Из-за "Невозможного треугольника", децентрализация, безопасность и масштабируемость могут быть достигнуты только в двух случаях из трех в индустрии блокчейн. Биткойн, оригинальная криптовалюта, устанавливает чрезвычайно высокую планку в области децентрализации и безопасности, но не дотягивает до нее в плане масштабируемости. Для сети Биткойн:

Транзакции в секунду (TPS) = Количество транзакций в блоке / Время блока

Транзакции на блок = Размер блока / Средний размер транзакции

В настоящее время в сети Биткоин размер блока составляет 1 Мб, а время блока - около 10 минут, и если средний размер транзакции составляет 0,25 кб, то блок содержит около 4000 транзакций. Таким образом, расчетный TPS составляет около 7, что означает, что в секунду может быть обработано только 7 транзакций, что, очевидно, не отвечает требованиям быстрого роста.

Для решения проблемы масштабируемости Bitcoin были предложены различные решения, основные из них можно разделить на два типа схем масштабирования уровня 1 и уровня 2

Решение для масштабирования первого уровня: Fork и SegWit

Уровень 1 относится к самому блокчейну Биткоина, а решение по масштабированию Уровня 1 относится к изменению природы самого блокчейна таким образом, чтобы увеличить его TPS. Согласно формуле, TPS = размер блока / (время блока * средний размер транзакции), увеличение размера блока, уменьшение времени блока и сжатие размера транзакции может улучшить TPS Биткоина. Однако, из-за ограничений скорости передачи данных в физическом мире, уменьшение времени блока приведет к снижению безопасности системы. Вот почему увеличение размера блока и сжатие размера транзакции - это два метода, которые в основном рассматриваются.

Форк Биткоина: увеличение размера блока

"Увеличение масштаба" - это, пожалуй, самый очевидный способ увеличить TPS Биткойна.

Исторически сложилось так, что спрос на повышение блока привел к двум крупным развилкам в Биткойне, в результате чего появились две новые блочные цепи и токены - BCH и BCHSV. Форкинг - это, по сути, дублирование копии основного кода Биткойна и изменение его частей для оптимизации производительности по мере необходимости, но в этом подходе есть свои плюсы и минусы, которые необходимо взвесить.

Форк Биткойна из-за разногласий в сообществе по поводу будущего направления развития

Поскольку Биткойн - это блокчейн с открытым исходным кодом, он разрабатывается сообществом единомышленников. Когда члены сообщества Биткойн расходятся во мнениях относительно будущего направления развития Биткойна, может произойти форк.

Некоторые члены сообщества, например, могут пожелать увеличить размер блока Биткойна, чтобы улучшить масштабируемость и сократить время ожидания транзакций и расходы. Другие участники могут считать, что первоначальный размер блока должен быть сохранен для обеспечения безопасности сети, или у них могут быть разные взгляды на консенсусное соглашение Биткойна по техническим причинам... Такие разногласия могут привести к форку.

BCH был развит в 2017 году, а BCHSV был развит в 2018 году на основе BCH

В августе 2017 года некоторые майнеры, выступающие за больший размер блока, объединили свои вычислительные мощности и форкнули блокчейн Биткоина, создав BCH (Bitcoin Cash) и увеличив размер блока до 8 Мб. В ноябре 2018 года под влиянием радикально настроенных членов в сообществе BCH, BCHSV был форкнут для поддержки так называемого "мега-блока" или даже "безлимитного блока".

Размер блока увеличивает порог узла, безопасность не может быть гарантирована после форкинга

Однако существует много проблем с простым увеличением размера блока. По мере увеличения размера одного блока, нагрузка на аппаратное обеспечение одного узла значительно возрастает, и узлы, которые не могут позволить себе соответствующее оборудование, постепенно выпадают из сети. Кроме того, размер блока увеличивается, в то время как скорость передачи данных между узлами и способность узлов обрабатывать данные почти не улучшается, что будет угрожать безопасности и стабильности системы Биткойн. Таким образом, решение по увеличению размера блока на самом деле приходит ценой децентрализации и безопасности.

Сегрегированный свидетель (Segregated Witness, SegWit): Разделение сообщений транзакций для сжатия размера данных

Когда Биткойн был впервые разработан, Сатоши Накамото ограничил размер блока, содержащего транзакции, до 1 Мб, где данные транзакции содержат как основную информацию о транзакции, так и информацию о подписи трейдеров. Технология SegWit, с другой стороны, увеличивает количество транзакций, которые могут содержаться в блоке, примерно на 40%, отделяя скриптовые подписи от информации о транзакциях и сохраняя их в заголовке блока, не нарушая правил аудита блока.

В адресах Биткоина, начинающихся с символов 3 или bc, отражены адреса кошельков с поддержкой Segwit, в то время как адреса, начинающиеся с цифры 1, являются более старыми адресами.

Проверка на сайте Blockchain.com последних отчеканенных блоков показывает, что большинство новых блоков поставляются с технологией Segwit. Благодаря Segwit, фактический размер этих блоков превышает 1 Мб. Более того, 14 ноября 2021 года сеть Биткойн также продвинула дальнейшие обновления Taproot поверх SegWit, что еще больше повысило стабильность, безопасность и конфиденциальность сети.

Layer2 Scaling: Молниеносная сеть

Масштабирование Layer2 также известно как внецепочечное масштабирование. Это решение для повышения производительности, которое масштабируется за пределами основной сети для улучшения скорости обработки транзакций и эффективности сети Биткоин путем создания еще одного уровня сети.

Общие решения Layer2 включают Side Chain, Plasma, State Channels, Rollup и т.д. Для Биткоина наиболее известным решением второго уровня является сеть Lightning Network, которая была создана в 2015 году.

Сеть молний

Сеть Bitcoin Lightning Network - это децентрализованная платежная система, цель которой - сделать транзакции с биткоинами более быстрыми, безопасными и экономически эффективными. Транзакции в сети Биткоин могут быть медленными, поскольку они должны быть подтверждены несколькими узлами, прежде чем будут записаны в блокчейн.

Lightning Network была создана для решения этих проблем.

Интеграция каналов оплаты между несколькими пользователями и агрегирование сообщений о транзакциях для размещения в основной сети

Lightning Network, по сути, устанавливает платежные каналы между двумя пользователями, позволяя проводить транзакции вне сети (обычно небольшие платежи), что разгружает основную сеть от спроса на транзакции и позволяет обрабатывать транзакции быстрее. Узлы Lightning Network могут соединять платежные каналы между несколькими пользователями, прежде чем объединить всю информацию о канале в единую транзакцию и отправить ее в мейннет Биткоина для постоянной записи.

В результате, только первая и последняя транзакция в платежном канале действительна в блокчейне Биткоина; все остальные транзакции между двумя сторонами находятся вне блокчейна.

Для создания платежного канала обе стороны должны представить определенное количество биткоинов, которые также будут храниться в блокчейне биткоина до тех пор, пока канал не будет деактивирован или закрыт. Общая сумма биткоинов, которыми обе стороны могут торговать в этом платежном канале, не может превышать количество поданных биткоинов, но неограниченное количество транзакций может быть совершено без комиссии.

Беспокойство по поводу сети Lightning Network: Скорость все еще ограничена основной сетью, безопасность узлов и высокий порог использования

Сеть Lightning Network на первый взгляд кажется хорошим решением проблемы масштабируемости Биткойна. Он еще не получил широкого распространения и имеет следующие ограничения:

Скорость все еще ограничена производительностью основной сети: Скорость транзакций Lightning Network все еще ограничена производительностью основной сети, максимальная скорость транзакций составляет всего несколько десятков транзакций в секунду.

Беспокойство по поводу безопасности: Поскольку Lightning Network децентрализована, ее безопасность зависит от безопасности каждого узла. Если на одном узле произойдет нарушение безопасности, это может затронуть всю сеть Lightning Network.

Сложность использования: Сеть Lightning Network все еще сложна в использовании.

Основные моменты

• Биткоин относительно децентрализован и безопасен благодаря механизму консенсуса PoW; однако его основной недостаток - отсутствие масштабируемости, средняя скорость транзакций составляет 7 транзакций в секунду. Для того чтобы решить эту проблему, есть несколько идей, например, прямое изменение основного кода Биткойна, а также улучшение сети Lightning за счет опоры на mainnet.
• Два форка Биткоина, BCH и BCHSV, увеличили размер блока и скорость транзакций, но с увеличением размера блока возрастут требования к аппаратному обеспечению узла, что повлияет на степень децентрализации, а сложность данных повлияет на безопасность. Таким образом, форк все еще жертвует децентрализацией и безопасностью.
• Segwit уменьшает размер данных за счет разделения подписей, и большинство узлов Биткойна приняли эту технологию.
• Чтобы ускорить транзакции, Lightning Network создает межсчетные платежные каналы, которые консолидируют многочисленные сообщения о транзакциях перед их публикацией в основной цепи. Но развитие и безопасность основной сети, участвующих узлов, а также высокий порог использования продолжают ограничивать скорость.