HVA BETYR SKALERING I BLOKKJEDETEKNOLOGI, OG HVORFOR ER DET UTFORDRENDE?

Hva er blokkjedeskalering?

Skalering i blokkjedesammenheng refererer til et blokkjedenettverks evne til å håndtere et økende antall transaksjoner eller en voksende brukerbase uten å gå på kompromiss med ytelse, sikkerhet eller desentralisering. Det grunnleggende målet med skalering er å øke gjennomstrømningen (transaksjoner per sekund), redusere latens og kontrollere kostnadene forbundet med nettverksbruk, spesielt etter hvert som adopsjonen vokser.

For eksempel kan Bitcoin, det opprinnelige blokkjedenettverket, behandle omtrent 7 transaksjoner per sekund (TPS), mens Ethereum, den ledende smartkontraktplattformen, håndterer omtrent 15–30 TPS. I motsetning til dette kan tradisjonelle betalingssystemer som Visa behandle over 24 000 TPS. Denne store avviken demonstrerer skalerbarhetsutfordringen blokkjedeteknologi står overfor.

Det er to hovedkategorier av skaleringsmetoder:

• On-chain-skalering: Å gjøre endringer i den viktigste blokkjedeprotokollen for å tillate flere transaksjoner per sekund. Dette kan innebære å øke blokkstørrelsen, redusere blokktiden eller endre konsensusalgoritmer.
• Skalering utenfor kjeden: Avlasting av transaksjonsbehandling til hjelpesystemer eller sekundære lag som samhandler med hovedblokkjeden, men opererer uavhengig for å øke den totale gjennomstrømningen.

Effektiv skalering bør opprettholde sikkerheten og desentraliseringen til en blokkjede. Dette presenterer imidlertid en betydelig teknisk utfordring, ettersom endringer i ett aspekt kan kompromittere andre, noe som fører til det som er kjent som «skalerbarhetstrilemmaet».

Skalerbarhetstrilemmaet

Skalerbarhetstrilemmaet, skapt av Ethereums medgründer Vitalik Buterin, antar at blokkjedesystemer maksimalt kan oppnå to av følgende tre egenskaper samtidig:

• Desentralisering: Lik deltakelse fra uavhengige noder uten avhengighet av sentrale myndigheter.
• Sikkerhet: Beskyttelse mot angrep eller manipulasjon.
• Skalerbarhet: Evne til å håndtere større transaksjonsvolumer effektivt.

Vanskeligheten ligger i å optimalisere for alle tre. Å øke gjennomstrømningen kan innebære større blokker, noe som gagner skalerbarheten, men dette krever ofte mer datakraft, sentraliserer nodedeltakelse og svekker desentralisering. På samme måte kan det å legge til ytterligere konsensussteg styrke sikkerheten, men potensielt redusere skalerbarheten.

Etter hvert som adopsjonen av blokkjedeteknologi øker på tvers av bransjer – fra finans til forsyningskjeder – er det avgjørende å løse skalerbarhetsproblemet. Utviklere og forskere utforsker aktivt innovative metoder for å skalere blokkjedenettverk samtidig som de beholder sine kjerneverdier.

Hvorfor er blokkjedeskalering så vanskelig?

Skalering av et blokkjedenettverk er iboende vanskelig på grunn av grunnleggende designvalg som prioriterer desentralisering og sikkerhet. Disse designprinsippene, som tilbyr noen av de største fordelene med blokkjede – som uforanderlighet og tillitsløshet – skaper også begrensninger i behandlingshastighet og datalagring.

1. Konsensusmekanismer

I hjertet av ethvert blokkjedenettverk er en konsensusmekanisme, eller metoden som deltakerne bruker for å bli enige om statusen til hovedboken. Populære mekanismer som Proof of Work (PoW) og Proof of Stake (PoS) krever enten intensiv beregning eller distribuert valideringsinnsats for å sikre at alle transaksjoner er legitime.

Selv om disse mekanismene beskytter mot svindel og manipulering, introduserer de også latens. I Bitcoins tilfelle er den gjennomsnittlige blokkeringstiden 10 minutter, noe som begrenser hvor raskt transaksjoner kan fullføres. Å øke blokkstørrelsen for å pakke inn flere transaksjoner kan hjelpe, men det belaster også noder med større databelastninger, noe som motvirker deltakelse og potensielt sentraliserer kontrollen.

2. Nettverksutbredelse

En annen hindring er tiden som kreves for å spre nye blokker over hele nettverket. I desentraliserte systemer må noder kommunisere på tvers av spredte geografiske områder. Større blokker tar lengre tid å spre seg, noe som øker sjansen for foreldreløse blokker og konsensusproblemer, som undergraver pålitelighet og effektivitet.

3. Datalagring og nodekrav

Blokkkjededata lagres redundant på hver fulle node. Etter hvert som blokkjeden vokser, øker også lagrings- og båndbreddekravene for å kjøre en node. Uten nøye balansering fører dette til at færre individer kan betjene noder, noe som igjen kompromitterer desentralisering. Ethereum har for eksempel introdusert forslag om "statlig leie" for å løse overdreven datalagringsproblemer som hindrer skalering.

4. Bakoverkompatibilitet og forking

Implementering av skalerbarhetsforbedringer krever vanligvis endring av blokkjedens kjerneprotokoll. Disse endringene resulterer ofte i "hard forks", som deler den eksisterende kjeden og økosystemet. Dette kan forårsake forvirring, fragmentering og tap av fellesskapskonsensus. Å opprettholde bakoverkompatibilitet mens man implementerer skalerbare oppgraderinger, fortsetter å være en betydelig utfordring.

5. Sikkerhetssårbarheter

Skaleringsarbeid kan utilsiktet introdusere ytterligere angrepsvektorer. For eksempel opererer lag 2-løsninger som sidekjeder og rollups delvis utenfor kjeden, og kan arve svakere sikkerhetsforutsetninger enn hovedkjeden. Å sikre bredere skalerbarhet uten å gjøre systemet mer sårbart er en kontinuerlig bekymring for utviklere.

Oppsummert må hvert forsøk på å skalere en blokkjedeløsning navigere i et nett av avveininger. Enten det er gjennom protokolloptimaliseringer eller løsninger utenfor kjeden, må utviklere bevare grunnpilarene i blokkjeden – sikkerhet og desentralisering – samtidig som de forbedrer ytelsen i et globalt distribuert miljø. Ingen enkelt løsning passer alle nettverk, derav mangfoldet av strategier på tvers av forskjellige plattformer.

Løsninger for skalerbarhet i blokkjeden

Gitt de skisserte utfordringene har utviklere tatt mangesidige tilnærminger til skalering av blokkjedenettverk. Disse løsningene retter seg mot smertepunkter som transaksjonsvolum, konsensuseffektivitet og datalagring. De er bredt kategorisert i skaleringsmetoder på og utenfor kjeden, samt hybridmodeller.

1. Lag 2-løsninger

• Tilstandskanaler: Disse lar to parter transaksjoner utenfor kjeden og kun lagre det endelige resultatet i hovedkjeden, noe som reduserer overbelastning betydelig. Eksempler inkluderer Bitcoins Lightning Network og Ethereums Raiden Network.
• Plasma og Rollups: Plasmakjeder fungerer som semi-autonome barnekjeder som samler transaksjoner før de avgjøres i hovedkjeden. Rollups (optimistiske eller nullkunnskapsbaserte) komprimerer transaksjonsdata og behandler dem utenfor kjeden mens de lagrer bevis på kjeden. Dette opprettholder sikkerheten og forbedrer gjennomstrømningen.

Lag 2-alternativer blir stadig mer foretrukket fordi de tillater betydelige økninger i transaksjonskapasiteten uten å endre basisprotokollen.

2. Sharding

Sharding innebærer å dele blokkjeden i mindre deler, eller «shards», som hver er i stand til å behandle sine transaksjoner og smarte kontrakter. Shards, som koordineres av hovedkjeden, kan skaleres lineært med nettverksstørrelsen. Ethereum 2.0 ser for seg sharding som en sentral skalerbarhetsfunksjon; implementeringen er imidlertid kompleks og kontinuerlig.

3. Alternative konsensusmekanismer

Noen nyere blokkjeder tar i bruk konsensusmodeller som iboende tilbyr bedre skalerbarhet:

• Delegert bevis på innsats (DPoS): DPoS, som brukes av EOS og Tron, er avhengig av et begrenset sett med validatorer, noe som øker transaksjonshastighetene, men med redusert desentralisering.
• Proof of History (PoH): PoH, som brukes av Solana, muliggjør rask sekvensering av transaksjoner, noe som forbedrer gjennomstrømningen.

Disse mekanismene forsøker å balansere sikkerhet og skalerbarhet, selv om hver har sine begrensninger og sentraliseringsrisikoer.

4. Blokkjedebeskjæring og lagringseffektivitet

Fullstendige blokkjedearkiver er betydelige og krever høy lagringskapasitet. Beskjæringsteknikker – fjerning av unødvendige eller historiske data – tar sikte på å gjøre det enklere for noder å delta. Noen blokkjeder utforsker også statsløse klientmodeller, der bare gjeldende tilstandsdata er nødvendig for validering, noe som reduserer den totale belastningen.

5. Interoperabilitet og sidekjeder

Ved å utnytte sidekjeder – parallelle blokkjeder koblet til hovedkjeden – kan transaksjonsbelastninger distribueres. For eksempel tilbyr Polygon Ethereum-kompatible sidekjeder som avlaster beregning og lagring. Interoperabilitetsprotokoller som Polkadot og Cosmos forenkler transaksjoner på tvers av kjeder, og skaper et skalerbart flerkjedeøkosystem.

6. Konklusjoner og veien videre

Ingen enkelt løsning løser blokkjedeskalerbarhet. Fremgang er iterativ og krever ofte avveininger. Ledende plattformer som Ethereum implementerer gradvis sharding og rollups, mens alternative blokkjeder utforsker nye arkitekturer. I mellomtiden fortsetter forskere å utforske innovasjoner, fra DAG-baserte regnskapsbøker til AI-assistert transaksjonsvalidering.

Til syvende og sist vil blokkjeders evne til å skalere effektivt avgjøre hvor bredt de blir tatt i bruk i global handel, finans og utover. Skalerbarhet er fortsatt både et teknisk hinder og en mulighet til å omforme digital infrastruktur med desentraliserte systemer.