovaj pristup konsenzusa sertifikuje nove blokove podataka o transakcijama na osnovu kolaterala za ulaganje učesnika mreže, što ima za rezultat efikasniju proceduru.
Sharding je rešenje za skaliranje za opterećenje na blockchain problemu prvog sloja. Jednostavno rečeno, razbijanje deli zadatak validacije i autentifikacije transakcija na manje delove kojima je lakše da se upravlјa. Kao rezultat, radno opterećenje može da se distribuira preko mreže da bi se koristilo više računarskih sposobnosti čvorova. Pošto mreža paralelno obrađuje ove delove, nekoliko transakcija može da se obradi uzastopno i istovremeno.
Sloj dva
Mreže koje se preklapaju a koje se nalaze na vrhu osnovnog sloja poznate su kao L2 rešenja. Protokoli koriste sloj dva da povećaju skalabilnost uklanjanjem nekih interakcija sa osnovnog sloja. Kao rezultat toga, pametni ugovori na primarnom blockchain protokolu se bave samo depozitima i povlačenjima i osiguravaju da transakcije van lanca prate propise. Bitcoin-ova Lightning mreža je primer blockchaina drugog sloja.
Dakle, koja je razlika između blockchaina sloja jedan i sloja dva? Blockchain je prvi sloj u decentralizovanom ekosistemu. Drugi sloj je integracija treće strane koja se koristi zajedno sa slojem jedan da bi se povećao broj čvorova i, kao rezultat, propusnost sistema. Trenutno se implementiraju mnoge Blockchain tehnologije dva sloja.
Sloj dva rešenja za skaliranje
Protokoli drugog sloja su eksplodirali u popularnosti poslednjih godina i pokazali su se kao najefikasniji pristup rešavanju problema skaliranja, posebno u PoW mrežama. Različita rešenja za skaliranje sloja dva su objašnjena u odelјcima ispod.
Ugnežđeni blockchain
Ugnežđeni sloj dva blockchaina radi na drugom. U suštini, prvi sloj uspostavlјa podešavanja, dok sloj dva sprovodi procedure. Na jednom glavnom lancu može da postoji nekoliko blokova nivoa. Smatrajte to tipičnom poslovnom strukturom.
Umesto da jedna osoba (npr. menadžer) vodi ceo posao, menadžer je delegirao zadatke podređenima, koji su zatim izveštavali menadžment kada su bili gotovi. Kao rezultat toga, opterećenje menadžera je smanjeno dok je skalabilnost pobolјšana. Projekat OMG Plasma, na primer, funkcioniše kao blockchain drugog nivoa za Ethereum-ov protokol prvog nivoa, omogućavajući jeftinije i brže transakcije.
Kanali stanja
Kanal stanja pobolјšava ukupan kapacitet i brzinu transakcije olakšavajući dvosmernu komunikaciju između blockchain i van lančanih transakcionih kanala putem različitih pristupa. Da bi potvrdio transakciju preko kanala stanja, rudar ne mora odmah da bude uklјučen.
Umesto toga, to je mrežni susedni resurs koji je zaštićen mehanizmom višestrukih potpisa ili pametnog ugovora. Konačno „stanje“ „kanala“ i svi njegovi inherentni prelazi se objavlјuju u osnovni blockchain kada se transakcija ili grupa transakcija dovrše na kanalu stanja.
Primeri kanala stanja uklјučuju Bitcoin Lightning i Ethereum-ovu Raiden mrežu. U kompromisu trileme, državni kanali odustaju od neke decentralizacije u zamenu za povećanu skalabilnost.
Sporedni lanci
Sporedni lanac je transakcijski lanac koji se odvija uz blockchain i koristi se za masovne transakcije. Sporedni lanci imaju njihov metod konsenzusa, koji može da se prilagodi za brzinu i skalabilnost, a uslužni token se često koristi kao deo mehanizma za prenos podataka između bočnog i glavnog lanca. Glavna funkcija glavnog lanca je da obezbedi opštu sigurnost i rešavanje sporova.
Na nekoliko važnih načina, Sporedni lanci se razlikuju od kanala stanja. Za početak, sporedni lanci transakcije nisu privatni između učesnika; umesto toga, oni se javno objavlјuju u glavnoj knjizi. Štaviše, kršenja bezbednosti na sporednim lancima ne utiču na glavni ili druge sporedne lance. Izgradnja sporednog lanca od temelјa zahteva značajnu količinu vremena i posla.
Rollups
Rollups-i su rešenja za skaliranje blockchaina dva sloja koja obavlјaju transakcije van mreže prvog sloja, a zatim učitavaju podatke iz transakcija u blockchain drugog sloja. Sloj jedan može da čuva zbirne pakete jer su podaci na osnovnom sloju.
Korisnici imaju koristi od rollupova jer pomažu da se poveća protok transakcija, otvoreno učešće i niži troškovi gasa.
Sloj tri
Aplikacioni sloj se često naziva slojem tri ili L3. L3 projekti deluju kao korisnički interfejs dok maskiraju tehničke aspekte komunikacionog kanala. L3 aplikacije su ono što blockchainovima daje njihovu primenlјivost u stvarnom svetu, kao što je objašnjeno u slojevitoj strukturi blockchain arhitekture.
Može li da se trilema blockchaina reši?
Problemi sa kojima se susreće distribuirano skladištenje podataka, iz kojih su nastali blokovi, preneli su se i na blockchain. Da bi se bolјe razumele ove poteškoće i povezani problemi, skovan je termin „blockchain trilema“ da ih grupiše.
Iako je reč „trilema“ ostala, blockchain trilema je samo nagađanje. Za ovu hipotezu se sumnja da je tačna na osnovu ranih podataka, ali nije ni dokazana ni opovrgnuta. Potrebno je uraditi više istraživanja, iako su rešenja prvog i drugog sloja već postigla određeni uspeh.
Na kraju
Jedan od razloga zašto je usvajanje kripto mainstream-a sada nemoguće u blockchain biznisu je skalabilnost. Kako potražnja za kriptovalutama raste, tako će rasti i pritisak da se prošire blockchain protokoli. Pošto oba nivoa blockchaina imaju njihov sopstveni skup ograničenja, konačno rešenje će biti razvoj sistema koji može da reši trilemu skalabilnosti.
Prvi sloj je kritičan jer služi kao osnova za decentralizovane sisteme. Osnovni problemi skalabilnosti blockchaina se rešavaju putem protokola drugog sloja. Nažalost, većina protokola trećeg sloja (DApps) trenutno radi samo na sloju jedan, zaobilazeći sloj dva. Nije iznenađenje da ovi sistemi ne rade onoliko dobro koliko bismo želeli.
Aplikacije trećeg sloja su neophodne jer pomažu da se razviju slučajevi korišćenja blokova u stvarnom svetu. Oni, međutim, neće imati ni približno toliku vrednost kao njihov osnovni blockchain, za razliku od starih mreža.
