Was ist das Expansionsproblem von Blockchain? Was sind die aktuellen Lösungen?

Das Expansionsproblem der Blockchain bezieht sich auf die Herausforderung, die Technologie zu skalieren, um eine größere Anzahl von Transaktionen pro Sekunde (TPS) zu verarbeiten und gleichzeitig ihre dezentrale Art und Sicherheit beizubehalten. Als Blockchain -Technologie, insbesondere Bitcoin und Ethereum, wurde die Nachfrage nach einer schnelleren und effizienteren Transaktionsverarbeitung erhöht. In diesem Artikel wird das Expansionsproblem von Blockchain untersucht und die aktuellen Lösungen erörtert, die implementiert werden, um sie zu beheben.

Das Expansionsproblem verstehen

Das Expansionsproblem in der Blockchain -Technologie dreht sich hauptsächlich um zwei Schlüsselaspekte: Transaktionsdurchsatz und Blockgröße. Traditionelle Blockchains wie Bitcoin und Ethereum haben Einschränkungen bei der Anzahl der Transaktionen, die sie pro Sekunde verarbeiten können. Zum Beispiel kann Bitcoin etwa 7 tps verarbeiten, während Ethereum ungefähr 30 TPS verarbeitet. Diese Zahlen verblassen im Vergleich zu traditionellen Finanzsystemen wie Visa, die Zehntausende von Transaktionen pro Sekunde verarbeiten können.

Der Hauptgrund für diese Einschränkungen ist der Konsensmechanismus, der von den meisten Blockchains verwendet wird. Bitcoin verwendet den Nachweis der Arbeit (POW), wodurch Bergarbeiter komplexe mathematische Probleme lösen müssen, um Transaktionen zu validieren und der Blockchain hinzuzufügen. Dieser Prozess ist von Natur aus langsam und energieintensiv und führt zu einem niedrigeren Transaktionsdurchsatz.

Aktuelle Lösungen für das Expansionsproblem

Es wurden mehrere Lösungen vorgeschlagen und implementiert, um das Expansionsproblem von Blockchain zu lösen. Diese Lösungen können weitgehend in Skalierungsmethoden für Onketten und Ketten eingeteilt werden.

Skalierungslösungen für Ketten

Skaling-Lösungen für On-Chains konzentrieren sich auf die Modifizierung des Blockchain-Protokolls selbst, um den Transaktionsdurchsatz zu erhöhen. Einer der häufigsten Ansätze ist die Erhöhung der Blockgröße. Bitcoin Cash, eine Gabel von Bitcoin, erhöhte seine Blockgröße auf 32 MB von Bitcoin von 1 MB auf 32 MB, sodass in jedem Block mehr Transaktionen verarbeitet werden können.

Eine weitere On-Chain-Lösung ist das Sharding . Bei Sharding wird die Blockchain in kleinere Stücke oder Scherben unterteilt, die jeweils in der Lage sind, ihre eigenen Transaktionen zu verarbeiten. Ethereum arbeitet aktiv an der Umsetzung von Sharding, um seine Skalierbarkeit zu erhöhen. Durch die gleichzeitige Verarbeitung mehrerer Scherben, um Transaktionen gleichzeitig zu verarbeiten, kann der Gesamttransaktionsdurchsatz des Netzwerks erheblich verbessert werden.

Scaling-Lösungen außerhalb des Ketten

Scaling-Lösungen außerhalb der Kette zielen darauf ab, Transaktionen außerhalb der Hauptblockchain zu verarbeiten und so die Last im Netzwerk zu verringern. Eine der beliebtesten Off-Chain-Lösungen ist das Lightning-Netzwerk, das für Bitcoin entwickelt wurde. Das Lightning-Netzwerk erstellt Zahlungskanäle zwischen den Benutzern, sodass sie mehrere Transaktionen außerhalb des Kettens durchführen und nur den endgültigen Saldo auf der Blockchain festlegen können. Dies reduziert die Anzahl der Transaktionen, die auf der Hauptblockchain verarbeitet werden müssen, erheblich, wodurch die Gesamtskalierbarkeit erhöht werden muss.

Eine weitere Off-Chain-Lösung sind Sidechains . Sidechains sind separate Blockchains, die an die Hauptblockchain eingebunden sind, sodass Vermögenswerte zwischen ihnen übertragen werden können. Durch die Verarbeitung von Transaktionen auf Sidechains kann sich die Hauptblockchain auf die Aufrechterhaltung von Sicherheit und Konsens konzentrieren, während die Sidechains den Großteil des Transaktionsvolumens verarbeiten.

Schicht 2 Lösungen

Lösungen für Schicht 2 sind ein weiterer Ansatz für die Skalierung von Blockchain -Netzwerken. Diese Lösungen bauen auf der vorhandenen Blockchain (Schicht 1) auf, um ihre Skalierbarkeit zu verbessern, ohne das zugrunde liegende Protokoll zu verändern. Ein Beispiel für eine Layer -2 -Lösung sind Zustandskanäle , die dem Blitznetzwerk ähnlich sind, aber für mehr als nur Zahlungen verwendet werden können. Statuskanäle ermöglichen es Benutzern, mehrere Interaktionen außerhalb des Kettens durchzuführen und den endgültigen Status nur an die Blockchain zu übermitteln, wodurch die Last im Netzwerk reduziert wird.

Eine weitere Lösung für Schicht 2 ist Rollups . Rollups stapeln mehrere Transaktionen in eine einzelne Transaktion, die dann auf der Hauptblockchain verarbeitet wird. Es gibt zwei Arten von Rollups: optimistische Rollups und ZK-Rollups . Optimistische Rollups gehen davon aus, dass Transaktionen standardmäßig gültig sind und sie nur ausführen, wenn sie in Frage gestellt werden, während ZK-Rollups Null-Knowledge-Beweise verwenden, um Transaktionen außerhalb des Kettens zu validieren, bevor sie an die Blockchain gesendet werden.

Konsensmechanismus -Innovationen

Innovationen in Konsensmechanismen spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Behandlung des Expansionsproblems. Während der Nachweis der Arbeit (POW) der traditionelle Konsensmechanismus für Blockchains wie Bitcoin war, ist er von Natur aus langsam und energieintensiv. Infolgedessen wurden alternative Konsensmechanismen wie Proof of Stake (POS) und delegierter Beweis für den Einsatz (DPOS) entwickelt.

Ethereum zum Beispiel wechselt mit seinem Ethereum 2.0 -Upgrade von POW zu POS. POS ermöglicht es Validatoren, neue Blöcke basierend auf der Anzahl der Münzen zu erstellen, die sie innehaben, und sind bereit, als Sicherheiten zu „stecken“. Dieser Ansatz ist energieeffizienter und kann Transaktionen schneller als POW verarbeiten. DPOs, die von Blockchains wie EOS verwendet werden, ermöglichen es Token -Inhabern, für eine kleine Anzahl von Delegierten zu stimmen, die für die Validierung von Transaktionen und die Erstellung neuer Blöcke verantwortlich sind, wodurch die Skalierbarkeit weiter zunimmt.

Interoperabilität und Cross-Chain-Lösungen

Interoperabilität und Cross-Chain-Lösungen werden ebenfalls untersucht, um die Skalierbarkeit von Blockchain zu verbessern. Durch die Kommunikation und Übertragung verschiedener Blockchains zwischen ihnen kann die Gesamtkapazität des Blockchain -Ökosystems erhöht werden. Projekte wie Polkadot und Cosmos arbeiten daran, Netzwerke interoperabler Blockchains zu erstellen, die jeweils ihre eigenen Transaktionen verarbeiten und mit anderen kommunizieren können.

Polkadot verwendet beispielsweise eine Relaiskette, um mehrere Parachains zu verbinden, von denen jede für bestimmte Anwendungsfälle optimiert werden kann. Dies ermöglicht eine größere Skalierbarkeit und Flexibilität innerhalb des Netzwerks. Cosmos hingegen verwendet das IBC-Protokoll (Inter-Blockchain Communication), um verschiedene Blockchains sicher zu ermöglichen, Daten und Vermögenswerte sicher zu tauschen.

Häufig gestellte Fragen

F: Wie verbessert Sharding die Blockchain -Skalierbarkeit?

A: Sharding verbessert die Blockchain -Skalierbarkeit, indem das Netzwerk in kleinere, unabhängige Teile genannt wird, die als Shards bezeichnet werden. Jede Shard kann gleichzeitig ihre eigenen Transaktionen verarbeiten, sodass das Gesamtnetzwerk ein höheres Transaktionenvolumen pro Sekunde verarbeiten kann. Dieser Ansatz reduziert die Last einzelner Knoten und erhöht den Durchsatz der gesamten Blockchain.

F: Was sind die Hauptunterschiede zwischen optimistischen Rollups und ZK-Rollups?

A: Optimistische Rollups und ZK-Rollups sind beide Skalierungslösungen in Layer-2, aber sie arbeiten unterschiedlich. Optimistische Rollups gehen davon aus, dass Transaktionen standardmäßig gültig sind und sie nur ausführen, wenn sie in Frage gestellt werden, was zu längeren Bestätigungszeiten führen kann, aber weniger rechnerisch intensiv ist. ZK-Rollups hingegen verwenden Null-Knowledge-Beweise, um Transaktionen außerhalb des Kettens zu validieren, bevor sie an die Blockchain gesendet werden und schnellere Bestätigungszeiten anbieten, aber mehr Rechenleistung erfordern.

F: Kann die Blockgröße allein das Expansionsproblem der Blockchain lösen?

A: Die Erhöhung der Blockgröße kann dazu beitragen, den Transaktionsdurchsatz in gewissem Maße zu verbessern, ist jedoch keine vollständige Lösung für das Expansionsproblem. Größere Blöcke erfordern mehr Speicherung und Bandbreite, was zur Zentralisierung führen kann, da nur Knoten mit erheblichen Ressourcen am Netzwerk teilnehmen können. Darüber hinaus befassen sich größere Blöcke nicht mit den zugrunde liegenden Problemen mit Konsensmechanismen wie dem Nachweis der Arbeit, die die Skalierbarkeit weiterhin begrenzen können.

F: Wie funktioniert das Lightning -Netzwerk und wie hoch sind seine Vorteile?

A: Das Lightning-Netzwerk ist eine skalierende Lösung außerhalb des Kettens, die Zahlungskanäle zwischen Benutzern erstellt. Mit diesen Kanälen können Benutzer mehrere Transaktionen außerhalb des Kettens durchführen und nur den endgültigen Gleichgewicht auf der Blockchain abschließen. Die Vorteile des Blitznetzes umfassen eine schnellere Transaktionsverarbeitung, niedrigere Gebühren und eine erhöhte Skalierbarkeit, da die Anzahl der Transaktionen, die auf der Hauptblockchain verarbeitet werden müssen, verringert werden.