Сайдчейны и платёжные каналы: объяснение

Основы

В информатике масштабируемость означает способность системы справляться с растущим спросом. Чтобы повысить производительность машины, можно обновить её оборудование. В блокчейнах же под масштабируемостью понимают способность обрабатывать больше транзакций. У Биткоина много преимуществ, но масштабируемость — не одно из них. Если бы Bitcoin работал в централизованной базе данных, увеличить скорость и пропускную способность было бы относительно просто. Однако из‑за его ценностных предложений, таких как устойчивость к цензуре, множество участников должны синхронизировать копию блокчейна.

Проблема масштабируемости блокчейна

Запуск узла Bitcoin доступен по стоимости, и даже базовые устройства могут это делать. Но при тысячах узлов, которым нужно оставаться синхронизированными, существуют определённые ограничения по вместимости. Ончейн-транзакциям задаются лимиты, чтобы база данных не становилась слишком большой слишком быстро. Если она будет расти слишком быстро, узлы не успеют за ней. Кроме того, слишком большие блоки нельзя быстро ретранслировать по сети.

Это создаёт узкое место: сеть, переполненная ожиданием транзакций, вынуждает пользователей платить более высокие комиссии для обеспечения своевременной обработки. Одним из возможных решений было бы увеличить размер блоков или переносок, что может улучшить пропускную способность и снизить цены за билет. Однако нет гарантии, что увеличенная ёмкость вновь не заполнится.

Создатель Ethereum Виталик Бутерин сформулировал трилемму масштабируемости, которая описывает проблему блокчейнов. Она утверждает, что протоколы должны балансировать между масштабируемостью, безопасностью и децентрализацией, которые иногда конфликтуют. В результате многие считают, что масштабируемость следует добиваться вне цепочки, а безопасность и децентрализацию — максимально поддерживать в самой блокчейн‑сети.

Off-Chain решения масштабируемости

Существуют решения масштабирования, которые позволяют обрабатывать транзакции, не увеличивая нагрузку на блокчейн. Эти методы, называемые офчейн‑решениями, возможны благодаря протоколам, подключаемым к цепочке, которые дают пользователям возможность отправлять и получать средства без записи каждой операции в основную цепь. Два таких заметных решения — платёжные каналы и сайдчейны.

Sidechains

Сайдчейны — это альтернативные блокчейны, которые так или иначе связаны с основной цепью. Эти блокчейны взаимоперемещаемы, то есть активы могут свободно перемещаться между основной цепью и сайдчейном. Существуют разные методы передачи средств, один из которых предполагает депонирование активов в специальный адрес в основной цепи. Эти активы не переводятся, а блокируются в адресе, и на сайдчейне выпускается эквивалентная сумма. Другой вариант, более централизованный, — отправить средства кастодиану, который обменяет депозит на средства в сайдчейне.

Как работают сайдчейны?

Допустим, у нашего знакомого Романа есть пять биткоинов, которые он хочет обменять на эквивалентные единицы в биткоин‑сайдчейне под названием "sidecoins" с использованием двусторонней привязки. Сайдчейн — это отдельный блокчейн с собственными блоками, узлами и механизмами валидации. Чтобы получить sidecoins, Роман отправляет свои биткоины на другой адрес, который либо зачисляет его адресу в сайдчейне пять sidecoins после получения биткоинов, либо sidecoins автоматически приходят после того, как программное обеспечение обнаружит платёж.

Теперь Роман конвертировал свои монеты в sidecoins, но он может обратный процесс, чтобы вернуть биткоины. Находясь в сайдчейне, он может совершать операции в этой отдельной сети. Он может отправлять или получать sidecoins так же, как на основной цепи. Например, он может заплатить Анжеле одну sidecoin за футболку, а затем вернуться в Bitcoin, отправив оставшиеся четыре sidecoins на назначенный адрес. После подтверждения транзакции четыре биткоина будут разблокированы и доставлены на его адрес в основной цепи.

Зачем использовать сайдчейны?

Анжела может захотеть использовать сайдчейн, чтобы обменять свои биткоины на sidecoins — единицы в отдельном блокчейне с двусторонней привязкой. Это означает, что активы могут свободно перемещаться между основной цепью и сайдчейном. Хотя Bitcoin очень безопасен и децентрализован, у него есть свои компромиссы, включая более медленные транзакции и более высокие комиссии при перегрузке сети.

Сайдчейны, напротив, можно настраивать с разными консенсусными механизмами, параметрами и функциями, что делает их более гибкими и адаптируемыми под конкретные кейсы. Кроме того, сайдчейны позволяют экспериментировать, не затрагивая основную цепь. Анжела может совершить сотни транзакций в сайдчейне и затем выйти обратно в основную цепь, зафиксировав только две транзакции. Сайдчейны могут сыграть ключевую роль в масштабировании и улучшении блокчейн‑технологий.

Платёжные каналы

Платёжные каналы — это реальное решение для масштабирования и по своей цели похожи на сайдчейны. Однако они существенно отличаются по способу работы. Платёжные каналы не требуют отдельного блокчейна и работают на смарт‑контракте. С помощью программно обеспеченного соглашения два участника могут совершать операции, не публикуя их в блокчейне. Это предотвращает разрастание блокчейна, как и в случае сайдчейнов.

Как работают платёжные каналы?

Роман и Анжела могли бы использовать платёжные каналы для совершения транзакций без их публикации в блокчейне, как в популярной модели Lightning Network. Для этого они депонируют монеты в мультиподписной адрес, которым владеют совместно и для расходования средств требуются подписи обоих. Они могут обновлять своё «сальдо» при каждой операции, не публикуя транзакции в блокчейне, пока не решат перераспределить балансы. В этот момент они создают транзакцию, отправляющую балансы на их адреса, подписывают её и транслируют в блокчейн. Все другие транзакции бесплатны и почти мгновенны, поскольку происходят офчейн. Хотя этот метод требует сотрудничества, существуют специальные механизмы для наказания попыток мошенничества, так что незнакомцы могут взаимодействовать безопасно без доверия.

Маршрутизация платежей

Платёжные каналы полезны для участников, ожидающих большой объём транзакций, но они становятся ещё полезнее, когда создаётся сеть каналов. Это означает, что Анжела может платить участникам, с которыми у неё нет прямого канала. Например, если у Романа есть канал с Сарой, Анжела может заплатить Саре, пока достаточно пропускной способности. Она переведёт средства на сторону канала Романа, и он передаст их на сторону Сары. Если Сара подключена к другому пользователю, Джону, процесс можно повторить.

Такая сеть создаёт распределённую топологию, где каждый связан с несколькими пирами. Существует несколько маршрутов для достижения пункта назначения, и пользователи могут выбирать наиболее эффективный.

Вывод

Чтобы не перегружать базовый блокчейн, есть два подхода к масштабируемости — сайдчейны и платёжные каналы. Хотя они всё ещё развиваются, всё больше пользователей применяют их, чтобы обходить ограничения транзакций базового уровня. Децентрализация важна для роста сети, и рост блокчейна должен быть ограничен, чтобы новые узлы могли легко подключаться. Сторонники офчейн‑масштабирования считают, что в будущем основная цепь будет использоваться в основном для транзакций с высокой ценностью, для пеггинга входа/выхода из сайдчейнов и для открытия/закрытия каналов.