Top 10 schaaloplossingen voor blockchainnetwerken

Dapp-ontwikkelaars blijven de grenzen van blockchaintechnologie verleggen door de introductie van innovatieve schaaloplossingen. Deze geniale ontwikkelaars maken tegenwoordig gebruik van elke mogelijke methode om ervoor te zorgen dat hun netwerken de druk en congestie van de digitale economie van vandaag aankunnen. Het schaalbaar houden van je blockchain is geen gemakkelijke taak wanneer er miljarden transacties plaatsvinden.

De verschillende benaderingen

Methoden om voldoende schaalbaarheid te garanderen variëren in aard, van het aanpassen van broncode tot het stapelen van het ene protocol boven het andere.  Met dat in gedachten, zijn hier de top 10 schaaloplossingen voor blockchainnetwerken.

Nieuwe consensusmechanismen

Bovenaan de lijst staat de introductie van nieuwe consensusmechanismen. Het is zeldzaam om proof-of-work blockchains zoals Bitcoin of Ethereum V1 te zien. Deze systemen blijven zeer veilig, maar missen vaak de prestaties van de meest geavanceerde blockchains van vandaag. Deze opties doen af met PoW en miners en vervangen deze taken door staking-protocollen.

Staking-functies stellen gebruikers in staat hun tokens in netwerkportefeuilles te vergrendelen om het netwerk te beveiligen. Dit proces is eenvoudig en biedt passief inkomen aan netwerkgebruikers zonder dat ze dure mining-rigs hoeven aan te schaffen of nieuwe technische vaardigheden zoals programmeren moeten leren. PoS-netwerken zijn populairder dan ooit omdat ze vaak betere transacties bieden en veel minder energie verbruiken.

PoS-netwerken blijven zich ontwikkelen, en tegenwoordig zijn DPoS (Delegated Proof of Stake) netwerken een populaire optie voor handelaren om te overwegen. Deze systemen verlagen de staking-eisen door gebruikers hun tokens te laten delegeren aan degenen die staken. Deze aanpak verbetert de prestaties door het aantal knooppunten dat nodig is om transacties af te ronden te verminderen. Het is opvallend dat deze systemen vaak gebruikmaken van geverifieerde knooppunten om de lagere decentralisatie te compenseren.

Layer 2-protocollen

Layer 2-oplossingen behoren tot de beste manieren om de prestaties van een netwerk te verbeteren zonder het netwerk direct te wijzigen. Het belangrijkste om te begrijpen over layer 2-oplossingen is dat het afzonderlijke netwerken zijn die zijn ontworpen om de prestaties van andere blockchains te verbeteren. Protocollen zoals het Lightning Network op Bitcoin en FUEL op Ethereum hebben deze giganten geholpen om levensvatbare opties te blijven.
De beste layer 2-oplossingen benutten layer 1 voor beveiliging terwijl ze berekeningen en transacties tijdelijk off-chain verplaatsen. Deze structuur vermindert congestie op het hoofdnetwerk. Het meest voorkomende type layer 2-oplossingen zijn sidechains en betalingskanalen.

Sidechains zijn ontworpen om parallel te draaien aan een layer 1-oplossing. Ze behandelen meestal taken zoals de uitvoering van slimme contracten, terwijl de validatie bij de layer 1-knooppunten blijft. Betalingskanaal layer 1-oplossingen zoals het Lightning Network introduceren directe gateways die onbeperkte, goedkope transacties bieden, waarbij de gegevens na het sluiten van het kanaal naar het hoofdnetwerk worden gepost.
Het nadeel van layer 2-protocollen is dat velen de decentralisatie verminderen vanwege hun structuur. Bijvoorbeeld, het Lightning Network vermindert de decentralisatie van Bitcoin door gebruik te maken van gecentraliseerde kanaaloperators. Kanaaloperators kunnen toestaan dat jouw fondsen via hen stromen, wat veel meer centralisatie betekent dan het Bitcoin-hoofdnetwerk.

Hard forks

Wanneer een ontwikkelingsgemeenschap niet kan beslissen hoe de prestaties te verbeteren, kan dit soms leiden tot een hard fork. Een hard fork is een volledige wijziging in de netwerkprogrammering die vereist dat knooppunten het oorspronkelijke netwerk verlaten en nieuwe software downloaden om met een nieuw netwerk te communiceren. De vereiste om te stoppen met het minen van de oude blockchain heeft hard forks tot een controversieel en vaak uitdagend proces voor een blockchain-gemeenschap gemaakt.

Bron: coinwarz.com

Een platform kan om verschillende redenen hard forken, waaronder prestaties, beveiliging of functionaliteit. Opmerkelijk is dat een van de beroemdste hard forks het Bitcoin Cash-fiasco was. De Bitcoin-gemeenschap ging in strijd over het wijzigen van de blokgrootte van 1 MB. Het debat werd zo heet dat de gemeenschap uiteindelijk splitste: degenen die voor een grotere blokgrootte waren creëerden Bitcoin Cash en degenen die het afwezen bleven bij Bitcoin core.
Dit type hard fork komt minder vaak voor nu projecten verschillende strategieën hebben geïntroduceerd om dergelijke controversiële splitsingen te voorkomen. Een van de belangrijkste technologieën die tegenwoordig wordt gebruikt om dit te voorkomen, is DAO (Decentralized Autonomous Organizations). Deze protocollen stellen de gemeenschap in staat voorstellen in te dienen en te stemmen over welke wijzigingen moeten worden doorgevoerd.

ZK roll-ups

ZK-technologie stelt gebruikers in staat eigendom van bepaalde activa of informatie te verifiëren zonder hun identiteit of verdere details over het bezit te onthullen. Zero Knowledge, de naam van het protocol, verwijst naar de toegevoegde privacycontroles. De term roll-up verwijst naar hoe dit protocol transactiegegevens combineert tot één blok.

Deze manoeuvre vermindert de congestie op het mainnet aanzienlijk. Het belangrijkste voordeel van ZK-roll-ups is toegevoegde schaalbaarheid zonder concessies te doen aan veiligheid of decentralisatie. ZK-roll-up-uitgeruste schaaloplossingen leveren een minimale hoeveelheid data aan de mainchain, alleen om de geldigheid en authenticiteit te waarborgen.

Speciale slimme contracten hebben de taak de data op te rollen. De oorspronkelijke ZK roll-up netwerken stuurden zeer gecomprimeerde data naar het mainnet. Deze stijl van roll-up houdt berekeningen op het layer 2-netwerk, wat hogere prestaties mogelijk maakt zonder de veiligheid op te offeren. Bovendien heeft deze aanpak bewezen een uitstekende manier te zijn om de doorvoersnelheid te verhogen met behulp van layer 2-oplossingen.

Optimistische roll-up

Een andere populaire vorm van roll-up-technologie die vandaag wordt gebruikt, zijn optimistische roll-ups. Deze systemen functioneren zoals hun voorgangers, behalve dat ze de data oprollen met de veronderstelling dat de informatie correct is. Daarna volgt een periode waarin elk knooppunt de data in het blok kan betwisten.
Optimistische roll-ups bieden enkele grote voordelen dankzij hun snellere schaalbaarheid en mogelijkheden. Ze kunnen ook geavanceerde berekeningen van slimme contracten aan. In vergelijking zijn traditionele roll-ups beperkt tot basisfunctionaliteit van slimme contracten. Momenteel zijn Optimism en Arbitrum de twee toonaangevende schaaloplossingen die deze technologie met groot effect benutten.

Sharding

Sharding is een populaire methode om de schaalbaarheid van zakelijke databases te verbeteren en heeft recent een plaats gevonden in de blockchain-economie. De term sharding werd door Google gecreëerd om hun Big Table-productstructuur en -functies te beschrijven. Sharding verwijst naar het opsplitsen van databases in kleinere delen en het opslaan van informatie op meerdere locaties.

De beste analogie om uit te leggen hoe dit werkt, is een spiegel die in scherven is gebroken. Elke scherven wordt opgeslagen op een aparte server, wat de schaalbaarheid verbetert doordat berekeningen en data lineair kunnen opereren en opschalen. Deze oplossing heeft geholpen het probleem van steeds groter wordende databases en de extra tijd die nodig is om ze in de wachtrij te plaatsen, op te lossen.

Sharded netwerken kunnen applicaties parallel berekenen, waardoor het veel sneller is dan enkelvoudige rekenopties. Momenteel gebruiken meerdere blockchains deze technologie. Het belangrijkste nadeel van sharding is de afhankelijkheid van extra off-chain resources om het netwerk te onderhouden.

Segregated Witness (SegWit)

Het concept om Segwit te gebruiken om Bitcoin te schalen kwam in 2015 op de markt. De schaaloplossing werd geïntroduceerd door Blockstream en kreeg sterke steun van Bitcoin Core. Segwit (Segregated Witness) werkt door de handtekeninggegevens tijdelijk te scheiden van de validatiegegevens van elke transactie, voordat ze aan het einde van de transactie worden toegevoegd.

Opmerkelijk is dat deze manoeuvre de blockchain in staat stelt de rekencapaciteit te focussen terwijl de verwijderde gegevens gescheiden blijven totdat ze na de berekeningen weer nodig zijn. Het verwijderen van handtekening- of witness-gegevens helpt de hoeveelheid transactiegegevens die binnen blockchainblokken kunnen worden verzonden te vergroten.

De Segwit-upgrade is ontworpen om Proof-of-Work-netwerken zoals Bitcoin te verbeteren. De upgrade maakte ook de integratie van het Lightning Network mogelijk, wat de congestie van Bitcoin verder verminderde. Vandaag is Segwit een kernprotocol voor Bitcoin-gebruikers wereldwijd. Interessant is dat de extra ruimte die door de upgrade is gecreëerd, heeft geleid tot nieuwe functionaliteit voor Bitcoin in de vorm van BRC-20 tokens.

Modulair ontwerp

De toekomst van blockchain kan modulair zijn. Om te begrijpen waarom modulaire blockchains zo belangrijk zijn, moet je het verschil tussen monolithische netwerken en modulaire netwerken begrijpen. Een monolithische blockchain is je traditionele netwerk dat alle hoofd taken op één enkel netwerk probeert af te handelen.
Deze taken omvatten validatie, berekeningen, data beschikbaarheid, uitvoering van slimme contracten en consensus. Deze structuur betekent dat individuele knooppunten meestal meerdere taken uitvoeren, zoals validatie en uitvoering van slimme contracten. De eis dat elk knooppunt moet valideren en uitvoeren schaadt de prestaties van monolithische netwerken.

Modulaire schaalvergroting

Modulaire blockchains verbeteren de prestaties door een van deze berekeningen van het hoofdnetwerk te verwijderen. In de meeste netwerken zijn het de uitvoering van slimme contracten of andere geavanceerde processen die veel energie en tijd vergen. Men kan stellen dat Ethereum de eerste was die deze structuur probeerde, aangezien het een aparte laag heeft voor de uitvoering van slimme contracten, de Ethereum Virtual Machine (EVM).

Opmerkelijk is dat er momenteel meer modulaire blockchains de markt betreden dan monolithische opties. Deze gemakkelijk te creëren en zeer bruikbare netwerken winnen aan populariteit vanwege hun verbeterde onboarding-proces en prestaties. Een van de belangrijkste voordelen die modulaire blockchains benutten, is het gebruik van standaarden en direct beschikbare toolsets.

In 2020 introduceerde het SKALE-netwerk een modulair ontwerp voor de blockchain-structuur. Het nieuwe formaat maakte meer interoperabiliteit mogelijk en verminderde obstakels voor de onboarding van Dapp-ontwikkelaars. Ontwikkelaars kregen de mogelijkheid hun creaties op meerdere ketens of zelfs op sub-netwerken, Skale-chains en hubs, te implementeren. Vandaag is Skale nog steeds de belangrijkste modulaire blockchain qua gebruikersvolume.

Blokgrootte

Er waren vele jaren voordat layer 2-oplossingen beschikbaar waren. In die tijd was er veel debat over hoe een blockchain de prestaties kon verbeteren. Een van de populairste opties was het vergroten van de blokgrootte. De blokgrootte verwijst naar de hoeveelheid data die elk blok in de blockchain bevat.

Bijvoorbeeld, Bitcoin heeft een blokgrootte van 1 MB, waardoor het ongeveer 7 transacties per seconde kan verwerken. Als deze wordt verdubbeld, zou het netwerk 14 tps kunnen aanhouden zonder upgrades of second-layer oplossingen. Interessant is dat het debat over de Bitcoin-blokgrootte in het verleden een probleem was.

Het concept van het vergroten van de blokgrootte leidde tot constante groei van deze kenmerken. Zelfs Bitcoin Cash, dat voortkwam uit een hard fork van Bitcoin die voortkwam uit een blokgrootte-debat, zag zijn netwerk slechts enkele maanden na de creatie hard forken voor grotere blokgroottes. Bovendien verminderen grotere blokgroottes het aantal mensen dat de benodigde hardware heeft om aan het netwerk deel te nemen. Deze redenen hebben ertoe geleid dat velen zich afkeren van het voortdurend vergroten van blokgroottes.

Directed Acyclic Graph (DAG)

Een andere methode om netwerken te schalen is het gebruik van DAG (directed acyclic graph) technologie. De term DAG verwijst naar een database waarbij, in plaats van dat alleen de laatste transacties communiceren met de definitieve bevestigde actie, alle transacties kunnen communiceren. Deze aanpak betekent dat er geen cycli zijn voor validatie. Op deze manier kun je deze netwerken meer zien als bomen dan als ketens.

Een reden waarom blockchain deze technologie zou benutten, is om het aantal blokken dat niet in de keten terechtkomt te verminderen. Deze blokken worden orphans genoemd en kunnen de prestaties door congestie verminderen. Opmerkelijk is dat wanneer je de blokgrootte en -tijden vergroot, je per ongeluk meer orphans creëert.

DAG creëert een gunstigere omgeving die de creatie van orphans vermindert terwijl het meer schaalbaarheid mogelijk maakt. Omdat alle blokken kunnen verwijzen naar de toppen van de graaf, kunnen miners de volledige keten refereren in plaats van terug te moeten gaan vanaf het laatste blok. Deze aanpak staat in sterk contrast met de oorspronkelijke proof-of-work-structuur, maar biedt meer prestaties.

Hashgraph-netwerken

Hashgraph-netwerken zijn technisch gezien geen blockchains, maar bieden dezelfde gedecentraliseerde netwerkbescherming. Net als bij DAG-technologie communiceren alle knooppunten in het netwerk vrij met elkaar in plaats van in chronologische volgorde. In een hashgraph-netwerk delen knooppunten hun data met andere willekeurige knooppunten om ervoor te zorgen dat alle deelnemers toegang krijgen tot de informatie.
Het belangrijkste voordeel van deze stijl van gedistribueerde grootboek is de mogelijkheid om geordende transacties te creëren met verifieerbare tijdstempels zonder afhankelijk te zijn van derde-partij protocollen. Bovendien bieden deze netwerken meer privacycontroles aan gebruikers. Momenteel is Hedera het belangrijkste hashnetwerk dat actief is in de blockchainsector.

Blockchains hebben schaalbaarheid nodig om te overleven

Blockchain-ontwikkelaars begrijpen tegenwoordig het belang van schaalbaarheid. Deze ontwikkelaars blijven de grenzen van deze technologie verleggen om betere prestaties en functies te bieden. De bovenstaande schaaloplossingen zijn de populairste, maar niet de enige opties. Je kunt verwachten dat er nog meer geniale en creatieve oplossingen opduiken naarmate blockchain-technologie steeds meer mainstream wordt.