Що таке перевантаження мережі блокчейн?

Перевантаження мережі блокчейну виникає, коли кількість транзакцій, переданих у мережу блокчейну, перевищує її пропускну здатність. Ця перевантаженість призводить до затримки підтвердження транзакцій і підвищення комісії за транзакції. Це впливає на взаємодію з користувачем і може перешкоджати зручності використання та прийняттю мереж блокчейн. У минулому такі популярні криптовалюти, як Bitcoin та Ethereum, стикалися з перевантаженнями, що призводило до значних затримок і збільшення комісій.

Як відбувається перевантаження мережі блокчейн?

Перевантаження мережі блокчейну виникає, коли кількість транзакцій перевищує пропускну здатність мережі. Перед підтвердженням транзакції потрапляють у mempool, зону очікування. Такі фактори, як підвищений попит, невеликі розміри блоків і повільний час блокування, сприяють перевантаженню. Це призводить до затримки підтвердження, підвищення комісії та зниження масштабованості. Рішення включають збільшення розмірів блоків, скорочення часу блокування, впровадження рішень рівня 2 і вивчення шардингу. Тривають зусилля щодо усунення перевантажень і підвищення ефективності мережі блокчейн.

Мемпул

Мемпул, скорочення від «пул пам’яті», є важливим компонентом мережі блокчейн, де незавершені транзакції тимчасово зберігаються перед підтвердженням і додаванням до блоку. Він служить зоною очікування, де транзакції чекають на включення в наступний доступний блок для обробки та остаточного включення в блокчейн.

Коли користувач ініціює транзакцію в блокчейні, вона спочатку транслюється в мережу та потрапляє в mempool. Майнери (у блокчейнах із підтвердженням роботи) або валідатори (у блокчейнах із підтвердженням частки) вибирають транзакції з мемпулу для включення в наступний блок, який вони намагаються додати до блокчейну. Процес відбору часто включає визначення пріоритетності транзакцій з вищими комісіями, щоб стимулювати майнерів або валідаторів. Транзакції залишаються в mempool, доки їх не буде включено до блоку або видалено, якщо вони закінчаться або будуть визнані недійсними.

Розмір мемпулу та рівень перевантаження можуть змінюватися залежно від обсягу транзакцій, пропускної здатності мережі та доступності блокового простору. У періоди високого попиту або обмежених мережевих ресурсів mempool може стати переповненим, що призведе до більш тривалого часу підтвердження та потенційно вищих комісій за транзакції. Майнери та валідатори встановлюють пріоритетність транзакцій на основі різних факторів, включаючи комісію за транзакції, щоб оптимізувати свої доходи та максимізувати ефективність мережі.

Кандидатські блоки

Блоки-кандидати, також відомі як запропоновані блоки, це блоки, які майнери (у блокчейнах proof-of-work) або валідатори (у блокчейнах proof-of-stake) пропонують додати до блокчейну. Ці блоки містять колекцію непідтверджених транзакцій, які транслювалися в мережу, але ще не були включені в блокчейн.

Коли пропонується блок-кандидат, він проходить процес перевірки відповідно до механізму консенсусу блокчейну. У системах підтвердження роботи, таких як біткойн, майнери змагаються у вирішенні складної математичної головоломки, і перший майнер, який успішно її розв’яже, може додати свій блок-кандидат до блокчейну. У системах підтвердження частки, таких як Ethereum 2.0, валідатори вибираються випадковим чином, щоб запропонувати блоки-кандидати, які потім підтверджуються іншими валідаторами.

Блоки-кандидати зберігають непідтверджені транзакції та служать тимчасовим станом перед тим, як стати підтвердженими блоками. Коли блок-кандидат отримує достатню перевірку та додається до блокчейну, транзакції, включені в цей блок, вважаються підтвердженими. Однак важливо зазначити, що в блокчейн-мережах із довшим часом підтвердження конкуруючі блоки все ще можуть майнитися протягом цього періоду, що потенційно може призвести до тимчасових розгалужень або блоків-сиріт.

Остаточність

Остаточність у блокчейні означає стан, коли транзакція чи операція стає безвідкличною та не може бути змінена чи скасована. Коли транзакція стає остаточною, вона назавжди записується в блокчейн і стає незмінною частиною історії транзакцій.

Концепція остаточності дещо відрізняється в різних блокчейн-мережах. Наприклад, у блокчейні Bitcoin транзакції транслюються в мережу та додаються до mempool. Майнери вибирають транзакції з mempool і включають їх у блоки, додані до блокчейну. Поки ці транзакції підтверджуються, конкуруючі блоки можуть бути видобуті, викликаючи тимчасові форки. Щоб досягти більш високого рівня впевненості в остаточності, рекомендується дочекатися додавання додаткових блоків поверх блоку, що містить транзакцію. Як правило, шести додаткових блоків достатньо, щоб вважати транзакцію Bitcoin «остаточною».

В Ethereum та деяких інших блокчейнах з меншим часом блокування може бути рекомендовано більшу кількість підтверджень для досягнення аналогічного рівня впевненості в остаточності. Ethereum перейшов на механізм консенсусу proof-of-stake, де валідатори засвідчують валідність блоків. Коли блок отримує достатню кількість атестацій, він переходить від блоку-кандидата до підтвердженого блоку, забезпечуючи вищий рівень остаточності.

Остаточність є критично важливим аспектом технології блокчейн, що забезпечує цілісність і незмінність транзакцій і даних, записаних у блокчейні. Це дає користувачам впевненість у тому, що після підтвердження транзакції та її завершення неможливо скасувати або змінити її.

Принцип найдовшого ланцюга

Принцип найдовшого ланцюга є фундаментальним поняттям у технології блокчейн. Це стосується правила, згідно з яким дійсною версією блокчейну є версія з найдовшим ланцюжком блоків, що представляє найбільшу кількість накопиченої обчислювальної роботи.

У децентралізованій мережі блокчейн кілька майнерів або валідаторів можуть створювати нові дійсні блоки одночасно. Це може призвести до тимчасових розгалужень, де існують різні гілки блокчейну. Однак мережа в кінцевому підсумку об’єднується в єдиний дійсний блокчейн за принципом найдовшого ланцюга.

Відповідно до цього принципу вузли в мережі завжди вибирають ланцюжок з найбільшою кількістю накопиченої обчислювальної роботи як дійсний ланцюг. Майнери або валідатори спрямовують обчислювальну потужність на розширення ланцюга, роблячи його довшим. У результаті коротші гілки, які часто називають сиротами або застарілими блоками, відкидаються, а їхні транзакції повертаються до мемпулу для включення в дійсний ланцюжок.

Принцип найдовшого ланцюга забезпечує консенсус і безпеку в мережі блокчейн. Це допомагає підтримувати цілісність блокчейну, вибираючи найбільш обчислювально перевірену версію як авторитетний ланцюжок, надаючи чітку та узгоджену історію транзакцій і запобігаючи потенційним атакам або маніпуляціям.

Що викликає перевантаження мережі блокчейн?

Перевантаження мережі блокчейну виникає, коли кількість транзакцій, переданих у мережу, перевищує її пропускну здатність. Кілька факторів сприяють перевантаженості, деякі з яких перелічені нижче. Ці фактори разом навантажують блокчейн-мережі, що призводить до затримки підтвердження та зниження ефективності. Усунення перевантаження вимагає впровадження рішень, які покращують масштабованість мережі, оптимізують розмір блоку та покращують пропускну здатність транзакцій.

Підвищений попит

Зростаюча кількість поданих транзакцій переповнює мережу, спричиняючи накопичення непідтверджених транзакцій у mempool. Нестабільність цін і цикли масового впровадження можуть спровокувати сплески операційної активності.

Невеликий розмір блоку

Кожен блокчейн має максимальний розмір блоку, що обмежує кількість транзакцій, які можна включити. Наприклад, початковий розмір блоку Bitcoin був 1 мегабайт, але оновлення, такі як Segregated Witness (SegWit), збільшили його приблизно до 4 МБ. Якщо транзакції перевищують цей ліміт, виникає перевантаження.

Повільний час блокування

Час блоку означає інтервал між додаванням нових блоків у блокчейн. Наприклад, біткойн додає блок кожні 10 хвилин. Коли створення транзакції випереджає додавання блоку, утворюється резерв транзакцій, що сприяє перевантаженню.

Історія перевантажень блокчейн-мережі: кілька прикладів

Перевантаження мережі Bitcoin (2017)

Під час піку популярності біткойнів наприкінці 2017 та на початку 2018 року мережа зазнала значного перевантаження. Зростання активності транзакцій призвело до великої кількості непідтверджених транзакцій і стрімкого зростання комісій за транзакції. У якийсь момент середні комісії за транзакції досягли понад 50 доларів США, що підкреслює проблеми масштабованості та пропускної здатності мережі.

Перевантаження мережі Ethereum (2017)

У 2017 році мережа Ethereum зіткнулася з перевантаженням через вірусний успіх проекту «CryptoKitties». Популярність розведення та торгівлі цифровими котами в блокчейні Ethereum призвела до значного збільшення транзакцій, що призвело до скорочення часу підтвердження та вищих комісій.

Перевантаження токенів BRC-20 на біткойн (2023)

Навесні 2023 року мережа біткойн зіткнулася з перевантаженням через збільшення активності транзакцій, пов’язаних з токенами BRC-20. Зростання транзакцій призвело до вузького місця в mempool, що призвело до стрімкого зростання незавершених транзакцій і комісій. У якийсь момент було зафіксовано майже 400 000 непідтверджених транзакцій, що призвело до значних затримок і значного збільшення комісії за транзакції.

Рішення для перевантажень блокчейн-мережі

Щоб зменшити перевантаження мережі блокчейн, можна розглянути різні рішення, кожне зі своїми плюсами та мінусами:

Збільшення розміру блоку

Збільшення розміру блоку дозволяє включати більше транзакцій, підвищуючи пропускну здатність мережі. Однак більші блоки розповсюджуються довше та вимагають збільшення обсягу пам’яті, що потенційно може призвести до ризиків централізації.

Зменшення часу блокування

Зменшення інтервалу між додаванням блоків прискорює обробку транзакцій. Тим не менш, менший час блокування може збільшити кількість блокувань, що втратили доступ, і поставити під загрозу безпеку.

Рішення 2 шару

Протоколи поза ланцюгом, такі як Lightning Network Bitcoin і Plasma Ethereum, забезпечують швидші транзакції, обробляючи їх поза основним блокчейном. Ці рішення покращують масштабованість, але вносять складність і міркування безпеки.

Шардинг

Поділ блокчейну на менші сегменти, здатні самостійно обробляти транзакції, може значно збільшити пропускну здатність мережі. Однак шардинг ускладнює та підвищує безпеку.

Висновок

Перевантаження мережі блокчейну є критичною проблемою, яка виникає, коли кількість транзакцій перевищує пропускну здатність мережі блокчейн. Ця перевантаженість може призвести до затримки підтвердження транзакцій, підвищення комісії за транзакції та погіршення взаємодії з користувачем, що потенційно перешкоджає прийняттю та зручності використання мереж блокчейн.

Вивчаються та впроваджуються різні рішення, щоб зменшити цю перевантаженість. До них відносяться збільшення розміру блоку, скорочення часу блокування, впровадження рішень рівня 2 і вивчення шардингу. Кожне з цих рішень має свої переваги та проблеми, і вибір рішення залежить від конкретних вимог та обмежень мережі блокчейн.

Хоча перевантаженість мережі блокчейну створює значні проблеми, вона також сприяє інноваціям у просторі блокчейну. У міру розвитку технології та розробки більш ефективних рішень ми очікуємо, що блокчейн-мережі стануть більш масштабованими та ефективними, що ще більше підвищить їхній потенціал для революції в різних секторах нашої економіки.