Warum ist Blockchain -Skalierbarkeit ein Problem?

Blockchain -Skalierbarkeit verstehen

Die Skalierbarkeit von Blockchain bezieht sich auf die Fähigkeit eines Netzwerks, eine zunehmende Anzahl von Transaktionen zu verarbeiten, ohne die Leistung zu beeinträchtigen. Wenn Blockchains wie Bitcoin und Ethereum immer beliebter werden, steigt das Transaktionsvolumen, das sie verarbeiten müssen, dramatisch. Viele Blockchains wurden jedoch ursprünglich nicht so konzipiert, dass sie Tausende von Transaktionen pro Sekunde (TPS) unterstützen, was Engpässe erzeugt. Die Kernarchitektur der meisten dezentralen Ledgers beschränkt, wie schnell Daten validiert und zur Kette hinzugefügt werden können. Diese Einschränkung zeigt sich, wenn die Netzwerkverstärkung auftritt, was zu erhöhten Transaktionsgebühren und längeren Bestätigungszeiten führt.

Blockgröße und Blockzeitbeschränkungen

Einer der primären technischen Gründe der Blockchain -Skalierbarkeit ist problematisch in der Gestaltung der Blockgröße und der Blockzeit . In Bitcoin ist beispielsweise jeder Block auf 1 MB begrenzt (leicht mit Segwit erhöht) und ein neuer Block wird ungefähr alle 10 Minuten erzeugt. Dies bedeutet, dass das Netzwerk nur eine begrenzte Anzahl von Transaktionen pro Block verarbeiten kann. Wenn mehr Transaktionen eingereicht werden als möglich, stapfen sie sich an und warten auf den nächsten verfügbaren Block. Dieser Rückstand wirkt sich direkt auf die Benutzererfahrung aus. Ethereum verbesserte sich damit mit kürzeren Blockzeiten (ca. 12–14 Sekunden ) und einer dynamischen Blockgröße, sieht sich jedoch während des Spitzenbedarfs immer noch über eine Überlastung aus, z. B. bei NFT -Münzen oder Defi -Starts.

Dezentralisierung vs. Leistungsverkörperung

Eine grundlegende Herausforderung bei der Blockchain-Skalierbarkeit ist der Kompromiss zwischen Dezentralisierung und Leistung . Um die Dezentralisierung aufrechtzuerhalten, verlassen sich Blockchains auf eine große Anzahl von Knoten, die sich weltweit verbreiten, um Transaktionsdaten zu validieren und zu speichern. Wenn der Durchsatz erhöht wird - wie durch Erhöhung der Blockgröße oder die Reduzierung der Blockzeit - kann es den einzelnen Knoten schwieriger machen, Schritt zu halten. Größere Blöcke erfordern mehr Bandbreite und Speicher, die kleinere Teilnehmer vom Ausführen vollständiger Knoten ausschließen können. Dies zentralisiert die Kontrolle, und nur gut ausgestattete Unternehmen können sich die Infrastruktur leisten. Daher müssen die Maßstäbe die Geschwindigkeit mit dem Prinzip des verteilten Konsenses ausgleichen.

Einschränkungen des Konsensmechanismus

Der von einer Blockchain verwendete Konsensmechanismus beeinflusst die Skalierbarkeit erheblich. Der von Bitcoin verwendete Arbeitsnachweis (POW) ist von Natur aus langsam, da Bergarbeiter komplexe kryptografische Rätsel lösen müssen. Dieser Prozess verbraucht erhebliche Rechenleistung und -zeit und begrenzt den Transaktionsdurchsatz. Während der in Ethereum 2.0 implementierte Nachweis des Stakes (POS) den Energieverbrauch verringert und eine schnellere Endgültigkeit ermöglicht, steht er immer noch Herausforderungen bei der Erreichung von hohem TPS, ohne die Sicherheit oder Dezentralisierung zu beeinträchtigen. Auch in POS -Systemen müssen Validatoren kommunizieren und sich auf Blöcke einigen, die eine Latenz einführen. Alternative Konsensmodelle wie delegierte Nachweis des Stakes (DPOS) oder byzantinische Fehlertoleranz (BFT) -Varianten versuchen, die Geschwindigkeit zu verbessern, jedoch häufig auf Kosten einer verringerten Notenbeteiligung.

Schicht 1 gegen Schicht 2 Skalierungslösungen

Um die Skalierbarkeit zu beheben, haben Entwickler sowohl Lösungen der Schicht 1 als auch in Schicht 2 eingeführt. Schicht 1 bezieht sich auf Änderungen, die direkt am Basisblockchain -Protokoll vorgenommen wurden. Beispiele sind Sharding , bei denen die Datenbank in kleinere, überschaubare Stücke (Scherben) aufgeteilt wird, die jeweils ihre eigenen Transaktionen und intelligenten Verträge verarbeiten können. Das geplante Sharding -Upgrade von Ethereum zielt darauf ab, den Durchsatz zu erhöhen, indem die parallele Verarbeitung ermöglicht wird. Ein weiterer Ansatz der Schicht 1 ist die Steigerung der Blockgröße, obwohl dies die Zentralisierung der Zentralisierung besteht.

Lösungen für Schicht 2 arbeiten oben auf der vorhandenen Blockchain. Dazu gehören:

• Statuskanäle , in denen Benutzer mehrere Transaktionen außerhalb des Ketten durchführen und nur den endgültigen Zustand auf Ketten besiegen
• Rollups , die zahlreiche Transaktionen außerhalb des Kettens bündeln und einen kryptografischen Beweis für die Hauptkette veröffentlichen
• Sidechains , unabhängige Blockchains, die über eine Zwei-Wege-Brücke mit der Hauptkette verbunden sind

Optimistische Rollups und ZK-Rollups sind herausragende Beispiele, wobei ZK-Rollups durch Zero-Wissen-Beweise schnellere Endgüter bieten. Diese Lösungen reduzieren die Ankette erheblich und ermöglichen einen höheren Durchsatz und erben die Sicherheit der zugrunde liegenden Blockchain.

Netzwerküberlastung und Benutzererfahrung

Wenn eine Blockchain nicht effektiv skalieren kann, konfrontiert Benutzer reale Konsequenzen. In Zeiten mit hoher Nachfrage - wie die Kryptokittien im Jahr 2017 auf Ethereum oder schwerwiegende NFT -Abfälle - verursachen die NETwork -Überlastung Transaktionsgebühren (Gasgebühren) zum Anstieg. Was normalerweise ein paar Dollar kosten kann, kann auf Zehn oder sogar Hunderte von Dollar steigen. Dies macht kleine Transaktionen wirtschaftlich unrentabel und entmutigt den täglichen Gebrauch. Darüber hinaus können Verzögerungen bei Transaktionsbestätigungen Minuten oder sogar Stunden dauern und die Nützlichkeit von Blockchain für zeitkritische Anwendungen wie Zahlungen oder Spiele untergraben. Diese Usability -Probleme behindern die Mainstream -Einführung und enthüllen die Einschränkungen der aktuellen Infrastruktur.

Sicherheitsauswirkungen von Skalierungsversuchen

Bemühungen zur Skalierung von Blockchains können neue Sicherheitsrisiken einführen. Zum Beispiel kann die Verlängerung der Blockzeit zu stark die Rate der verwaisten Blöcke erhöhen (gültige Blöcke, die verworfen wurden, weil ein anderer Block zuerst akzeptiert wurde), wodurch die Netzwerkstabilität schwächer wird. Sharding führt zwar vielversprechend, führt die Komplexität in die Cross-Shard-Kommunikation ein und erhöht die Angriffsfläche. Wenn eine Shard kompromittiert wird, kann dies möglicherweise das gesamte Netzwerk beeinflussen. In ähnlicher Weise stützen sich die Lösungen für Schicht 2 für die Endgültigkeit auf die Hauptkette, aber wenn die Brücke zwischen Schichten schlecht gestaltet ist, wird sie zu einem einzelnen Ausfallpunkt . Mehrere hochkarätige Hacks haben sich mit kreuzkettiger Brücken gezielt, was zu Verlusten von Hunderten von Millionen Dollar führte.

Häufig gestellte Fragen

Die Skalierbarkeit bezieht sich auf die Fähigkeit einer Blockchain, im Laufe der Zeit einen erhöhten Nachfrage zu wachsen und zu umgehen, während der Durchsatz die tatsächliche Anzahl der pro Sekunde verarbeiteten Transaktionen misst. Ein Netzwerk hat möglicherweise einen hohen Durchsatz unter niedriger Belastung, fehlt jedoch keine Skalierbarkeit, wenn es die Leistung mit zunehmendem Gebrauch nicht aufrechterhalten kann.

Kann die Erhöhung der Blockgröße die Skalierbarkeit dauerhaft lösen? Nein. Während größere Blöcke mehr Transaktionen pro Block ermöglichen, erhöhen sie auch die Speicher- und Bandbreitenanforderungen für Knoten. Dies kann zu einer Zentralisierung führen, da nur mächtige Einheiten volle Knoten laufen können und die dezentrale Natur der Blockchain untergraben können.

Warum können nicht alle Blockchains Rollups zur Skalierung verwenden? Rollups erfordern intelligente Vertragsfunktionen und eine sichere Basisschicht, um Beweise zu veröffentlichen. Blockchains wie Bitcoin, die begrenzte Skriptfunktionen aufweisen, können komplexe Rollup -Systeme ohne signifikante Protokoll -Upgrades nicht nativ unterstützen.

Wie unterscheiden sich Sharding und Rollups im Ansatz? Sharding spaltet die Blockchain in Parallelketten (Scherben), die Transaktionen unabhängig verarbeiten und die Kapazität auf Ketten verbessern. Rollups verarbeiten Transaktionen außerhalb des Kettens und senden komprimierte Daten an die Hauptkette, wodurch die Last auf Ketten reduziert wird, ohne die Basisstruktur zu ändern.