ความสามารถในการปรับขนาดของบล็อกเชนชุดพิเศษ "Triple Paradox"
Pan Xizhi ฝ่ายวิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์ของ JD Zhilian Cloud
ข้อความ
Pan Xizhi ฝ่ายวิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์ของ JD Zhilian Cloud
ด้วยการกำเนิดของ Bitcoin เทคโนโลยีบล็อกเชนได้รับการยอมรับจากผู้คนจำนวนมากขึ้นในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา Blockchain ได้สร้างรากฐานของเครือข่ายคุณค่าในยุคของเศรษฐกิจดิจิทัล ในบรรดาประเด็นทางเทคนิค เช่น โมเดลทางเศรษฐกิจ กลไกที่สอดคล้องกัน และการเข้ารหัสที่อยู่เบื้องหลังเชนสาธารณะของบล็อกเชนนั้น มักจะมีปัญหา "ไตรเลมมา" (หรือที่เรียกว่าปัญหา "สามเหลี่ยมที่เป็นไปไม่ได้") ซึ่งยังคงร้อนแรงอย่างต่อเนื่อง blockchain ห่วงโซ่สาธารณะ คุณลักษณะสามประการของ "การกระจายอำนาจ" "ความปลอดภัย" และ "ความสามารถในการปรับขนาด" ไม่สามารถรวมกันได้ดี
"การกระจายอำนาจ" หมายความว่าทุกคนสามารถมีส่วนร่วมในการผลิตและการตรวจสอบระบบบล็อกเชนเป็นโหนด ยิ่งมีโหนดมาก ระดับของการกระจายอำนาจก็จะยิ่งสูงขึ้น นี่ยังเป็นคุณสมบัติหลักที่ทำให้บล็อกเชนแตกต่างจากระบบอินเทอร์เน็ตแบบดั้งเดิม
"ความปลอดภัย" หมายถึงระดับค่าใช้จ่ายที่จ่ายเพื่อให้ได้มาซึ่งการควบคุมระบบบล็อกเชน ยิ่งต้นทุนสูง ความปลอดภัยก็ยิ่งสูงขึ้น นี่เป็นพื้นฐานสำหรับระบบบล็อกเชนเพื่อให้ผู้เข้าร่วมสร้าง "ฉันทามติ"
"ความสามารถในการปรับขนาด" หมายถึงความสามารถของระบบบล็อกเชนในการประมวลผลข้อมูลธุรกรรมซึ่งส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพการประมวลผลธุรกรรม นั่นคือ TPS (จำนวนธุรกรรมที่ประมวลผลต่อวินาที) ข้อเท็จจริงได้พิสูจน์แล้วว่าความสามารถในการปรับขนาดเป็นกุญแจสำคัญในบล็อกเชนในปัจจุบัน อุปสรรคที่ใหญ่ที่สุด (เช่น Bitcoin) ที่ทำให้ระบบไม่สามารถนำไปใช้กับสถานการณ์การใช้งานจริงได้ เหตุผลหลักสำหรับผลลัพธ์นี้คือการทำธุรกรรมแต่ละรายการต้องได้รับการตกลงในทุกโหนด และค่าใช้จ่ายที่แต่ละโหนดจ่ายเพื่อเข้าร่วมในระบบบล็อกเชน
ในความเป็นจริง ใน "ไตรเลมมา" คุณลักษณะทั้งสามมีเส้นทางการพัฒนาทางเทคโนโลยีที่เป็นอิสระของตนเอง และการเสียสละคุณลักษณะหนึ่งไม่ได้หมายความว่าคุณลักษณะอื่นสามารถปรับปรุงได้ แต่จะต้องอยู่ภายใต้เงื่อนไขทางเทคนิคที่มีอยู่เท่านั้น หากระบบบล็อกเชนต้องการเพิ่ม การรวมคุณสมบัติทั้งสามนี้มักจะมีการแลกเปลี่ยน นอกจากนี้ หาก "กระจายอำนาจ" และ "ความปลอดภัย" ใน "ไตรภาค" ออกไป ก็จะไม่มีทางพูดถึงมันได้ "บล็อกเชน" และ "ระบบ" ดังนั้นเราจึงได้เห็นว่าในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เมื่อระบบห่วงโซ่สาธารณะบล็อกเชนต่างๆ พยายามฝ่าฟันปัญหา "ไตรเลมมา" ลำดับความสำคัญที่พบบ่อยที่สุดคือการปรับระบบให้เหมาะสมโดยการปรับปรุงประสิทธิภาพ TPS
ก่อนที่จะพูดถึงความสามารถในการปรับขนาด ก่อนอื่นเรามาทำความเข้าใจแนวคิดของตัวบ่งชี้หลัก "TPS" ในความสามารถในการปรับขนาด:
TPS (ธุรกรรมต่อวินาที) หมายถึงจำนวนธุรกรรมเฉลี่ยที่ประมวลผลโดยระบบต่อวินาที สำหรับระบบบล็อกเชนสาธารณะ TPS เป็นตัวบ่งชี้สำคัญในการวัดประสิทธิภาพของระบบ จำนวนธุรกรรมหารด้วยจำนวนวินาทีในช่วงเวลานี้ เป็นค่าเฉลี่ย ค่าเฉลี่ยนี้ ไม่ได้หมายความว่าระบบจะประมวลผลจำนวนธุรกรรมต่อวินาทีเท่าๆ กัน จำนวนธุรกรรมจริงที่ระบบประมวลผลในแต่ละช่วงเวลาจะสูงหรือต่ำ ยกตัวอย่าง Bitcoin เนื่องจากช่วงเวลาระหว่างสองบล็อกของ Bitcoin คือ 10 นาที (600 วินาที) หากมีธุรกรรม 2,400 รายการในบล็อกที่อัดแน่นในช่วงเวลานี้ TPS ของ Bitcoin คือ 2400/600 =4 ใช่ อันที่จริง TPS ของ Bitcoin เป็นเพียงประมาณ 4คำอธิบายภาพ）
แผนภูมิปริมาณธุรกรรมย้อนหลังของ Bitcoin (ภาพด้านบนมาจาก JD Zhilian Cloud
บริการข้อมูล BDS blockchain
สำหรับการเปรียบเทียบ ต่อไปนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงบางส่วนสำหรับคุณ: Visa อยู่ที่ประมาณ 1600TPS (ค่าสูงสุดคือ 56000TPS), Netlink Double 11 สูงสุดของกิจกรรมอยู่ที่ประมาณ 100,000TPS, Ethereum ระบบบล็อกเชนหลักในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 20TPS และพื้นที่รวมศูนย์ บล็อกเชน ระบบ XRP อยู่ที่ประมาณ 1500TPS เท่านั้น
ตามทฤษฎีแล้ว เมื่อแบนด์วิธไม่มีที่สิ้นสุด ความล่าช้าในการรับส่งข้อมูลจะน้อยอย่างไร้ขีดจำกัด และพลังการประมวลผลก็แข็งแกร่งอย่างไร้ขีดจำกัด ประสิทธิภาพของข้อมูลสอดคล้องกันในระบบบล็อกเชนอาจสูงอย่างไร้ขีดจำกัด และ TPS ก็สามารถสูงอย่างไร้ขีดจำกัดได้เช่นกัน แต่ใน ความเป็นจริง การมีส่วนร่วม แบนด์วิธและพลังการประมวลผลคอมพิวเตอร์ของผู้ใช้ระบบ blockchain ส่วนใหญ่มีจำกัด ดังนั้น สำหรับผู้ออกแบบระบบ blockchain public chain จึงจำเป็นต้องลดการใช้พลังงานของเครือข่ายผู้ใช้ให้น้อยที่สุดในขณะเดียวกันก็รับประกันประสิทธิภาพสูงสุดของ เครือข่ายได้กลายเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่มาก
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ภาคีโครงการเครือข่ายสาธารณะต่างๆ ได้ค้นพบวิธีใหม่ๆ ในการปรับปรุงระบบ TPS และคำศัพท์เฉพาะทางวิชาชีพที่เกี่ยวข้องบางคำได้เกิดขึ้นในอุตสาหกรรม เช่น POW, POS, cross-chain, sharding, DAG, asynchronous consensus group, Zero- บทพิสูจน์ความรู้ ฯลฯ
คำอธิบายภาพ
กระดาษเกี่ยวกับกลุ่มฉันทามติอะซิงโครนัสที่ NSDI
ในบรรดาเทคโนโลยีเหล่านี้ วิธีกระแสหลักในปัจจุบันในการปรับปรุงความสามารถในการปรับขนาดของระบบบล็อกเชนสาธารณะ (ส่วนใหญ่เพื่อปรับปรุง TPS) มีดังต่อไปนี้: วิธีหนึ่งคือการเปลี่ยนกลไกที่เป็นเอกฉันท์ อีกวิธีหนึ่งคือแทนที่เครือข่าย DAG และวิธีที่สามคือ การนำเทคโนโลยีข้ามสายมาใช้ ประการที่สี่คือการใช้เทคโนโลยีการแยกส่วน
1. เปลี่ยนกลไกฉันทามติ: นอกเหนือจากกลไกฉันทามติ POW (หลักฐานการพิสูจน์การทำงาน) ที่ใช้โดย Bitcoin กลไกที่ได้รับความนิยมมากขึ้นในอุตสาหกรรมคือ POS (หลักฐานการพิสูจน์ผลประโยชน์), DPoS ( หลักฐานการเดิมพันที่ได้รับมอบอำนาจ) หลักฐานการถือหุ้นที่ได้รับมอบอำนาจ), Algorand (การอัปเกรด POS, การพิสูจน์ส่วนของผู้ถือหุ้นที่แท้จริง), PBFT (ความทนทานต่อความผิดพลาดของไบแซนไทน์ที่ใช้งานได้จริง, อัลกอริทึมความทนทานต่อข้อผิดพลาดของไบแซนไทน์ที่ใช้งานได้จริง) ฯลฯ หากคุณนับ "เวอร์ชันอัปเกรด" และ "เวอร์ชันปรับปรุงต่างๆ " มีอย่างน้อยหลายร้อยกลไกฉันทามติสามารถพบได้ แต่การเกิดขึ้นของกลไกฉันทามติเหล่านี้ส่วนใหญ่เพื่อปรับปรุงการขาด TPS ที่เกิดจาก POW ที่ Bitcoin ใช้ ในกระบวนการปรับปรุงกลไกฉันทามติแต่ละอย่างยังได้ปรับใช้ การแลกเปลี่ยนและการประนีประนอม
จากสิ่งนี้ PoS, Algorand และกลไกฉันทามติอื่น ๆ ที่ละเมิดความตั้งใจดั้งเดิมของ Pow โดยสิ้นเชิง กลไกฉันทามติเหล่านี้มีเป้าหมายเพื่อล้มล้างแนวคิด "การขุด" ของกลไก PoW และเพื่อส่งเสริมให้ผู้ใช้ทราบว่า ระบบจะไม่เป็นอันตรายต่อระบบ" "แนวคิดที่เป็นเอกฉันท์ (คล้ายกับกลไกผู้ถือหุ้นในองค์กรแบบดั้งเดิม) เนื่องจากกลไกเหล่านี้เสียสละการกระจายอำนาจไม่มากก็น้อย ดังนั้นผู้ใช้โดยทั่วไปจึงไม่จำเป็นต้องขุดและไม่มีกระบวนการคำนวณแฮชหนัก ดังนั้น ระบบสามารถใช้งานได้อย่างรวดเร็ว ผู้ใช้มีส่วนร่วมและสร้างบล็อกขนาดใหญ่กว่า PoW ดังนั้นประสิทธิภาพ TPS ของมันจึงสูงกว่า PoW ตามธรรมชาติมาก
2. แทนที่เครือข่าย DAG: โครงสร้างพื้นฐานของบล็อกเชนคือการเชื่อมต่อบล็อกในรูปแบบของเชน อย่างไรก็ตาม DAG (Directed Acyclic Graph) แทนที่โครงสร้างเชนด้วยโครงสร้างเครือข่ายและยกเลิกพื้นที่การทำธุรกรรม แนวคิดของบล็อก ถูกแทนที่ด้วยการเชื่อมต่อแต่ละธุรกรรมกับธุรกรรมอื่น ๆ (ธุรกรรมหลังตรวจสอบธุรกรรมก่อนหน้า) และแต่ละธุรกรรมตรวจสอบซึ่งกันและกันเพื่อให้ได้ฉันทามติ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการตรวจสอบโดยรวมของ DAG ตามปริมาณธุรกรรม และในที่สุดก็บรรลุ วัตถุประสงค์ของการปรับปรุง TPS
คำอธิบายภาพ
อย่างไรก็ตาม ข้อดีและข้อเสียของ DAG ก็ชัดเจนเช่นกัน เรามาพูดถึงข้อดีกันก่อน ข้อดีหลักของ DAG มีอยู่ 2 ข้อ ข้อแรกคือ ภายใต้เงื่อนไขของแบนด์วิธที่จำกัด DAG สามารถบันทึกข้อมูลได้มากขึ้นในลักษณะอะซิงโครนัสและพร้อมกัน ดังนั้น การปรับปรุง TPS โครงสร้าง DAG หลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองพลังงานในการประมวลผลเมื่อกำลังการประมวลผลของโครงสร้างโซ่แบบเดิมมีขนาดใหญ่เกินไป และปัญหาของการแยกทางที่ง่าย ข้อเสียเปรียบหลักของ DAG มีสองประการ หนึ่งคือเวลายืนยันของการทำธุรกรรมขั้นสุดท้าย ไม่สามารถควบคุมได้ (ขึ้นอยู่กับการยืนยันใหม่ การขาดเสถียรภาพที่เกิดจากอดีต) และประการที่สองคือในแง่ของความปลอดภัย ยังไม่มีการตรวจสอบขนาดใหญ่เหมือนกับที่ Bitcoin ประสบ
3. มีการนำเทคโนโลยี Cross-chain มาใช้ Cross-chain แบ่งออกเป็น 2 วิธีคือ multi-chain และ side-chain Multi-chain ตามชื่อหมายถึงการใช้หลาย chain แบบขนานในการทำธุรกรรม เทียบกับ single - วิธีเชน, TPS ของหลายเชนแบบขนานจะต้องมากกว่าวิธีเชนเดียว แต่ด้วยปริมาณธุรกรรมที่เพิ่มขึ้น ความต้องการการสื่อสารระหว่างกันของข้อมูลข้ามเชนจะเพิ่มขึ้นเมื่อใดก็ได้ กองทุนอาจถูกโอน บนหลายเชนและบัญชีหนึ่งอาจสร้างธุรกรรมบนหลายเชน ซึ่งจะนำมาซึ่งดังนั้น ในการใช้งานแบบขนานหลายเชน การคำนวณ TPS มักจะเป็นการสะสมอย่างง่าย ด้วยความสมบูรณ์ของเทคโนโลยีข้ามเชน เช่น เครื่องจักรของออราเคิล มัลติเชนจึงมีโอกาสในการพัฒนาที่ยอดเยี่ยม
คำอธิบายภาพ
เทคโนโลยีไซด์เชนเรียกอีกอย่างว่า "ช่องทางสถานะออฟไลน์" ซึ่งเป็นการสร้างช่องทางธุรกรรมออฟไลน์ชั่วคราวระหว่างผู้ใช้ ธุรกรรมขั้นกลางทั้งหมดเกิดขึ้นนอกเชน และเฉพาะสถานะสุดท้ายเท่านั้นที่ได้รับการตรวจสอบบนบล็อกเชนหลัก แก้ปัญหา แรงกดดันจาก TPS เกิดจากการทำธุรกรรมบ่อยครั้งของผู้ใช้คู่เดียวกันไปยังระบบบล็อกเชน และปรับปรุงความสามารถในการปรับขนาดของระบบบล็อกเชนทางอ้อม เช่น มีพ่อค้า 2 รายซื้อขายกันหลายครั้งใน 1 วัน แต่สุดท้ายกลับพบว่าทั้งสองฝ่ายซื้อขายกันมากกว่า 1,000 ครั้ง แต่ยอดซื้อขายกลับเท่ากับศูนย์ นี่คือ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีไซด์เชนที่เหมาะสมที่สุด ฉาก ย่อมาจาก Lightning Network ของ Project Bitcoin และ Raiden ของ Ethereum อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องเน้นว่าแม้ว่า side chain จะช่วยลดแรงกดดันต่อระบบบล็อกเชน แต่จำนวน TPS ของมันไม่ควรรวมอยู่ใน TPS ของระบบบล็อกเชน
4. การใช้เทคโนโลยี sharding เทคโนโลยี sharding คือการปล่อยแต่ละ shard หลังจากบล็อกธุรกรรมแต่ละบล็อกถูกแยกย่อยเป็นเครือข่าย blockchain และแต่ละ shard อยู่ในสถานะคู่ขนาน เพื่อให้แต่ละโหนดไม่ต้องดาวน์โหลดข้อมูลธุรกรรมทั้งหมด ซึ่งจะช่วยปรับปรุงอย่างมาก ความเร็วในการประมวลผลของระบบบล็อกเชน ควรสังเกตว่าความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดระหว่างเทคโนโลยี Sharding และเทคโนโลยี Cross-chain คือ Shards ทั้งหมดยังคงอยู่บนห่วงโซ่เดียวกัน ดังนั้น จึงเป็นเรื่องยากอย่างยิ่งที่จะประสานงานระหว่าง Shards ต่างๆ อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อรักษาลำดับและความถูกต้องของความเห็นพ้องต้องกัน
คำอธิบายภาพ
แผนผังของการเปรียบเทียบการแตกแฟรกเมนต์ของบล็อกเชนและฐานข้อมูล
