I takt med att blockchain-tekniken får allt större spridning bland både individer och organisationer, har frågan om skalbarhet blivit allt mer aktuell. Du har antagligen stött på den här termen som en av de största utmaningarna inom kryptovärlden.
Men vad innebär egentligen ”skalbarhet”, särskilt i sammanhanget med blockchain-teknik, och varför är det så viktigt?
Vad är blockchain-skalbarhet?
”Skalbarhet” syftar på ett systems eller en process förmåga att fortsätta fungera effektivt trots förändringar i belastning eller storlek. När det gäller blockchain, betyder det förmågan hos ett blockchain-protokoll att upprätthålla optimal prestanda – utan att kostnaderna ökar – när antalet transaktioner, data och användare växer.
Vitalik Buterin menar i en analys [PDF] att blockchain-protokoll strävar efter att vara decentraliserade, säkra och skalbara, men i praktiken lyckas de bara uppnå två av dessa tre egenskaper. Ofta är det skalbarheten som får stryka på foten.
Om en blockchain saknar skalbarhet kan det leda till att transaktioner behandlas långsamt, vilket i sin tur kan orsaka överbelastning i nätverket (förseningar i betalningar) och ökade avgifter. En skalbar blockchain, å andra sidan, kan hantera en stor mängd transaktioner per sekund (TPS) utan att kompromissa med säkerhet, användarupplevelse, avgifter eller konsensus (förmågan att uppnå enighet bland ett stort nätverk av deltagare).
Tre huvudfaktorer avgör ett blockchain-protokolls skalbarhet:
- Latens: Den tid det tar för transaktioner att skickas till nätverksnoder och för svaren att sammanställas för att nå konsensus påverkar skalbarheten. Lägre latens resulterar i ett mer skalbart nätverk.
- Genomströmning: Ett blockchain-protokolls förmåga att behandla transaktioner per sekund är en viktig faktor. Högre genomströmning ger ett mer skalbart nätverk.
- Kostnad: De resurser (beräkningskraft, bandbredd, etc.) som krävs för att driva en blockchain avgör dess skalbarhet. Fler resurser kan innebära högre incitament för nätverksdeltagare. Om incitamenten inte står i proportion till kostnaden för deltagande, kan det bli brist på nätverksdeltagare.
De flesta nyare blockchain-protokoll, som till exempel Solana, är mer skalbara än äldre protokoll som Bitcoin. Dock uppnås detta ofta till priset av ett svagare säkerhetssystem eller mer centralisering.
För att blockchains ska kunna stödja stora ekonomier och användarbaser, är det avgörande att de är skalbara. Användare kommer inte att välja blockchain-protokoll om de är långsamma och dyra, särskilt med tanke på att det finns snabba och prisvärda traditionella alternativ. Det är till exempel både snabbare och billigare att använda VISA för att betala för pizza än att använda Bitcoin. Därför är skalbarhet så viktigt för blockchains.
3 nyckelmetoder för att skala blockchain
Flera blockchain-protokoll har implementerat olika tekniker för att förbättra latens, genomströmning och kostnad utan att tumma på säkerhet och decentralisering. Ingen lösning har dock hittills lyckats lösa det så kallade ”blockchain-trilemmat” fullt ut, och vissa lösningar kompromissar med decentralisering eller säkerhet.
Bildkälla: Trikona/Shutterstock
Därför använder blockchain-protokoll ofta en kombination av lösningar för att öka skalbarheten.
Dessa tekniker kan delas in i tre huvudkategorier.
1. Lager 1-lösningar
Målet här är att förbättra det primära blockchain-nätverket för att kunna hantera fler transaktioner. Detta kan innebära att öka blockstorleken, minska transaktionstiderna eller snabba upp konsensusprocessen.
Lager 1-lösningar implementeras direkt i blockkedjan, med fokus på att förbättra det grundläggande protokollet utan att införa ett sekundärt ramverk. Vanligtvis sker dessa förbättringar genom en blockchain-gaffel.
Till exempel aktiverade Bitcoin Segregated Witness (SegWit) genom en mjuk gaffel år 2017. Denna förändring ökade blockstorleksgränserna och effektiviserade transaktionerna. Senare samma år ledde en hård gaffel till skapandet av Bitcoin Cash (BCH), en alternativ blockchain med större blockstorlekar, kortare transaktionstider och lägre transaktionsavgifter.
Ethereum-blockkedjan genomförde också en hård gaffel 2022. Detta innebar att protokollens konsensusalgoritm byttes från proof-of-work till proof-of-stake. Detta var det första steget i införandet av sharding, som Buterin tror kommer att öka nätverkets skalbarhet ytterligare.
Blockchain-sharding är också en Lager 1-lösning, men den kräver inte nödvändigtvis en gaffel. Istället handlar det om att dela upp nätverket i mindre delar – skärvor – för att distribuera och förbättra transaktionsbehandlingen. Medan Ethereum planerar att implementera sharding någon gång under 2023, har Zilliqa-blockkedjan redan fyra skärvor, vilket minskar transaktionstider, avgifter och ökar användarnöjdheten.
2. Lager 2-lösningar
Till skillnad från Lager 1-lösningar, som implementeras direkt i blockkedjans protokoll, ökar Lager 2-lösningar skalbarheten genom att flytta vissa transaktioner eller processer utanför den primära kedjan. Dessa är sekundära ramverk – state channels och rollups – som byggs ovanpå blockchain-protokollet för att hantera ökad transaktionsvolym.
- State channels: Genom en state channel kan två eller flera parter genomföra transaktioner snabbt, utanför huvudkedjan, samtidigt som transaktionernas slutgiltighet kan säkerställas i kedjan. Exempelvis fungerar Lightning Network ovanpå Bitcoin-blockkedjan och möjliggör Bitcoin-transaktioner utanför den primära kedjan. Med hjälp av smarta kontrakt slutförs transaktionerna. Därefter registreras transaktionen och dess slutgiltighet i den primära blockkedjan, vilket möjliggör tvistlösning och kanalstängning. Ett annat exempel är Raiden Network, som är byggt på Ethereum.
- Rollups: Rollups, antingen optimistiska eller zero-knowledge, utför transaktioner utanför huvudkedjan och skickar sedan in transaktionsdata eller giltighetsbevis till det primära blockchain-protokollet för konsensus. Loopring och Aztec är exempel på zero-knowledge rollups, medan Arbitrium One och Optimism är exempel på optimistiska rollups.
Det finns ytterligare skillnader mellan Lager 1- och Lager 2-blockkedjor.
3. Nya kedjor
Bildkälla: Ico Maker/Shutterstock
Olika typer av nya kedjor – sidechains, plasma chains och Validium chains – kan skapas för att främja effektiv transaktionsbehandling. Polygon är till exempel en Ethereum-sidechain med anpassade specifikationer för att tillgodose specifika behov, men den drar nytta av och förlitar sig på Ethereums stabila grund.
Även om dessa lösningar ibland kallas Lager 2-lösningar, skiljer de sig ganska mycket åt. Lager 2-lösningar är en förlängning av sin Lager 1-motsvarighet och fungerar vanligtvis i linje med den primära blockkedjan. Däremot är sidechains, plasma chains och Validium chains mer oberoende blockkedjor med kopplingar till sin Lager 1-motsvarighet. De tar vanligtvis ansvar för sin egen säkerhet, konsensusalgoritmer och blockparametrar.
Ingen blockchain-skalbarhet, ingen massanvändning
Blockchain-tekniken har potential att revolutionera världen som vi känner den. Den kommer dock inte att kunna göra det om skalbarheten fortsätter att vara en begränsning, eftersom det kommer att förhindra en bredare användning.
Från digitalisering av tillgångar till företag som använder blockchain för att optimera processer, framtiden ser ljus ut för blockchain-tekniken om den kan skalas på ett hållbart sätt utan att kompromissa med decentralisering och säkerhet.