Wie geht Blockchain mit Skalierbarkeit um?

Blockchain -Skalierbarkeitsprobleme verstehen

Die Skalierbarkeit von Blockchain bezieht sich auf die Fähigkeit eines Netzwerks, ein zunehmendes Transaktionsvolumen zu verarbeiten, ohne Geschwindigkeit, Kosten oder Sicherheit zu beeinträchtigen. Da immer mehr Benutzer einem Blockchain -Netzwerk beitreten, wächst die Anzahl der Transaktionen, was zu einer Überlastung führt. Diese Stauung kann zu erhöhten Transaktionsgebühren und längeren Bestätigungszeiten führen. In Zeiten mit hoher Nachfrage hat das Bitcoin -Netzwerk beispielsweise eine Transaktionsverzögerung von mehreren Stunden erlebt, wobei die Gebühren stark stiegen. In ähnlicher Weise wurde das Ethereum -Netzwerk bei beliebten NFT -Münzveranstaltungen überstößt. Das Kernproblem liegt in der dezentralen Natur von Blockchains: Jeder Knoten muss jede Transaktion validieren und aufzeichnen, die den Durchsatz von Natur aus begrenzt.

Schicht 1 Lösungen: Verbesserung des Basisprotokolls

Lösungen in Schicht 1 umfassen das Modifizieren des Grundblockchain -Protokolls, um die Skalierbarkeit direkt zu verbessern. Eine herausragende Methode ist Sharding , die das Netzwerk in kleinere Partitionen aufteilt, die als Shards bezeichnet werden. Jedes Shard verarbeitet seine eigenen Transaktionen und intelligenten Verträge, wodurch die Last einzelner Knoten reduziert wird. Die Roadmap von Ethereum beinhaltet Sharding als wichtiges Upgrade , das die Transaktionskapazität erheblich erhöht. Ein weiterer Ansatz der Schicht 1 ist die Erhöhung der Blockgröße , die von Netzwerken wie Bitcoin Bargeld verwendet wird. Durch Erhöhen der Blockgröße von 1 MB auf 32 MB können mehr Transaktionen pro Block eingeschlossen werden. Größere Blöcke erfordern jedoch mehr Speicherung und Bandbreite, was den potenziell zentralisierenden Knotenbetrieb zentralisiert. Auch Upgrades des Konsensmechanismus spielen eine Rolle. Der Übergang von Ethereum vom Arbeitsnachweis (POW) zum Nachweis des Stake (POS) verringert den Energieverbrauch und ermöglicht eine schnellere Blockfinalität, was die Skalierbarkeit indirekt unterstützt.

Schicht 2 Lösungen: Aufbau auf der Basiskette

Lösungen für Schicht 2 arbeiten oben auf der vorhandenen Blockchain, um Transaktionen außerhalb des Kettens zu verarbeiten, und setzten dann die Ergebnisse wieder in der Hauptkette ab. Diese Lösungen behalten die Sicherheit bei und verbessert den Durchsatz drastisch. Eine weit verbreitete Layer -2 -Technologie ist das Blitznetz für Bitcoin. Es ermöglicht sofortige, kostengünstige Zahlungen, indem Zahlungskanäle zwischen Benutzern erstellt werden. Transaktionen innerhalb des Kanals werden erst dann an die Hauptkette übertragen, wenn der Kanal geschlossen ist. Ethereum verwendet Rollups als Primärschicht -2 -Strategie. Optimistische Rollups gehen davon aus, dass Transaktionen standardmäßig gültig sind, und überprüfen sie nur, wenn sie in Frage gestellt werden, während ZK-Rollups keine Wissensnachweise verwenden, um die Stapel von Transaktionen außerhalb des Kettens zu validieren, bevor sie in Ethereum veröffentlichen. Beide Methoden reduzieren die Anlastung der Onkette und ermöglichen es Ethereum, Tausende von Transaktionen pro Sekunde zu verarbeiten.

Zustandskanäle und Sidechains: Alternative Off-Chain-Modelle

Staatliche Kanäle und Sidechains bieten zusätzliche Wege zur Skalierbarkeit. Statuskanäle ermöglichen es den Teilnehmern, mehrere Interaktionen außerhalb des Kettens durchzuführen, wobei nur der endgültige Zustand auf der Blockchain aufgezeichnet wird. Dieses Modell wird in Projekten wie Raiden Network für Ethereum verwendet. Im Gegensatz zu Zahlungskanälen unterstützen staatliche Kanäle komplexe Smart -Vertrags -Interaktionen. Sidechains sind unabhängige Blockchains, die parallel zur Hauptkette laufen und über eine Zwei-Wege-Brücke verbunden sind. Sie verwenden ihre eigenen Konsensmechanismen und können Transaktionen schneller und billiger verarbeiten. Die Polygon -POS -Kette ist ein bemerkenswertes Beispiel, das es Entwicklern ermöglicht, skalierbare DApps aufzubauen und gleichzeitig die Kompatibilität mit Ethereum aufrechtzuerhalten. Sidechains bieten jedoch möglicherweise eine reduzierte Sicherheit im Vergleich zur Hauptkette, da sie sich auf ihre eigenen Validator -Sets verlassen.

Datenverfügbarkeit und Komprimierungstechniken

Die effiziente Datenbearbeitung ist für die Skalierbarkeit von entscheidender Bedeutung. Datenverfügbarkeit stellt sicher, dass alle Teilnehmer auf Transaktionsdaten zugreifen können, die zur Überprüfung der Kette erforderlich sind. Ohne sie könnten Off-Chain-Lösungen undurchsichtig oder verletzlich werden. Datenkomprimierungstechniken verringern die Größe der transaktionsspeicherten Transaktionsdaten on-Chain. Zum Beispiel führt EIP-4844 (Proto-Danksharding) Blobs ein-leichte Datencontainer, die Transaktionsdaten von der Hauptausführungsschicht abhalten, aber nach dem Konsens von Ethereum weiterhin gesichert sind. Auf diese Weise können Rollups billigere Daten veröffentlichen und die Gebühren senken. Spärliche Merkle -Bäume und Löschcodierung werden verwendet, um die Datenintegrität zu überprüfen, ohne den gesamten Datensatz herunterzuladen. Diese Innovationen ermöglichen einen höheren Durchsatz und erhalten gleichzeitig die Dezentralisierung und Sicherheit.

Optimierungen auf Netzwerkebene und Peer-to-Peer-Verbesserungen

Über Protokoll- und Schichtstrategien hinaus tragen Optimierungen auf Netzwerkebene zur Skalierbarkeit bei. Die Verbesserung des Klatschprotokolls verbessern die Art und Weise, wie Knoten Transaktionen und Blöcke im gesamten Netzwerk verbreiten. Eine schnellere Ausbreitung verringert die Wahrscheinlichkeit von Gabeln und erhöht den effektiven Durchsatz. Kompakte Block -Relay -Techniken wie BIP 152 in Bitcoin minimieren die Gebrauchsgebrauch der Bandbreite, indem nur Transaktionsbezeichner anstelle von vollständigen Daten gesendet werden und fehlende Teile aus Speicherpools rekonstruieren. Mit dem Knotenbeschnitten können Knoten alte Transaktionsdaten verwerfen und gleichzeitig neue Blöcke validieren, die Speicheranforderungen reduzieren und mehr Teilnehmer vollständige Knoten ausführen. Zusätzlich priorisieren Peer-Selektions-Algorithmen Verbindungen mit Knoten mit hoher Bandbreite und verbessert die Synchronisationsgeschwindigkeit und die Netzwerkresilienz.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen der Skalierung von Onkettern und Ketten? On-Chain-Skalierung modifiziert das Kernprotokoll der Blockchain-wie zunehmend die Blockgröße oder die Implementierung von Sharding-, um mehr Transaktionen direkt in der Hauptkette zu verarbeiten. Im Gegensatz dazu bewegt sich die Verarbeitung der Transaktion außerhalb der Hauptkette unter Verwendung von Lösungen wie Zustandskanälen , Rollups oder Sidechains und setzt dann das endgültige Ergebnis auf Kette ab. Off-Chain-Methoden reduzieren Staus und Gebühren und nutzen gleichzeitig die Sicherheit der Hauptkette.

Wie gewährleisten Rollups Sicherheit, während Transaktionen außerhalb des Kettens verarbeitet werden? Rollups behalten die Sicherheit durch, indem Transaktionsdaten oder -nachweise in die Hauptkette veröffentlicht werden. Optimistische Rollups verwenden einen betrügerischen Mechanismus: Jeder kann eine Transaktion innerhalb einer Streitperiode in Frage stellen, und wenn Betrug erkannt wird, wird der korrekte Zustand durchgesetzt. ZK-Rollups verwenden kryptografische Null-Wissen-Beweise, die die Gültigkeit einer Charge von Transaktionen mathematisch beweisen, bevor sie akzeptiert werden. Beide stützen sich auf den Konsens der Hauptkette für Endgültigkeit und Datenverfügbarkeit.

Kann Sharding -Kompromisse die Blockchain -Sicherheit beeinträchtigen? Sharding kann neue Angriffsvektoren einführen, z . Um dies zu mildern, verwenden Netzwerke eine zufällige Zuweisung von Validator und Kommunikationsprotokolle für Cross-Shards . Ethereum plant, überprüfbare Zufallsfunktionen (VRF) zu implementieren, um Validatoren zufällig den Scherben zuzuweisen, was es für Angreifer rechnerisch unmöglich macht, die Leistung in einem Shard zu konzentrieren.

Warum werden Sidechains als weniger sicher als Schicht 2 Rollups angesehen? Sidechains arbeiten mit unabhängigen Konsensmechanismen und Validator -Sätzen, was bedeutet, dass sie die Sicherheit der Hauptkette nicht erben. Wenn ein Sidechain weniger Validatoren hat, wird er anfälliger für 51% -Angriffe . Im Gegensatz dazu haben Layer 2 -Rollups nach Daten oder Beweisen an die Hauptkette, wodurch sich auf ihren robusten Konsens für Endgültigkeits- und Streitbeilegungen beruht und so stärkere Sicherheitsgarantien bietet.