Top 10 skaleringsløsninger til blockchain-netværk

Dapp-udviklere fortsætter med at skubbe grænserne for blockchain-teknologi gennem introduktionen af innovative skaleringsløsninger. Disse geniale skabere udnytter i dag enhver mulig metode for at sikre, at deres netværk kan håndtere presset og trængslen i den moderne digitale økonomi. At holde din blockchain skalerbar er ingen nem opgave, når du har milliarder af transaktioner i gang.

De forskellige tilgange

Metoder til at sikre tilstrækkelig skalering er varierede i deres natur, fra at finjustere kildekode til at stable én protokol oven på en anden.  Med dette i tankerne præsenterer vi de top 10 skaleringsløsninger til blockchain-netværk.

Nye konsensusmekanismer

Øverst på listen er introduktionen af nye konsensusmekanismer. Det er sjældent at se proof-of-work-blockchains som Bitcoin eller Ethereum V1. Disse systemer forbliver yderst sikre, men mangler ofte den ydeevne, som nutidens mest avancerede blockchains har. Disse muligheder fjerner PoW og minedrift og erstatter disse opgaver med staking-protokoller.

Staking-funktioner gør det muligt for brugere at låse deres tokens i netværkets tegnebøger for at sikre netværket. Denne proces er enkel og giver passiv indkomst til netværksbrugere uden behov for at købe dyre mining-rigs eller lære nye tekniske færdigheder som programmering. PoS-netværk er mere populære end nogensinde, fordi de ofte tilbyder bedre transaktionsgennemløb og kræver langt mindre energi at drive.

PoS-netværk fortsætter med at udvikle sig, og i dag er DPoS (Delegated Proof of Stake) netværk et populært valg for handlende. Disse systemer sænker staking-kravene ved at gøre det muligt for brugere at delegere deres tokens til dem, der staker. Denne tilgang forbedrer ydeevnen ved at reducere antallet af noder, der er nødvendige for at færdiggøre transaktioner. Bemærkelsesværdigt er det almindeligt, at disse systemer udnytter godkendte noder for at kompensere for den lavere decentralisering.

Lag 2-protokoller

Lag 2-løsninger er blandt de bedste måder at forbedre et netværks ydeevne på uden at ændre selve netværket. Det vigtigste at forstå om lag 2-løsninger er, at de er separate netværk, der er designet til at forbedre ydeevnen for andre blockchains. Protokoller som Lightning Network på Bitcoin og FUEL på Ethereum har hjulpet disse giganter med at forblive levedygtige muligheder.

De bedste lag 2-løsninger udnytter lag 1 til sikkerhed, mens de midlertidigt flytter beregning og transaktioner off-chain. Denne struktur reducerer hovednetværkets trængsel. Den mest almindelige type af lag 2-løsninger er sidechains og betalingskanaler.

Sidechains er designet til at køre parallelt med en lag 1-løsning. De håndterer typisk opgaver som udførelse af smarte kontrakter, mens valideringen overlades til lag 1-noderne. Betalingskanal-lag 1-løsninger som Lightning Network introducerer direkte porte, der tilbyder ubegrænsede lavpris-transaktioner, hvor dataene sendes til hovednetværket efter kanalen lukkes.

Ulempen ved lag 2-protokoller er, at mange reducerer decentraliseringen på grund af deres struktur. For eksempel reducerer Lightning Network Bitcoins decentralisering ved at bruge centraliserede kanaloperatører. Kanaloperatører kan tillade, at dine midler flyder gennem dem, hvilket er langt mere centraliseret end Bitcoin-hovednetværket.

Hard forks

Når et udviklingsfællesskab ikke kan beslutte, hvordan ydeevnen skal forbedres, kan det nogle gange føre til en hard fork. En hard fork er en fuldstændig ændring af netværkets programmering, som kræver, at noder forlader det oprindelige netværk og downloader ny software for at begynde at kommunikere med et nyt netværk. Kravet om at stoppe minedrift på den gamle blockchain har gjort hard forks til en kontroversiel og ofte udfordrende proces for et blockchain-fællesskab.

En platform kan vælge at foretage en hard fork af mange årsager, herunder ydeevne, sikkerhed eller funktionalitet. Bemærkelsesværdigt var en af de mest berømte hard forks Bitcoin Cash-fiascoet. Bitcoin-fællesskabet gik i kamp om at ændre blokstørrelsen på 1 MB. Debatten blev så ophedet, at fællesskabet til sidst splittedes, hvor de, der var for en større blokstørrelse, skabte Bitcoin Cash, mens de, der var imod, forblev Bitcoin core.

Denne type af hard fork er blevet mindre hyppig, efterhånden som projekter har introduceret en række strategier for at forhindre sådanne kontroversielle splittelser. En af de vigtigste teknologier, der i dag bruges til at forhindre dette, er DAO (Decentralized Autonomous Organizations). Disse protokoller giver fællesskabet mulighed for at fremsætte forslag og stemme om, hvilke ændringer der skal implementeres.

ZK roll-ups

ZK-teknologi gør det muligt for brugere at verificere ejerskab af visse aktiver eller information uden at afsløre deres identitet eller yderligere detaljer om den ejede genstand eller konto. Zero Knowledge, protokollens navn, refererer til dens ekstra privatlivskontroller. Udtrykket roll-up refererer til, hvordan denne protokol kombinerer transaktionsdata i en enkelt blok.

Denne manøvre reducerer trængslen på mainnet betydeligt. Hovedfordelen ved ZK-roll-ups er øget skalerbarhed uden at gå på kompromis med sikkerhed eller decentralisering. ZK-roll-up-udstyrede skaleringsløsninger leverer kun en minimal mængde data til hovedkæden for blot at sikre gyldighed og ægthed.

Speciale smarte kontrakter har til opgave at rulle dataene sammen. De oprindelige ZK roll-up-netværk sendte meget komprimeret data til mainnet. Denne type roll-up holder beregninger på lag 2-netværket, hvilket muliggør højere ydeevne uden at gå på kompromis med sikkerheden. Desuden har denne tilgang vist sig at være en fremragende måde at øge gennemløbet ved brug af lag 2-løsninger.

Optimistisk roll-up

En anden populær form for roll-up-teknologi, der bruges i dag, er optimistiske roll-ups. Disse systemer fungerer som deres forgængere, men de ruller dataene sammen under antagelse af, at informationen er korrekt. Herefter er der en periode, hvor enhver node kan udfordre dataene i blokken.

Optimistiske roll-ups giver nogle store fordele på grund af deres hurtigere skalerbarhed og kapaciteter. De kan også håndtere avancerede beregninger af smarte kontrakter. Til sammenligning er traditionelle roll-ups begrænset til grundlæggende funktionalitet for smarte kontrakter. I øjeblikket er Optimism og Arbitrum de to førende skaleringsløsninger, der udnytter denne teknologi med stor effekt.

Sharding

Sharding er en populær metode til at forbedre skalerbarhed i forretningsdatabaser og har for nylig fundet anvendelse i blockchain-økonomien. Udtrykket sharding blev opfundet af Google for at beskrive deres Big Table-produktstruktur og -funktioner. Sharding refererer til at opdele databaser i mindre størrelser og gemme information på flere steder.

Den bedste analogi til at forklare, hvordan dette fungerer, er at forestille sig et spejl, der er brudt i skår. Hver skår gemmes på en separat server, hvilket forbedrer skalerbarheden ved at muliggøre, at beregninger og data kan operere og skalere lineært. Denne løsning har hjulpet med at løse problemet med stadigt voksende databaser og den ekstra tid, det tager at behandle dem.

Sharded netværk kan beregne applikationer parallelt, hvilket gør dem meget hurtigere end enkeltberegningsmuligheder. Flere blockchains bruger i øjeblikket denne teknologi. Den største ulempe ved sharding er afhængigheden af yderligere off-chain-ressourcer for at vedligeholde netværket.

Segregated Witness (SegWit)

Konceptet med at bruge Segwit til at skalere Bitcoin kom på markedet i 2015. Skaleringsløsningen blev introduceret af Blockstream og fik stor støtte fra Bitcoin Core. Segwit (Segregated Witness) fungerer ved midlertidigt at adskille signaturdata fra valideringsdata for hver transaktion, før den tilføjes i slutningen af transaktionen.

Bemærkelsesværdigt gør denne manøvre det muligt for blockchainen at fokusere beregningsindsatsen, mens de fjernede data forbliver adskilt, indtil de igen er nødvendige efter beregningerne. Fjernelsen af signatur- eller vidne-data hjælper med at øge mængden af transaktionsdata, der kan sendes inden for blockchain-blokke.

Segwit-opgraderingen blev designet til at forbedre Proof-of-Work-netværk som Bitcoin. Opgraderingen gjorde også integrationen af Lightning Network mulig, hvilket yderligere reducerede Bitcoin-trængslen. I dag er Segwit en kerneprotokol for Bitcoin-brugere globalt. Interessant nok har den ekstra plads, som opgraderingen skabte, ført til ny funktionalitet for Bitcoin i form af BRC-20 tokens.

Modulært design

Fremtiden for blockchain kan være modulær. For at forstå, hvorfor modulære blockchains er så vigtige, skal du forstå forskellen mellem monolitiske netværk og modulære. En monolitisk blockchain er dit traditionelle netværk, der forsøger at håndtere alle hovedopgaver på ét netværk.

Disse opgaver inkluderer validering, beregninger, data-tilgængelighed, udførelse af smarte kontrakter og konsensus. Denne struktur betyder, at enkelte noder typisk håndterer flere opgaver såsom validering og udførelse af smarte kontrakter. Kravet om, at hver node skal validere og udføre, skader ydeevnen i monolitiske netværk.

Modulær skalering

Modulære blockchains forbedrer ydeevnen ved at fjerne en af disse beregninger fra hovednetværket. I de fleste netværk er det udførelsen af smarte kontrakter eller andre avancerede processer, der kan kræve betydelig kraft og tid. Man kan sige, at Ethereum var den allerførste, der forsøgte denne struktur, da den har et separat lag til udførelse af smarte kontrakter kaldet Ethereum Virtual Machine (EVM).

Bemærkelsesværdigt er der i øjeblikket flere modulære blockchains på markedet end monolitiske muligheder. Disse letoprettelige og yderst nyttige netværk vinder popularitet på grund af deres forbedrede onboarding-proces og ydeevne. En af de vigtigste fordele, som modulære blockchains udnytter, er brugen af standarder og let tilgængelige værktøjssæt.

I 2020 introducerede SKALE-netværket et modulært design til blockchain-strukturen. Det nye format muliggør større interoperabilitet og reducerer hindringer for Dapp-udvikleres onboarding. Udviklere fik mulighed for at implementere deres kreationer på flere kæder eller endda på undernetværk kaldet Skale chains og hubs. I dag er Skale stadig den førende modulære blockchain målt på brugervolumen.

Blokstørrelse

Der gik mange år, før lag 2-løsninger var tilgængelige. I denne periode var der stor debat om, hvordan en blockchain kunne forbedre ydeevnen. En af de mest populære muligheder var at øge blokstørrelsen. Blokstørrelsen refererer til den mængde data, som hver blok i blockchainen indeholder.

For eksempel har Bitcoin en blokstørrelse på 1 MB, hvilket gør det i stand til at håndtere omkring 7 transaktioner pr. sekund. Hvis den fordobles, vil netværket kunne opretholde 14 tps uden indførelsen af opgraderinger eller lag-2-løsninger. Interessant nok har debatten om Bitcoin-blokstørrelsen været et problem tidligere.

Konceptet med at øge blokstørrelsen førte til konstant vækst i disse funktioner. Selv Bitcoin Cash, som blev dannet gennem en hard fork fra Bitcoin som følge af en blokstørrelsesdebat, oplevede, at deres netværk blev hard forked for større blokstørrelser kun få måneder efter oprettelsen. Derudover reducerer større blokstørrelser antallet af personer, der har det nødvendige hardware til at deltage i netværket. Det er disse grunde, der har fået mange til at vende sig væk fra konstant at øge blokstørrelserne.

Rettet acyklisk graf (DAG)

En anden metode til at skalere netværk er at bruge DAG (rettet acyklisk graf) teknologi. Begrebet DAG refererer til en database, hvor i stedet for at de seneste transaktioner kommunikerer med den endelige bekræftede handling, kan alle transaktioner kommunikere. Denne tilgang betyder, at der ikke er cyklusser for validering. På denne måde kan du tænke på disse netværk mere som træer end kæder.

En grund til, at blockchain ville udnytte denne teknologi, er at reducere antallet af blokke, der ikke når ind i kæden. Disse blokke kaldes forældreløse blokke (orphans), og de kan reducere ydeevnen gennem trængsel. Bemærkelsesværdigt, at når du øger blokstørrelsen og -tiderne, skaber du utilsigtet flere forældreløse blokke.

DAG skaber et mere gunstigt miljø, der reducerer oprettelsen af forældreløse blokke, samtidig med at det muliggør større skalerbarhed. Da alle blokke kan referere til grafens spidser, kan minere referere til hele kæden i stedet for at skulle bevæge sig fra den sidste blok tilbage. Denne tilgang står i skarp kontrast til den oprindelige proof-of-work-struktur, men giver bedre ydeevne.

Hashgraph-netværk

Hashgraph-netværk er teknisk set ikke blockchains, men tilbyder de samme decentraliserede netværksbeskyttelser. Ligesom DAG-teknologi kommunikerer alle netværksnoder frit med hinanden i stedet for i kronologisk rækkefølge. I et hashgraph-netværk deler noder deres data med andre tilfældige noder som en måde at sikre, at alle deltagere får adgang til informationen.

Den største fordel ved denne type distribueret ledger er evnen til at skabe ordnede transaktioner ved hjælp af verificerbare tidsstempler uden at stole på tredjepartsprotokoller. Derudover tilbyder disse netværk flere privatlivskontroller til brugerne. I øjeblikket er Hedera det primære hashnetværk, der opererer i blockchain-sektoren.

Blockchains har brug for skalerbarhed for at overleve

Blockchain-udviklere i dag forstår vigtigheden af skalerbarhed. Disse udviklere skubber konstant grænserne for denne teknologi for at levere bedre ydeevne og funktioner. De ovenstående skaleringsløsninger er de mest populære, men ikke de eneste muligheder. Du kan forvente at se endnu mere geniale og kreative løsninger dukke op, efterhånden som blockchain-teknologi bliver mere udbredt.