Blockchain-Skalierbarkeitslösungen: Lightning Network und Sharding

Abstrakt

In diesem Artikel werden Probleme mit der Blockchain-Skalierbarkeit untersucht und mögliche Lösungen, einschließlich Lightning Network und Sharding, besprochen. Im ersten Abschnitt wird die Bedeutung der Skalierbarkeit für die Übernahme erläutert, wobei der Transaktionsdurchsatz und lange Bestätigungszeiten im Vordergrund stehen. Als nächstes werden das Lightning-Netzwerk und das Sharding-Netzwerk eingehend untersucht, einschließlich eines Abschnitts zum Vergleichen / Kontrastieren, in dem die Vor- und Nachteile der einzelnen erläutert werden. Die Schlussfolgerung wird beinhalten, dass Stakenet die Implementierung von Sharding in ihre Infrastruktur untersucht.

Skalierbarkeit lösen

Probleme mit der Skalierbarkeit von Blockchain

Jeder, der längere Zeit in den Kryptoraum involviert war, ist mit Blockchain als einer Technologie zur Validierung von Transaktionen vertraut. Nahezu jede Krypto von Bitcoin über Stakenet bis Doge verwendet unterschiedliche Protokolle, die einen einfachen und effizienten Geldtransport ermöglichen. Aber warum diese Technologie auf eine Geldtransaktion beschränken? Blockchain hat das Potenzial, viel mehr als nur das Finanzwesen zu revolutionieren. Der Autor und Universitätsprofessor Don Tapscott schrieb in einem Artikel für die Harvard Business Review: "Blockchain könnte Unternehmen, Regierung und Gesellschaft auf… tiefgreifende Weise verändern." Herstellung und mehr. Lesen Sie diesen Artikel von CB Insights, um mehr darüber zu erfahren, wie die sich entwickelnde Blockchain-Technologie nahezu jede Branche verändern kann.

Da Blockchains jedoch in immer mehr Testprogrammen für viele verschiedene Anwendungsfälle eingeführt werden, gibt es ein Problem, das die Massenakzeptanz vor Herausforderungen stellt: die Skalierbarkeit. Der Begriff „skalierbar“ wird typischerweise auf zwei Arten verwendet: die Fähigkeit, in einem Bereich von Kapazitäten angewendet zu werden, und die Fähigkeit, in der Größe geändert zu werden. Während wir festgestellt haben, dass Blockchain im ersteren Sinne extrem skalierbar ist, hat es im letzteren Sinn Probleme.

Anfang 2019 veröffentlichte Evangelos Georgiadis eine wissenschaftliche Abhandlung über die theoretischen Einschränkungen des aktuellen Bitcoin-Protokolls. Georgiadis kam zu dem Schluss, dass die theoretische Verarbeitungskapazität von Bitcoin rund 27 Transaktionen pro Sekunde übersteigt. Diese Zahl wird berechnet, indem ermittelt wird, wie viele Transaktionen in die begrenzte Blockgröße von Bitcoin passen. Um die gesamte Mathematik zu betrachten, ist hier ein Link zur wissenschaftlichen Arbeit. Diese theoretische Zahl verblasst im Vergleich zu den 65.000 pro Sekunde von Visa (basierend auf 119 Rechenzentren). Dieser Vergleich ist noch schlimmer, wenn man bedenkt, dass es sich um Bitcoin handelt tatsächlich Der Durchsatz liegt zwischen 3,3 und 7 Transaktionen pro Sekunde. Wenn Bitcoin jemals die „Massenakzeptanz“ erreichen soll, von der seine Inhaber träumen, muss das Problem der Skalierbarkeit gelöst werden.

Skalierbarkeit ansprechen

Einer der Hauptgründe für dieses Problem ist die lange Blockierungszeit von Bitcoin von 10 Minuten und die maximale Blockgröße von 1 Megabyte. Bitcoin-Entwickler haben lange über mögliche Lösungen für dieses Problem diskutiert, mit Vorschlägen, die von einer Erhöhung der Blockgröße bis hin zu „Zwei-Ebenen“ -Protokollen reichen. SegWit2x war eine beliebte potenzielle Lösung und plante die Implementierung eines zweiteiligen Plans, bei dem Zeugen-Knoten sowie eine harte Verzweigung der Blockchain zur Unterstützung einer größeren Blockgröße verwendet wurden. Die SegWit2x-Entwickler kündigten jedoch am 16. November 2017 an, dass der Plan mangels Konsens nicht vorankommen werde. (Hinweis: SegWit2x ist nicht zu verwechseln mit Segwit, das am 21. Juli 2017 über eine Softgabel erfolgreich in die Bitcoin-Blockchain implementiert wurde.)

Eine weitere beliebte Lösung für das Bitcoin-Netzwerk ist die Implementierung des "Lightning Network", eines hochskalierbaren Second-Layer-Protokolls, das einen kostengünstigeren und nahezu sofortigen Geldtransfer ermöglicht. Die Beta-Version des LN ist zwar funktionsfähig, befindet sich jedoch noch in der Erprobung und der Erfolg bleibt abzuwarten.

Scherben

Während Bitcoin und andere Proof-of-Work-Cryptocurencies über die beste Lösung für geringen Durchsatz streiten, stecken viele Cryptos hinter den Kulissen, indem sie Sharding implementieren. Der Begriff „Sharding“ ist im Datenbankbereich weit verbreitet und wird zur Steigerung der serverseitigen Effizienz verwendet. In Datenbanken ist ein "Shard" ein "Slice" einer Datenbank, wobei jeder entsprechende Teil auf einem anderen Server gespeichert ist, wodurch die Arbeitslast verteilt wird. Blockchains funktionieren jetzt anders als eine Datenbank, aber es kann immer noch dasselbe Grundprinzip gelten. Anstatt alle Datenabschnitte in jedem Knoten zu speichern, speichert jeder Knoten bei der Implementierung von Sharding nur einen Teil der Blockdaten, wodurch die "Arbeit" der Blockchain auf die beteiligten Knoten verteilt wird.

Es wurden Bedenken hinsichtlich der Kettensicherheit geäußert, wenn die Teile der Kette auf mehrere Scherben verteilt sind. Blockchains sind von Natur aus 51% anfällig für Angriffe, die nur auftreten können, wenn ein Benutzer 51% des Kettenkonsenses (oder der Validatoren) erreicht. In diesem Szenario könnte der Blockchain-Verlauf möglicherweise neu geschrieben werden, wodurch der Angreifer die vollständige Kontrolle über die Versorgung erhält. Wenn jedoch die Daten einer Kette in separate Shards aufgeteilt werden, verringert sich der Prozentsatz des für die Durchführung eines solchen Angriffs erforderlichen Konsenses geringfügig. Wenn eine Kette beispielsweise zehn separate Splitter verwendet, beträgt der Prozentsatz des für die Durchführung eines solchen Angriffs erforderlichen Konsenses 5,1%. Damit dies jedoch Schaden anrichtet, müssen alle 5,1% dieser Validatoren auf derselben Scherbe arbeiten.

Der Schlüssel zur Aufrechterhaltung der Shard-Sicherheit liegt in der Zufallsauswahl der Shards, auf denen ein Validator-Knoten platziert ist, um das Auftreten dieser Angriffe zu verhindern. Das Zuweisen und erneutes Zuweisen von Validatoren zu verschiedenen Shards ist ein komplizierter Prozess und erfordert viel Rechenaufwand, um sicherzustellen, dass die Aktion wirklich zufällig ist. Bei den meisten Sharding-Designs wird eine separate Blockchain verwendet, um diese Funktion für zufällige Zuweisungen auszuführen und die Verbindung zwischen den einzelnen Shards herzustellen, indem Snapshots erstellt und Updates empfangen werden. Diese Kette wird allgemein als Beacon-Kette bezeichnet.

Blitz-Netzwerk

Anstatt eine "harte" oder "weiche" Verzweigung der Bitcoin-Blockchain auszuführen, haben viele vorgeschlagen, ein Protokoll der zweiten Ebene für die Bitcoin-Blockchain zu implementieren. Dies ist im Wesentlichen das, was das Blitznetzwerk ist. Der Begriff "zweite Ebene" bedeutet, dass das Lightning-Netzwerk erstellt wird auf Die bereits vorhandene Bitcoin-Blockchain, die LN, ist keine Kette für sich. In diesem Netzwerk können Benutzer ihre Bitcoin direkt senden, ohne das langsame und überfüllte Bitcoin-Netzwerk zu durchlaufen. Einige Schätzungen gehen davon aus, dass das Lightning-Netzwerk bei korrekter Implementierung einen Durchsatz von 50.000 Transaktionen pro Sekunde unterstützen könnte, eine Zahl, die mit der von VISA heute vergleichbar ist. Die Lightning Network-Website ist stolz darauf, dass die Technologie "Millionen bis Milliarden" von Transaktionen pro Sekunde unterstützen kann, wodurch der maximale Durchsatz der Konkurrenz zunichte gemacht wird.

Durch die Implementierung des Lightning-Netzwerks wird nicht nur die Transaktionsgeschwindigkeit drastisch erhöht, sondern auch der Datenverkehr in der überlasteten Blockchain erheblich reduziert. Da Transaktionen über das Protokoll der zweiten Ebene unterstützt werden, ist eine Aufzeichnung in der Kette nicht erforderlich, solange dieser Zahlungskanal offen bleibt. Sobald der direkte Peer-to-Peer-Kanal geschlossen wird, werden die endgültigen Salden in der Kette erfasst. Dies wird hoffentlich die 300.000 durchschnittlichen täglichen Transaktionen reduzieren, die die Bitcoin-Kette überladen.

Kontrast vergleichen

Auf einfachste Weise bietet das Lightning-Netzwerk eine "Off-Chain" -Lösung für das Skalierbarkeitsproblem von Blockchain, während Sharding eine nicht traditionelle "On-Chain" -Lösung für das Problem bietet. Beide Protokolle bieten die Kapazität für einen enormen Transaktionsdurchsatz, und beide sind realisierbare Optionen, obwohl sich beide noch in einem relativ frühen Entwicklungsstadium in der Kryptosphäre befinden. Die kernigsten Kryptopuristen werden jedoch wahrscheinlich keine der beiden Lösungen für zufriedenstellend halten, da beide von den herkömmlichen Methoden zum Speichern der gesamten Blockchain-Daten auf jedem einzelnen Knoten abweichen.

Stakenet und Emerging Crypto Technologies

Während Stakenet bereits mit der Implementierung des Lightning-Netzwerks in sein Protokoll als zweite Ebene begonnen hat, um seine DEX- und Lightning-Swap-Funktionen zu unterstützen, untersucht das Forschungsteam Sharding, um es in die erste Ebene zu integrieren, da es sich noch in einem frühen Stadium der Implementierung der Sharding-Technologie befindet in einer Blockchain. Diese beiden Technologien fügen sich nahtlos in ein unglaublich schnelles, leichtes und praktisch unendlich skalierbares Netzwerk ein. Die Integration von Sharding ermöglicht auch die einfache Implementierung von Smart Contracts über einen dedizierten Netzwerk-Shard. Angesichts der Tatsache, dass diese leistungsstarken Technologien mit den strengsten Datenschutzprotokollen kombiniert werden, ist die Blockchain hinter Stakenet wirklich auf dem neuesten Stand der Branche. Tritt uns bei Discord bei und folge uns auf Twitter um über unsere neuesten Nachrichten und Entwicklungen auf dem Laufenden zu bleiben.