Sidechains en betalingskanalen uitgelegd

Basisprincipes

In de informatica verwijst schaalbaarheid naar het vermogen van een systeem om toenemende vraag op te vangen. Om de prestaties van een machine te verbeteren, kun je de hardware upgraden. In blockchains verwijst schaalbaarheid echter naar de capaciteit om meer transacties te verwerken. Bitcoin heeft veel sterke punten, maar schaalbaarheid is daar niet één van. Als Bitcoin in een gecentraliseerde database zou draaien, zou het relatief eenvoudig zijn om snelheid en doorvoersnelheid te verhogen. Vanwege waardeproposities zoals censuurweerstand moeten veel deelnemers echter een kopie van de blockchain synchroniseren.

Het schaalbaarheidsprobleem van de blockchain

Het draaien van een Bitcoin-node is betaalbaar en zelfs basisapparaten kunnen het aan. Maar met duizenden nodes die gesynchroniseerd moeten blijven, bestaan er bepaalde capaciteitsbeperkingen. On-chain transacties hebben limieten opgelegd gekregen om te voorkomen dat de database te snel te groot wordt. Als deze te snel groeit, zullen nodes moeite hebben om bij te blijven. Bovendien kunnen te grote blocks niet snel over het netwerk worden doorgegeven.

Dit creëert een knelpunt: een netwerk dat overstroomd wordt met wachtende transacties dwingt gebruikers om hogere vergoedingen te betalen om tijdige verwerking af te dwingen. Een mogelijke oplossing zou zijn om de grootte van blocks of blokken te vergroten, wat de doorvoer kan verbeteren en de transactiekosten kan verlagen. Echter, er is geen garantie dat de toegenomen capaciteit niet opnieuw vol raakt.

Vitalik Buterin, de maker van Ethereum, introduceerde het Scalability Trilemma, dat de uitdaging voor blockchains schetst. Het stelt dat protocollen een balans moeten vinden tussen schaalbaarheid, veiligheid en decentralisatie, die soms met elkaar in conflict kunnen zijn. Veel mensen geloven daarom dat schaalbaarheid off-chain bereikt moet worden, terwijl veiligheid en decentralisatie maximaal op de blockchain zelf gehandhaafd moeten blijven.

Off-chain schaaloplossingen

Er bestaan schaaloplossingen die toestaan dat transacties worden verwerkt zonder de last op de blockchain te vergroten. Deze oplossingen, bekend als off-chain schaalmethoden, zijn mogelijk dankzij protocollen die verbinding maken met de keten, waardoor gebruikers fondsen kunnen verzenden en ontvangen zonder dat hun transacties op de main chain worden vastgelegd. Twee noemenswaardige oplossingen zijn betalingskanalen en sidechains.

Sidechains

Sidechains zijn alternatieve blockchains die op een bepaalde manier gekoppeld zijn aan de main chain. Deze blockchains zijn interoperabel, wat betekent dat activa vrij tussen de main chain en de sidechain kunnen worden verplaatst. Er zijn verschillende methoden om fondsen over te dragen, een daarvan is het storten van activa in een speciaal adres op de main chain. Deze activa worden niet verplaatst, maar vergrendeld in het adres en een overeenkomstig bedrag wordt uitgegeven op de sidechain. Een andere optie, hoewel meer gecentraliseerd, is het sturen van fondsen naar een custodian die de storting inruilt voor middelen op de sidechain.

Hoe werkt het?

Stel dat onze kennis Roman vijf bitcoin heeft die hij wil omwisselen voor equivalente eenheden op een Bitcoin-sidechain, aangeduid als "sidecoins", via een "two-way peg". De sidechain is een aparte blockchain met andere blocks, nodes en validatiemechanismen. Om sidecoins te verkrijgen, stuurt Roman zijn bitcoins naar een ander adres, dat óf zijn sidechain-adres crediteert met vijf sidecoins zodra de bitcoins ontvangen zijn, óf de sidecoins automatisch crediteert nadat de software een betaling detecteert.

Roman heeft nu zijn munten geconverteerd naar sidecoins, maar hij kan het proces omkeren om zijn bitcoins terug te krijgen. Op de sidechain kan hij transacties uitvoeren op deze aparte blockchain. Hij kan sidecoins versturen of ontvangen zoals op de main chain. Bijvoorbeeld, hij kan Angela één sidecoin betalen voor een T-shirt, en vervolgens terugkeren naar Bitcoin door zijn resterende vier sidecoins naar een aangewezen adres te sturen. Nadat de transactie bevestigd is, worden vier bitcoins ontgrendeld en afgeleverd op zijn aangewezen adres op de main chain.

Waarom een sidechain gebruiken?

Angela wil misschien een sidechain gebruiken om haar bitcoins om te wisselen voor sidecoins, dat zijn eenheden op een aparte blockchain die een two-way peg gebruikt. Dit betekent dat activa vrij kunnen stromen tussen de main chain en de sidechain. Hoewel Bitcoin zeer veilig en gedecentraliseerd is, kent het nadelen, waaronder tragere transacties en hogere fees bij netwerkcongestie.

Sidechains kunnen daarentegen worden aangepast met andere consensusmechanismen, parameters en functies, waardoor ze flexibeler en beter aanpasbaar zijn voor specifieke use-cases. Daarnaast kunnen sidechains gebruikt worden voor experimenten zonder de main chain te beïnvloeden. Angela kan honderden transacties op de sidechain uitvoeren en vervolgens terug naar de main chain met slechts twee geregistreerde transacties. Sidechains kunnen een cruciale rol spelen in het schalen en verbeteren van blockchain-technologie.

Betalingskanalen

Betalingskanalen zijn een levensvatbare schaaloplossing en lijken in hun doel op sidechains. Ze verschillen echter aanzienlijk in werking. Betalingskanalen vereisen geen aparte blockchain en werken via een smart contract. Door gebruik te maken van een software-afgedwongen overeenkomst kunnen twee deelnemers transacties uitvoeren zonder hun transacties op de blockchain te publiceren. Dit voorkomt dat de blockchain opgeblazen raakt, net als bij sidechains.

Hoe werkt het?

Roman en Angela zouden betalingskanalen kunnen gebruiken om transacties te doen zonder deze op de blockchain te publiceren, zoals in het populaire Lightning Network-model. Hiervoor storten ze munten in een multi-signature adres dat zij gezamenlijk beheren en dat beide handtekeningen vereist om fondsen uit te geven. Ze kunnen hun balans bijwerken bij elke transactie, zonder op de blockchain te publiceren, totdat ze besluiten de saldi opnieuw toe te wijzen. Op dat moment maken ze een transactie die de saldi naar hun adressen stuurt, ondertekenen deze en zenden hem naar de blockchain. Alle andere transacties zijn gratis en vrijwel direct omdat ze off-chain plaatsvinden. Hoewel deze methode samenwerking vereist, kunnen speciale mechanismen pogingen tot bedrog bestraffen, zodat onbekenden veilig kunnen handelen zonder vertrouwen.

Betalingsrouting

Betalingskanalen zijn nuttig voor partijen die een aanzienlijk aantal transacties verwachten, maar ze worden nog waardevoller wanneer een netwerk van kanalen wordt opgezet. Dit betekent dat Angela betalingen kan doen aan partijen waarmee ze niet direct verbonden is. Als Roman bijvoorbeeld een kanaal met Sarah heeft, kan Angela Sarah betalen zolang er voldoende capaciteit is. Ze zou fondsen naar Romans kant van het kanaal overdragen, en hij zou ze naar Sarahs kant overdragen. Als Sarah verbonden is met een andere gebruiker, John, kan hetzelfde proces worden gevolgd.

Dit type netwerk creëert een gedistribueerde topologie waarin iedereen met meerdere peers verbonden is. Er kunnen meerdere routes zijn om een bestemming te bereiken, en gebruikers kunnen de meest efficiënte route kiezen.

Conclusie

Om te voorkomen dat de onderliggende blockchain overbelast raakt, zijn er twee benaderingen voor schaalbaarheid: sidechains en betalingskanalen. Hoewel ze zich nog ontwikkelen, gebruiken steeds meer gebruikers ze om de beperkingen van basislaag-transacties te omzeilen. Decentralisatie is cruciaal voor netwerkgroei, en de groei van de blockchain moet beperkt blijven zodat nieuwe nodes gemakkelijk kunnen toetreden. Voorstanders van off-chain schaaloplossingen geloven dat de main chain in de toekomst vooral gebruikt zal worden voor transacties met hoge waarde, of voor het in-/uit-peggen van sidechains en het openen/sluiten van kanalen.