Top 10 skaalausratkaisua lohkoketjuverkkoihin

Dapp-kehittäjät jatkavat lohkoketjuteknologian rajojen työntämistä innovatiivisten skaalausratkaisujen avulla. Nämä nerokkaat tekijät hyödyntävät kaikkia mahdollisia menetelmiä varmistaakseen, että verkot kestävät nykyisen digitaalitalouden paineen ja ruuhkat. Lohkoketjun skaalautuvuuden ylläpitäminen ei ole helppoa, kun tapahtuu miljardeja transaktioita.

The Varied Approaches

Erilaiset lähestymistavat
Methods to ensure sufficient scaling are varied in nature, from tweaking source codes to stacking one protocol atop another.  With that in mind, here are the top 10 scaling solutions for blockchain networks.

New Consensus Mechanisms

Listan kärjessä on uusien konsensusmekanismien käyttöönotto. On harvinaista nähdä proof-of-work -lohkoketjuja kuten Bitcoin tai Ethereum V1. Nämä järjestelmät pysyvät erittäin turvallisina, mutta usein niiltä puuttuu nykypäivän kehittyneimpien lohkoketjujen suorituskyky. Nämä vaihtoehdot poistavat PoW:n ja louhijat ja korvaavat ne staking-protokollalla.

Staking-ominaisuudet mahdollistavat käyttäjien lukita tokeninsa verkon lompakoihin verkon turvaamiseksi. Tämä prosessi on yksinkertainen ja tarjoaa passiivista tuloa verkon käyttäjille ilman, että tarvitsee ostaa kalliita louhintalaitteita tai oppia uusia teknisiä taitoja, kuten ohjelmointia. PoS-verkot ovat suosituimpia kuin koskaan, koska ne tarjoavat usein parempia transaktioita ja vaativat paljon vähemmän energiaa toimintaan.

PoS-verkot kehittyvät edelleen, ja nykyään DPoS (Delegated Proof of Stake) -verkot ovat suosittu vaihtoehto kauppiaiden harkittavaksi. Nämä järjestelmät alentavat staking-vaatimuksia mahdollistamalla käyttäjien delegoida tokeninsa stakeaaville. Tämä lähestymistapa parantaa suorituskykyä vähentämällä transaktioiden vahvistamiseen tarvittavien solmujen määrää. Huomionarvoista on, että näissä järjestelmissä hyödynnetään tarkistettuja solmuja tasapainottamaan alhaisempaa hajauttamista.

Layer 2 Protocols

Kerros 2 -ratkaisut ovat parhaista tavoista parantaa verkon suorituskykyä muuttamatta verkkoa suoraan. Keskeinen asia kerros 2 -ratkaisuista on, että ne ovat erillisiä verkkoja, jotka on suunniteltu parantamaan muiden lohkoketjujen suorituskykyä. Protokollat kuten Lightning Network Bitcoinissa ja FUEL Ethereumissa ovat auttaneet näitä jättiläisiä pysymään käyttökelpoisina vaihtoehtoina.

The best layer 2 solutions leverage layer 1 for security while migrating computation and transactions temporarily off-chain. This structure reduces main net congestion. The most common type of layer 2 solutions are sidechains and payment channels.

Sivuketjut on suunniteltu toimimaan rinnakkain kerros 1 -ratkaisun kanssa. Ne hoitavat yleensä tehtäviä kuten älykkäiden sopimusten suorittamista jättäen validoinnin kerros 1 -solmuille. Maksukanava-kerros 1 -ratkaisut kuten Lightning Network tarjoavat suoria portteja, jotka mahdollistavat rajattomat edulliset transaktiot, ja data lähetetään pääverkkoon kanavan sulkeuduttua.

The downside to layer 2 protocols is that many reduce decentralization due to their structure. For example, the Lightning Network reduces Bitcoin’s decentralization by using centralized channel operators. Channel operators can permit your funds to flow through them which is far more centralization than the Bitcoin mainnet.

Hard Forks

Kun kehitysyhteisö ei pysty päättämään, miten suorituskykyä parannetaan, se voi joskus johtaa kovaan haarautumaan. Kova haarautuma on täydellinen muutos verkon ohjelmoinnissa, mikä vaatii solmuja hylkäämään alkuperäisen verkon ja lataamaan uuden ohjelmiston aloittaakseen viestinnän uudessa verkossa. Vaade lopettaa vanhan lohkoketjun louhinta on tehnyt kovista haarautumista kiistanalaisia ja usein haastavia prosesseja lohkoketjuyhteisölle.

Alusta voi valita kovan haarautuman monista syistä, kuten suorituskyky, turvallisuus tai toiminnallisuus. Huomionarvoista on, että yksi kuuluisimmista kovista haarautumista oli Bitcoin Cash -fiasco. Bitcoin-yhteisö riiteli 1 MB lohkokoon muuttamisesta. Keskustelu kuumeni niin paljon, että yhteisö lopulta jakautui: ne, jotka kannattivat suurempaa lohkokokoa, loivat Bitcoin Cashin, ja ne, jotka vastustivat, pysyivät Bitcoin core -versiossa.

This style of the hard fork has become less frequent as projects have introduced a variety of strategies to prevent such controversial splits. One of the main techs in use to prevent this today is DAO (Decentralized Autonomous Organizations). These protocols allow the community to put forth proposals and vote on what changes to implement.

ZK roll-ups

ZK-teknologia mahdollistaa käyttäjien vahvistaa tiettyjen omaisuuserien tai tietojen omistuksen paljastamatta heidän henkilöllisyyttään tai lisätietoja omistetusta kohteesta tai tilistä. Zero Knowledge, protokollan nimi, viittaa sen lisättyihin tietosuojakontrolleihin. Termi roll-up puolestaan viittaa siihen, miten protokolla yhdistää transaktiodatan yhdeksi lohkoksi.

This maneuver reduces congestion on the mainnet considerably. The main advantage of ZK-rollups is added scalability without sacrificing security or decentralization. ZK-roll-up-equipped scaling solutions provide a minimal amount of data to the mainchain just to ensure validity and authenticity.

Special smart contracts are tasked with rolling up the data. The original ZK roll-up networks would send very compressed data to the mainnet. This style of roll-up keeps computations on the layer 2 network which enables higher performance without sacrificing security. Also, this approach has proven to be an excellent way to increase throughput using layer 2 solutions.

Optimistic Roll-up

Toinen suosittu roll-up -tekniikka, jota käytetään tänään, on optimistiset roll-upit. Nämä järjestelmät toimivat kuten edeltäjänsä, mutta ne roolaa datan olettaen, että tieto on oikea. Tämän jälkeen on aikajakso, jonka aikana mikä tahansa solmu voi haastaa lohkon datan.

Optimistic roll-ups offer some major advantages because of their faster scalability and capabilities. They can handle advanced smart contract computations as well. In comparison, traditional roll-ups are restricted to basic smart contract functionality. Currently, Optimism and Arbitrum are the two top scaling solutions leveraging this technology to great effect.

Sharding

Sharding on suosittu menetelmä liiketoimintatietokantojen skaalautuvuuden parantamiseen, ja se on äskettäin löytänyt paikkansa lohkoketjutaloudessa. Termi sharding luotiin Googlen toimesta kuvaamaan heidän Big Table -tuotteen rakennetta ja ominaisuuksia. Sharding viittaa tietokantojen jakamiseen pienempiin osiin ja tiedon tallentamiseen useisiin paikkoihin.

The best analogy to explain how this works is to think of a mirror broken into shards. Each shard is stored on a separate server which improves scalability by enabling computations and data to operate and scale linearly. This solution has helped to solve the problem of ever-growing databases and the added time it takes to queue them.

Sharded-verkot voivat suorittaa sovelluksia rinnakkain, mikä tekee niistä paljon nopeampia kuin yksittäiset laskentavaihtoehdot. Useat lohkoketjut käyttävät tätä teknologiaa tällä hetkellä. Shardingin suurin haittapuoli on riippuvuus lisäoff-chain -resursseista verkon ylläpitämiseksi.

Segregated Witness (SegWit)

Segwit:n käyttö Bitcoinin skaalaamiseen esiteltiin markkinoille vuonna 2015. Skaalausratkaisun esitteli Blockstream, ja se sai vahvan tuen Bitcoin Core -yhteisöltä. Segwit (Segregated Witness) toimii erottamalla jokaisen transaktion allekirjoitustiedon validointitiedosta tilapäisesti ennen kuin se lisätään transaktion loppuun.

Notably, this maneuver enables the blockchain to focus computational efforts while the removed data remains separated until it’s needed again after the computations. The signature or witness data removal helps to increase the amount of transactional data that can be sent within blockchain blocks.

The Segwit upgrade was designed to improve Proof-of-Work networks like Bitcoin. The upgrade also enabled the integration of the Lightning Network, which further reduced Bitcoin congestion. Today, Segwit is a core protocol for Bitcoiners globally. Interestingly, the added room created by the upgrade has led to new functionality for Bitcoin in the form of BRC-20 tokens.

Modular Design

Lohkoketjujen tulevaisuus voi olla modulaarinen. Ymmärtääksesi, miksi modulaariset lohkoketjut ovat niin tärkeitä, sinun on ymmärrettävä ero monoliittisten verkkojen ja modulaaristen välillä. Monoliittinen lohkoketju on perinteinen verkko, joka pyrkii hoitamaan kaikki päätehtävät yhdessä verkossa.

These tasks include validation, computations, data availability, smart contract execution, and consensus. This structure means that single nodes usually handle multiple tasks such as validation and smart contract executions. The requirement of each node to validate and execute hurts the performance of monolithic networks.

Modular Scaling

Modulaariset lohkoketjut parantavat suorituskykyä poistamalla yhden näistä laskennista pääverkosta. Useimmissa verkoissa kyseessä ovat älykkäiden sopimusten suoritukset tai muut kehittyneet prosessit, jotka kuluttavat merkittävää tehoa ja aikaa. Voidaan sanoa, että Ethereum oli ensimmäinen, joka yritti tätä rakennetta, sillä sillä on erillinen kerros älykkäiden sopimusten suorittamiseen, jota kutsutaan Ethereum Virtual Machine (EVM) -kerrokseksi.

Notably, there are more modular blockchains entering the market currently than monolithic options. These easy-to-create and highly useful networks are gaining popularity due to their improved onboarding process and performance. One of the main advantages that modular blockchains leverage is the use of standards and readily available toolsets.

In 2020, the SKALE network introduced a modular design to the blockchain structure. The new format enabled more interoperability and reduced roadblocks to Dapp developers onboarding. Developers gained the ability to deploy their creations on multiple chains or even on sub-networks called Skale chains and hubs. Today, Skale is still the main modular blockchain in terms of user volume.

Block size

Monia vuosia ennen kerros 2 -ratkaisujen saatavuutta käytiin paljon keskustelua siitä, miten lohkoketju voisi parantaa suorituskykyä. Yksi suosituimmista vaihtoehdoista oli lohkokoon kasvattaminen. Lohkon koko viittaa siihen datamäärään, jonka kukin lohkoketjun lohko sisältää.

For example, Bitcoin has a 1MB block size which enables it to handle around 7 transactions per second. If doubled, the network would be able to sustain 14 tps without the introduction of upgrades or second-layer solutions. Interestingly, the Bitcoin block size debate has been an issue in the past.

The concept of increasing block size led to constant growth in these features. Even Bitcoin Cash, which was formed from a hard fork from Bitcoin that stemmed from a block size debate, saw its network hard forked for larger block sizes only months after creation. Additionally, larger block sizes reduce the number of people who have the necessary hardware to participate in the network. It’s these reasons that have led many to turn away from constantly increasing block sizes.

Directed Acyclic Graph (DAG)

Toinen tapa skaalata verkkoja on käyttää DAG (suunnattu syklitön graafi) -teknologiaa. Termi DAG viittaa tietokantaan, jossa viimeisten transaktioiden sijaan kaikki transaktiot voivat kommunikoida keskenään. Tämä lähestymistapa tarkoittaa, ettei validoinnissa ole syklejä. Näin näitä verkkoja voi ajatella enemmän puina kuin ketjuina.

A reason why blockchain would leverage this technology is to reduce the number of blocks that don’t make it to the chain. These blocks are called orphans, and they can reduce performance through congestion. Notably, as you increase the block size and times, you inadvertently create more orphans.

DAG luo suotuisamman ympäristön, joka vähentää orpojen lohkojen syntyä samalla mahdollistaen paremman skaalautuvuuden. Koska kaikki lohkot voivat viitata graafin kärkiin, louhijat voivat viitata koko ketjuun sen sijaan, että heidän täytyisi edetä viimeisestä lohkosta taaksepäin. Tämä lähestymistapa on selkeästi ristiriidassa alkuperäisen proof-of-work -rakenteen kanssa, mutta tarjoaa paremman suorituskyvyn.

Hashgraph Networks

Hashgraph-verkot eivät teknisesti ole lohkoketjuja, mutta tarjoavat samat hajautetut verkon suojaukset. DAG-teknologiaa muistuttaen kaikki verkon solmut kommunikoivat vapaasti keskenään sen sijaan, että ne toimisivat kronologisessa järjestyksessä. Hashgraph-verkossa solmut jakavat dataansa satunnaisten muiden solmujen kanssa varmistaakseen, että kaikki osallistujat saavat tiedon.

The main advantage of this style of distributed ledger is the ability to create ordered transactions using verifiable timestamps without relying on third-party protocols. Additionally, these networks offer more privacy controls to users. Currently, Hedera is the main hash network operating in the blockchain sector.

Blockchains Need Scalability to Survive

Lohkoketjujen kehittäjät ymmärtävät tänään skaalautuvuuden tärkeyden. Nämä kehittäjät työntävät jatkuvasti teknologian rajoja tarjotakseen paremman suorituskyvyn ja ominaisuuksia. Edellä mainitut skaalausratkaisut ovat suosituimpia, mutta eivät ainoita vaihtoehtoja. Voit odottaa, että yhä kekseliäämpiä ja luovempia ratkaisuja syntyy, kun lohkoketjuteknologia jatkaa siirtymistään massamarkkinoille.