Порівняння блокчейн-екосистем — Cosmos, Polkadot і Avalanche, з акцентом на зрушення парадигми
Цей матеріал є адаптованим перекладом статті автора Burak Arikan.
Усю інформацію подано винятково в пізнавальних цілях і вона не повинна слугувати підставою для прийняття інвестиційних рішень, а також розглядатися як рекомендація або порада щодо участі в інвестиційних угодах. Do Your Own Research.
У якийсь момент перспективи відкритого децентралізованого інтернету опинилися під загрозою через проблеми з продуктивністю, зручністю використання та енергоефективністю крипто-мереж першого покоління: Bitcoin, Ethereum та їхніх варіантів.
Проєкти нового покоління: Cosmos, Polkadot і Avalanche, вже випустили незвичайні інфраструктури, це не просто блокчейни, а повноцінні екосистеми, які націлені на горизонтальне масштабування. Побудовані на них мережі та додатки, за необхідності, можуть взаємодіяти один з одним. Що стосується міжмережевої економічної безпеки, у них є свої власні варіанти реалізації та компроміси, які матимуть різний вплив, про що детально розпишемо нижче.
Для розуміння тенденції — Amazon Web Services у своєму твіті написали таке: «Вам подобаються цифрові революціонери? Тоді зверніть увагу на Ava Labs, стартап, що стимулює ріст мейнстриму та інновацій у галузі блокчейну та відповідає за запуск блокчейн платформ».
Також вийшла новина про партнерство AWS з Avalanche: «Заглядаючи вперед, web3 і блокчейн неминучі», — сказав TechCrunch Говард Райт, віцепрезидент і глобальний керівник стартапів в AWS. AWS буде підтримувати інфраструктуру Avalanche та екосистему децентралізованих додатків (dApp), а також розгортання вузлів одним клацанням миші через свою торгову платформу.
Рекомендуємо прочитати детальний огляд проєкту Cosmos від Incrypted, там проєкт і всю екосистему розглядають більш предметно.
Кожен із цих трьох проєктів прагне створити мережу блокчейнів для досягнення веб-масштабу, який може вмістити не тільки сотні тисяч, а й мільйони активних користувачів на день, та реалізувати концепцію Web 3.0, що належить і контролюється користувачами. Ця стаття покликана допомогти розробникам, дослідникам, підприємцям, інвесторам та усім, хто прагне до децентралізованого майбутнього, зрозуміти цей зсув парадигми в криптомережах.
Проблеми та реперні точки блокчейн систем
Bitcoin, свого часу, відкрив скриньку Пандори й з часом став «цифровим золотом». Ethereum представив програмовані інтернет-гроші та став платформою для криптоекономічних інновацій: DeFi, NFT, DAps тощо. І все ж Біткойн, Ефіріум та їхні варіанти мають серйозні проблеми, що заважають масовому впровадженню крипто-проектів і блокчейн-технології як такої. Спершу ми розглянемо основні нюанси, а потім скористаємося цими реперними точками для порівняння блокчейн-платформ нового покоління.
Енергоефективність
Щоб відкрита децентралізована мережа комп’ютерів функціонувала належним чином, її незалежні учасники повинні домовитися про загальний стан — досягти консенсусу. І при цьому мережа має залишатися відмовостійкою з дійсним консенсусом, попри недосконалу інформацію чи зловмисників.
Дозвіл участі в консенсусі відкритої мережі, з одночасним запобіганням використанню однією і тією самою сутністю кількох посвідчень (атака Сівілли), здійснюється за допомогою методу допуску, який називається доказом виконання роботи, або PoW. Цей метод вимагає від учасників використання величезної обчислювальної потужності — нераціональна витрата енергії та негативний вплив на екологію.
Для забезпечення безпеки розподіленої обчислювальної мережі, потрібні економічні витрати, нові проекти використовують альтернативний механізм підтвердження частки (PoS) для допуску валідатора, який блокує депозит токена, щоб стати учасником. Депозит як застава має бути досить значним, щоб зловмисні дії або неякісне виконання зобов’язань валідатора в мережі були недоцільними, надризиковими та малоймовірними.
Таким методом досягається аналогічна економічно-ризикова модель між Proof-of-Stake і Proof-of-Work, вартість роботи вузла-валідатора переміщується з OPEX (експлуатаційні витрати майнінгових ферм) на CAPEX (альтернативна вартість капіталу).
Затримка транзакцій
Bitcoin, Ethereum і їхні варіанти використовують консенсус Сатоші Накамото, який вимагає очікування створення декількох блоків, щоб гарантувати, що транзакції не можуть бути скасовані. У результаті блокчейни на основі Накамото мають високу доступність, але низьку швидкість транзакцій через їхню імовірнісну гарантію фіналізації, що вимагає очікування достатньої довжини ланцюжка, з кожним новим блоком ймовірність підробити дані блоку падає в астрономічній прогресії.
Щоб домогтися більш швидкого завершення, багато блокчейн-проектів використовують класичний консенсус практичної візантійської відмовостійкості (PBFT). Він має свої недоліки, зокрема те, наскільки великим може бути набір валідаторів без сповільнення роботи мережі й на користь безпеки, а не часу безвідмовної роботи або живучості.
Обчислювальна пропускна здатність
Обсяг обчислювальної роботи, який може бути виконаний за секунду в розподіленій комп’ютерній мережі, є пропускною спроможністю, вона і визначає, наскільки мережа може масштабуватися.
Часто використовувана метрика «транзакцій за секунду» (TPS), може вводити в оману, оскільки транзакція може стосуватися як простого переказу, так і складного алгоритмічного розрахунку: робота смарт-контрактів. Вони вимагають різного обсягу обчислювальних потужностей.
Реальна пропускна здатність — це кількість обчислювальної роботи за секунду, з якою може впоратися мережа. Для досягнення загальної високої пропускної спроможності в проєктах використовується або стратегія вертикального масштабування, тобто потрібні високопродуктивні обчислення для вузлів і оптимізація програмного забезпечення, або стратегія горизонтального масштабування, тобто паралельне опрацювання даних через поділ мережі на кілька частин.
Вартість транзакцій
Блокчейни повинні знайти спосіб обмежувати потік виконання транзакцій, інакше мережа вузлів, на яких працює блокчейн, буде вразлива для атак типу «відмова в обслуговуванні» через перевантаження, як наслідок крах.
Щоб обійти це обмеження, Біткоїн допускає досить обмежену мову сценаріїв, крім того зростає комісія за транзакції в моменти пікових навантажень. Проблема в тому, чи виконуєте ви простий переказ, чи складний розрахунок у рамках транзакції, всі вони обробляються в одній і тій самій мережі. У результаті, коли мережевий трафік збільшується, транзакційні збори збільшуються навіть для простих дій, тому використання ланцюжка стає ексклюзивним для тих, у кого великі гаманці.
Комісійні виплачуються майнерам як стимул для визначення пріоритетності транзакцій. У той час як комісії за транзакції в мережі Bitcoin діятимуть як єдиний стимул після того, як емісія сягне межі в 21 мільйон. В Ethereum їхня єдина мета — пріоритизувати транзакції. Спалювання комісій за транзакції — це механізм, що набирає обертів у нових проєктах, Ethereum також почав частково спалювати комісії, тому в міру зростання мережевої активності всі власники токенів виграють від дефіциту, що зростає.
Рівень децентралізації
Всупереч поширеній думці, рівень децентралізації Bitcoin і Ethereum насправді низький через концентрацію пулів майнерів: станом на січень 2023 року 85% хешрейту Bitcoin контролюється 5 майнінговими пулами. З валідаторами Ethereum 2.0 теж не все так просто, згідно з даними Santiment від 15 вересня 2022 року, 45.15% нод, запущених для перевірки блоків, оброблення транзакцій і зберігання даних, працюють лише з двома адресами.
Зі збільшенням вартості майнінгу під час консенсусу Накамото стає складніше успішно добувати блок, і потужність для управління мережею об’єднується, тим самим концентруючись на кількох сукупних майнінг-пулах. Блокчейн проекти нового покоління вирішують цю проблему за допомогою різних прийомів, які ми розглянемо нижче.
Справедливий розподіл
Як блокчейн проєкти розподіляють токени в міру зростання мережі з плином часу? Розподіл монет Біткойна створив взаємозалежність між безпекою блокчейна, екосистемою майнінгу та обмінним курсом. Це стало моделлю для багатьох проєктів — у міру того, як майнери приєднувалися до мережі, щоб отримати винагороду у вигляді монет, мережа ставала децентралізованішою та безпечнішою, що приваблювало дедалі більше людей до її використання. У міру зростання попиту ціна збільшується, залучаючи більше майнерів для забезпечення безпеки мережі, коло замикається. У підсумку це безпосередньо впливає на рівень децентралізації — описали вище.
Компанія Ethereum слідувала іншій стратегії — вони попередньо видобули токени з генезис блоку, прибрали загальний ліміт пропозиції, продали частину токенів раннім інвесторам і учасникам публічних продажів, виділили частину у свій фонд для запуску грантів і програм винагород. До переходу на PoS, випуск токенів Ethereum був зосереджений на кількох пулах майнінгу, а найбільшими власниками монет стали біржі.
Важливо: «Справедливий розподіл» згодом визначає, хто має владу в мережі: владу виробляти блоки (приймати або цензурувати транзакції), розділяти мережу, ухвалювати рішення щодо оновлення протоколу, а також владу інвестувати та брати участь у додатках, що працюють у мережі.
Управління
Зміни в мережевому протоколі впливають на всіх користувачів, незалежно від того, знають вони про це чи ні.
У Bitcoin і Ethereum пропозиції щодо поліпшення ведуть до оновлення протоколу і зміни параметрів, які обговорюються, вирішуються, впроваджуються і застосовуються основною спільнотою експертів. Якщо група майнерів зацікавлена в тому, щоб рухатися в іншому напрямку, вони можуть розгалужити протокол і створити нову мережу.
Розподілом коштів на дослідження і розробки зазвичай керує центральний фонд, тоді як з’являються альтернативи, оскільки спільноти збираються навколо координації фондів DAO. Невеликі групи власників токенів або окремі користувачі насправді не мають права голосу під час ухвалення рішень з управління, оскільки вони можуть не мати досвіду, інтересу або обізнаності в тому чи іншому питанні. Навіть якщо вони мають право голосу, вони можуть мати незначний ефект порівняно з великими утримувачами, оскільки голосування зазвичай проводиться за принципом зважування токенів.
Ця ситуація змінюється в міру того, як нові проєкти використовують поєднання більш справедливих механізмів управління: квадратичне голосування, голосування з блокуванням часу, адаптивне зміщення кворуму, делегування голосів, децентралізовані схеми ідентифікації для забезпечення можливості голосування «одна людина — один голос» і поза ланцюжком: підписані голоси на форумах, які доступні більшій кількості власників токенів.
Усі перераховані вище проблеми не тільки стримують масове впровадження децентралізованих мереж, а й змушують наявних користувачів і далі покладатися на централізовані біржі та кастодіальні гаманці. Нетехнічним фахівцям занадто складно регулярно використовувати справді децентралізовані додатки. З іншого боку, існуючі користувачі продовжують використовувати Ethereum і Bitcoin, тому що не знають про ці проблеми. Компанії та інвестори продовжують використовувати їх, тому що хочуть бути там, де є ліквідність, а ранні учасники або «початкові бандити» захищають ці мережі, тому що у них великі позиції. Але є альтернативні рішення.
Сьогодні Ethereum у середньому обслуговує 400-600 тисяч активних користувачів на день, тоді як популярний веб-додаток станом на другу половину 2022 року, такий як Twitter, використовується 200 мільйонами активних користувачів на день, а Facebook налічує майже 2 мільярди активних користувачів на день. Кількість користувачів Layer 2 і Bitcoin буде збільшуватися, але це все одно далеко від веб-масштабу.
Масштабування — дуже важливе завдання для відкритого децентралізованого інтернету і це не проблема завтрашнього дня, а пріоритет, який потрібно вирішити тут і зараз.
У той час як нова версія Ethereum спрямована на усунення проблем масштабування, а його проміжні рішення Layer 2 наразі намагаються задовольнити попит, який постійно зростає, нове покоління платформ Cosmos, Polkadot, Avalanche з мейнетами, запущеними у 2019 і 2020 роках, — реанімувало концепцію справжнього децентралізованого інтернету. Спочатку ми розглянемо технічні дані та концепцію нової версії Ethereum.
Нова версія Ethereum як екосистема EVM
З моменту свого створення нова версія Ethereum змінювалася, запозичуючи механізми з нових наукових досліджень, а також з винаходів нових платформ блокчейна. Нова версія Ethereum стала використовувати proof-of-stake, крім того мережа розділяється на синхронізовані сегменти з метою збільшення загальної обчислювальної пропускної здатності.
Валідатори, що працюють на одній і тій самій віртуальній машині Ethereum(EVM), призначаються на різні мережеві шарди: добувати блоки, накопичувати різні дані про дії користувачів і синхронізуються один з одним за допомогою ретрансляційного ланцюжка під назвою Beacon. Однак спроба синхронізувати всі шарди означає, що потрібно мати узгоджену копію бази даних на всіх вузлах. Це проблематично, оскільки сенс шардингу в розподілених обчисленнях полягає в тому, щоб домогтися масштабування, не реплікуючи всі дані в загальній мережі.
У синхронній моделі або однорідній топології мережі, коли один шард, наприклад популярний шард DeFi, буде використовуватися набагато частіше за інших, він почне мати ті ж проблеми зі швидкістю, вартістю і масштабуванням. Крім того, виникає нова проблема ефективної синхронізації даних між шардами.
Разом із запуском Ethereum 2.0 були запущені так звані рішення Layer 2 роллапи: Optimistic, zkSync, плазми і канали стану, для забезпечення ефективності та швидкості зростаючого попиту на використання Ethereum. Дилема полягає в тому, що моделі довіри другого рівня мають або проміжних центральних операторів, що знижує мету децентралізації та стійкості до цензури, або безліч стимульованих операторів (наприклад, Polygon побудований на Tendermint і працює на декількох валідаторах, Matter Labs прагне до мережі валідаторів із zkSync), що на кшталт того, щоб стати ще одним децентралізованим блокчейном зі своїм власним токеном (наприклад, MATIC) і зрештою конкурувати з першим рівнем, що фактично й сталося, оскільки Polygon почав будувати власну екосистему.
Отже, ці архітектури з одним ланцюжком зіткнуться з тією самою проблемою вартості транзакцій, у міру того, як до них приєднуватиметься дедалі більше користувачів.
Модульна конструкція блокчейна
Наприкінці 2020 року Ethereum ухвалив нову стратегію, під назвою rollup-центрична дорожня карта, яка позиціонує Ethereum як Layer 1 для доступності даних, а проєкти Layer 2 для обчислень. Простими словами, Ethereum хоче стати базовим рівнем, що гарантує доступність даних і розділяє безпеку з rollup.
У результаті Ethereum приймає екосистему блокчейн EVM для обчислень, незалежно від того, чи домінує один rollup, чи співіснують кілька rollup. Фактично, така стратегія вписується в модульну конструкцію блокчейна, що розвивається, де блокчейн може передавати дані або виконання іншим блокчейнам. Узагальнена модель для цієї стратегії розроблена компаніями Celestia й EigenLayr. Ба більше, нова стратегія Ethereum нагадує моделі спільної безпеки, які вже використовуються в Polkadot і Avalanche.
З іншого боку, оскільки Cosmos, Polkadot, Avalanche мають мости до Ethereum принаймні на одному зі своїх EVM-сумісних ланцюжків, їх іноді поміщають в один і той самий «кошик Layer 2», тоді як ці проєкти називають себе Layer 0, оскільки вони забезпечують інфраструктуру для створення взаємопов’язаних, незалежних блокчейнів Layer 1.
Cosmos, Polkadot, Avalanche
Cosmos, Polkadot і Avalanche націлені на горизонтальне масштабування, де блокчейни для конкретних застосунків мають різні віртуальні машини і можуть взаємодіяти з іншими ланцюжками.
Ці інфраструктурні платформи надають можливості для створення власних блокчейнів, що дає змогу розширити простір для проєктування децентралізованих застосунків і активів. Запуск проєкту як суверенного ланцюжка замість набору смарт-контрактів має три фундаментальні переваги:
- Ізоляція продуктивності: Ізоляція вашої мережі від інших мереж гарантує, що на роботу ваших користувачів не вплине непов’язана висока активність у мережі. Тому вона забезпечує вищу продуктивність, і ви можете підключатися до інших мереж, коли це необхідно.
- Передбачувані та настроювані мережеві збори (комісії): Збори в загальнодоступній мережі без дозволів не перебувають під вашим контролем. Висока активність деяких додатків у мережі може збільшити мережеві збори, які будуть довільними для вашого додатка. Наявність настроюваної структури мережевих зборів дає змогу мати передбачувану комісію та усуває розрив між додатками та їхніми користувачами. Вам не потрібні ATOM, DOT або AVAX, щоб використовувати специфічні для програми мережі. Відсутність необхідності змушувати користувачів використовувати інфраструктурний токен для оплати послуг має вирішальне значення для широкого поширення.
- Настроювані валідатори: Настроювані правила і вимоги до валідаторів орієнтують ваш ланцюжок на специфічні потреби конкретного сегмента. Валідатори вашої мережі можуть відповідати вимогам певних юрисдикцій (наприклад, GDPR в ЄС), мати високі вимоги до продуктивності обладнання або мати певні докази для отримання статусу валідатора.
Ці мережі нового покоління також мають мости до Ethereum і незабаром до Bitcoin, мости одна до одної перебувають у стадії розроблення, щоб повністю реалізувати концепцію — інтернет-блокчейнів.
Cosmos, Polkadot і Avalanche мають відмінності на рівні протоколу: механізм консенсусу, топологія економічної безпеки, які впливають на характеристики платформи й способи масштабування мереж.
Наведене нижче порівняння покликане допомогти розробникам, підприємцям, інвесторам, дослідникам і тим, хто розглядає можливість створення інфраструктур нового покоління, зрозуміти відмінності між цими архітектурами та їхні компроміси.
| Cosmos | Polkadot | Avalanche | |
| ⛓ Механізм консенсусу | Tendermint PBFT. | BABE для виробництва блоків (варіант Ouroboros Praos) + GRANDPA для остаточності (варіант PBFT). | Avalanche Consensus (повторна підвибірка серед вузлів і транзитивне голосування в DAG). |
| ⚡️ Допуск валідатора | Proof-of-Stake в основній мережі, опціонально в інших. | Proof-of-Stake в основній мережі, опціонально в інших. | Proof-of-Stake в основній мережі, опціонально в інших. |
| 💳 Затримка транзакцій | Фіналізація — 6-7 секунд. | Фіналізація в цілому за 12-60 секунд (створення блоку і фіналізація розділені). | Кінцевий результат за секунду (імовірнісний, як у біткойна, астрономічно низький відсоток відмов). |
| 🌊 Обчислювальна потужність | Залежить від складності виконання кожного ланцюга, і в міру зростання кількості взаємодіючих ланцюгів мережа в цілому стає необмеженою. | Залежить від складності виконання кожного ланцюга, і в міру зростання кількості взаємодіючих ланцюгів мережа в цілому стає необмеженою. | Залежить від складності виконання кожного ланцюга, і в міру зростання кількості взаємодіючих ланцюгів мережа в цілому стає необмеженою. |
| 💸 Транзакційні витрати | Комісії, що налаштовуються за кожною окремою мережею. | Настроювані комісії по кожній окремій мережі. Попередньо розраховується за допомогою системи Weight. Спалювання плати для кожного ланцюжка є опціональним. | Настроювані комісії по кожній окремій мережі. У первинної мережі фіксована або нульова плата за різні типи функцій, і всі збори згорають. |
| 🕸 Рівень децентралізації (17 березня 2022 року) | Обмежена через квадратичну складність обміну повідомленнями між вузлами. | Обмежений через квадратичну складність обміну повідомленнями між вузлами. | Необмежений через постійну складність обміну повідомленнями між вузлами. |
| 🌐 Топологія міжмережевого зв’язку | Розподілена мережа суверенних ланцюжків із власними валідаторами. Взаємодія через міжблокчейн комунікацію (IBC) і мости. | Ієрархічно успадкована безпека від центрального ланцюга до з’єднаних ланцюгів.Взаємодія через міжланцюжкову передачу повідомлень (XCMP). | Мережа валідаторів, що перекривається, які запускають кілька ланцюжків, одночасно перевіряють первинну мережу. Взаємозамінність між ланцюжками в одній підмережі через схему export-improt, між підмережами через мости наразі. |
| 🏛 Керування | On-chain механізм для зміни параметрів консенсусу та координації засобів. | Уся логіка виконання зберігається на ланцюгу у вигляді бінарних файлів Wasm, що дає змогу безперешкодно оновлювати час виконання. Модулі управління включають голосування зі зважуванням токенів, голосування з блокуванням часу, адаптивне зміщення кворуму. | Параметри блокчейна можна оновлювати шляхом on-chain голосування. |
| 🛠 Розробка | Cosmos SDK і Tendermint як проміжне програмне забезпечення для створення власної віртуальної машини будь-якою мовою. Для того щоб ваша мережа запрацювала, вам необхідно створити співтовариство валідаторів з нуля, а також залучити їх з існуючих ланцюжків. Розгортання смарт-контрактів на EVM-сумісних мережах. | Substrate для побудови власної віртуальної машини в Rust. Ваша мережа починає працювати після того, як ви виграєте слот на аукціоні parachain, який забезпечує успадковану безпеку від релейного ланцюга. Як альтернативу ви можете виростити власну спільноту валідаторів. Розгортання смарт-контрактів на EVM-сумісних мережах (Moonbeam, Acala) або смарт-контракти Ink. | Avalanche Virtual Machine для створення власної віртуальної машини (SDK буде випущено). Для того щоб мережа запрацювала, необхідно залучити підмережу валідаторів — які вже валідують основну мережу — для запуску вашої мережі. Розгортання смарт-контрактів на EVM-сумісній C-chain. |
Механізм консенсусу
Безпечна та послідовна синхронізація змін до спільної бази даних між усіма учасниками децентралізованої мережі досягається за допомогою механізму консенсусу. При цьому мережа повинна залишатися відмовостійкою з дійсним консенсусом, попри недосконалу інформацію або зловмисників.
Практична візантійська відмовостійкість (PBFT), що використовується в Cosmos і Polkadot, вимагає, щоб усі вузли, які беруть участь, взаємодіяли один з одним, тому мережа погоджується на рішення з абсолютною впевненістю. Вона має низьку затримку і швидке завершення, але не може масштабуватися на велику кількість валідаторів у глобальній відкритій мережі, оскільки навантаження на кожен вузол зростає експоненціально, у міру збільшення обсягу роботи з валідації.
Біткойн ввів механізм консенсусу за найдовшим ланцюжком, який забезпечує імовірнісну остаточність і низьку частоту помилок. Він дає змогу створити надійну і масштабовану з часом мережу, але проблема в тому, що він повільний.
- У мережі Cosmos, використовується консенсус Tendermint PBFT, який забезпечує миттєву фіналізацію транзакцій. Однак, оскільки кожен вузол повинен взаємодіяти один з одним, він має квадратичну складність передачі повідомлень і може фіналізувати по одному блоку за раз.
- У Polkadot виробництво блоків і їхнє доопрацювання розділені консенсусом: BABE (варіант Ouroboros Praos) створює блоки-кандидати, а GRANDPA(варіант PBFT) допрацьовує їх партіями. Цей гібридний консенсус певною мірою оптимізує квадратичну складність передачі повідомлень.
- У мережі Avalanche використовується Avalanche Consensus — унікальний механізм, що поєднує повторювану субибірку голосів серед вузлів-валідаторів (Snowball) і транзитивне голосування в Directed Acyclic Graph (DAG), замість лінійного ланцюжка. Оскільки консенсус Avalanche має постійну складність передавання повідомлень, він забезпечує низьку затримку і велику кількість учасників у мережі. Він має ймовірнісну остаточність, як консенсус Накамото, але при цьому налаштовується і має низький відсоток відмов.
Допуск валідатора
Для забезпечення можливості участі в консенсусі відкритої мережі та запобігання використанню кількох ідентифікаторів однією і тією самою особою (атаки Sybil) використовується механізм proof-of-work або proof-of-stake. Як і всі нові проєкти, Cosmos, Polkadot і Avalanche використовують proof-of-stake через його енергоефективність і можливість забезпечити більший простір для розробки. У цих екосистемах також є проєкти, що реалізують легший механізм proof-of-work для справедливого розподілу монет.
Затримка транзакцій
- Cosmos досягає фіналізації за 6-7 секунд.
- Polkadot досягає фінальності за 12-60 секунд загалом, створення блоку і фіналізація розділені.
- Avalanche досягає фіналізації за секунду. Це ймовірнісна фіналізація, як у Біткойна, і має астрономічно низький відсоток відмов.
Обчислювальна потужність
Загальний обсяг обчислювальної роботи за секунду, яку може обробити мережа, залежить від складності віртуальної машини і функцій часу виконання, що використовуються в мережі. Cosmos, Polkadot і Avalanche створюють спеціалізовані асинхронні блокчейн-мережі, тому зрештою їхня мережа загалом не має обмежень щодо пропускної здатності. Що дійсно важливо, так це те, наскільки ці мережі можуть масштабуватися, і їхній вибір міжланцюгової економічної безпеки має значення.
Транзакційні витрати
У міру зростання активності в мережі загалом, транзакційні збори збільшуються. Cosmos, Polkadot, Avalanche будують спеціалізовані мережі, де кожна мережа має свій власний механізм комісій, що базується на зростанні їхнього власного стану.
- Cosmos має настроюваний механізм комісій для кожної мережі.
- Polkadot має настроюваний механізм комісій для кожної мережі. Збори попередньо розраховуються за системою Weight. Спалювання плати є необов’язковим для кожної мережі.
- Avalanche має настроюваний механізм комісій для кожної мережі. Збори за первинну мережу фіксовані або дорівнюють нулю для різних типів функцій, і всі збори згорають, тому власники токенів отримують вигоду від використання з плином часу.
Рівень децентралізації
- Cosmos має квадратичний обмін повідомленнями між вузлами, тому кількість учасників обмежена. Максимальна кількість валідаторів у центральному Cosmos Hub — 300, про що прописано в білій книзі. Необхідні ресурси, щоб стати валідатором обчислюються сотнями тисяч доларів.
- Polkadot оптимізував квадратичний обмін повідомленнями між вузлами та обмеженим числом учасників. Необхідні ресурси, щоб стати валідатором обчислюються мільйонами доларів.
- Avalanche має постійну кількість повідомлень між вузлами, тому кількість учасників необмежена. Необхідні ресурси, щоб стати валідатором обчислюються десятками тисяч доларів.
Децентралізація також є функцією частки валідатора та концентрації винагороди — більше монет, більша частка або вага голосу конкретного валідатора. Розподіл ваги також є проблемою — невелика кількість валідаторів мають непропорційно більшу частку, і водночас багато валідаторів мають невелику вагу. Та ж проблема поляризації ресурсів, що й у звичайному світі.
Справедливий розподіл часток все ще залишається відкритою проблемою для блокчейн-платформ, і кожен проєкт намагається досягти справедливості по-своєму. Наприклад, Polkadot може мати обмежений набір активних валідаторів через консенсус на основі PBFT, але ці активні валідатори отримують рівну винагороду завдяки методу виборів Phragmén. Avalanche може мати необмежену кількість активних валідаторів завдяки новому механізму консенсусу, а середня вага валідатора поступово знижується, підвищуючи рівень децентралізації.
Топологія міжмережевого зв’язку
- Cosmos дає змогу створити розподілену мережу ланцюжків із власними наборами валідаторів. Взаємодія між цими ланцюжками досягається за допомогою протоколу з’єднання Inter-Blockchain Communication (IBC). Кожен ланцюжок повинен реалізувати IBC для того, щоб встановити зв’язок з іншими ланцюжками. Наразі вже реалізовано мережі з підтримкою IBC, що спеціалізуються на таких галузях, як DeFi, смарт-контракти EVM, соціальні мережі, конфіденційність, регенеративне сільське господарство та ігри. У розробці перебувають мости до Ethereum, Bitcoin і до інших блокчейнів. Криптовалютні проєкти на Cosmos і їхні зв’язки можна подивитися тут.
- Polkadot дозволяє ієрархічно успадковувати безпеку від центрального релейного ланцюжка до пов’язаних ланцюжків (parachains). Парачейни не мають власних валідаторів, у них є вузли-колатори, які збирають транзакції й виробляють докази переходу стану для валідаторів релейних ланцюжків. Взаємодія між парачейнами досягається за допомогою формату Cross-Chain Message (XCM), а передача довільних даних можлива завдяки успадкованій безпеці. Наразі функціонують парачейни з різними спеціалізаціями, такими як: DeFi, смарт-контракти EVM, соціальні мережі, конфіденційність та ігри. У розробці перебувають мости до Ethereum, Bitcoin і до інших блокчейнів.
- Avalanche дає змогу створювати мережу валідаторів, що перекривається, організованих у вигляді підмереж, у яких працюють кілька мереж, одночасно перевіряючи основну мережу. Різні мережі в одній підмережі можуть передавати (експортувати-імпортувати) активи одна одній практично миттєво. У той час як зв’язок між підмережами, тобто один ланцюжок у своїй підмережі спілкується з іншим ланцюжком у своїй підмережі, наразі здійснюється через мости (з використанням контрактів ChainBridge-Solidity для EVM-ланцюжків). Що більше підмереж мають пересічні валідатори з іншими підмережами, то вищі гарантії безпеки вони можуть мати під час спілкування один з одним. Це відбувається тому, що у цих пересічних валідаторів будуть спільні інтереси в обох підмережах. Якщо група валідаторів діє зловмисно в одній підмережі, вони також ризикують своєю часткою участі у валідації в первинній мережі, а також в інших підмережах. Хоча метод прямої взаємодії між підмережами ще не оголошено, було б не дивно, якби сама мережа Avalanche виступила як посередник між усіма підмережами. Наразі функціонують 3 ланцюги основної мережі: X-Chain для переказів, P-Chain для стейкінгу, C-Chain для смарт-контрактів EVM. Інші ланцюги та підмережі перебувають у процесі створення екосистеми. Як і в інших платформах, існує міст Avalanche-Ethereum.
Міст між блокчейнами без будь-якого механізму поділу безпеки, як у поточній архітектурі Cosmos, не надто відрізняється від мосту між будь-якими ланцюжками загалом. Таким чином, без загальних гарантій остаточності міжланцюгова комунікація має різний рівень ризику. Успадкована модель безпеки Polkadot дає змогу уніфікувати гарантії остаточності, і під цією парасолькою парачейни можуть безпечно передавати один одному довільні дані. Модель мережі валідаторів Avalanche, що перекривається, дає змогу обмінюватися безпекою між ланцюжками в основній мережі, а незабаром і між ланцюжками в різних підмережах напряму, без необхідності в мості. Таким чином, чим більше підмереж мають валідатори, що перекриваються (які мають спільні інтереси в обох підмережах), тим вищі гарантії безпеки може мати їхній зв’язок. Загалом, валідатори, що перекриваються, між різними ланцюжками (подібно до об’єднаного майнінгу в proof-of-work) можуть забезпечити безпечніший міжланцюговий зв’язок.
Управління
- Cosmos має on-chain механізм для зміни параметрів консенсусу та координації коштів. Також вітаються off-chain обговорення та пропозиції.
- Уся логіка середовища виконання Polkadot зберігається в блокчейні у вигляді двійкового файлу Web Assembly (WASM), що дає змогу оновлювати середовище виконання без розгалуження, тобто рішення ухвалюють автономно за результатами референдуму, не покладаючись на розробників або валідаторів. Модулі управління включають зважене за токеном голосування, ротацію рад, голосування за токеном із прив’язкою за часом, адаптивні механізми зміщення кворуму.
- У Avalanche є певні параметри, які можна поліпшити шляхом голосування on-chain. Розширений механізм управління, заснований на його унікальному консенсусі, перебуває в стадії розробки.
Розробка
Усі блокчейни у своїй основі мають такі компоненти: базу даних, мережу p2p, механізм консенсусу, механізм опрацювання транзакцій і функції переходу стану (час виконання або віртуальна машина). Cosmos, Polkadot, Avalanche надають ці основні компоненти і дозволяють розробникам створювати свої власні функції переходу стану.
- Cosmos надає Cosmos SDK і проміжне програмне забезпечення Tendermint, а також готові рішення — Ignite, що дає змогу програмувати транзакції, додатки та окремі модулі будь-якою мовою. Ви можете створити свою власну віртуальну машину і виростити свою власну спільноту валідаторів. Для того щоб ваш ланцюжок запрацював, вам необхідно створити співтовариство валідаторів з нуля, а також залучити їх з існуючих ланцюжків. Також можна розгорнути смарт-контракти на EVM-сумісних мережах.
- Polkadot надає метапротокол на основі Wasm і комплект для розробки Substrate у Rust. Ви можете розробити свою власну віртуальну машину, використовуючи надані модулі, як-от облікові записи, активи, управління, EVM і створення користувацьких модулів. Також ви можете скористатися моделлю безкоштовного виконання Substrate для планування в мережі, виконання поза мережею і безкоштовних транзакцій. Ваш ланцюжок запрацює після того, як ви виграєте слот на аукціоні парачейн, який забезпечує безпеку, успадковану від ланцюжка ретранслятора. Крім того, ви можете створити власну спільноту валідаторів. Ви також можете розгорнути смарт-контракти в ланцюжках, сумісних з EVM (Moonbeam, Acala), або використовувати смарт-контракти Ink.
Avalanche надає віртуальну машину Avalanche (AVM), де ви можете клонувати та налаштовувати примірник або створювати абсолютно новий як свою власну віртуальну машину (модульний SDK для розробки віртуальних машин ще не випущено). Щоб ваш ланцюжок запрацював, вам потрібно запустити підмережу і залучити валідаторів, які вже перевіряють основну мережу, для запуску вашого ланцюжка. Існує код subnet-evm для запуску користувацького ланцюжка EVM. Ви можете розгорнути смарт-контракти в C-Chain, сумісному з EVM.
Топології гетерогенних блокчейн-мереж
Перехід користувачів із централізованих додатків у децентралізовані, більш імовірний і має більше шансів виявитися успішним, за умови використання неоднорідних (асинхронних, тобто таких, що працюють без повної синхронізації один з одним) мереж спеціалізованих блокчейнів, ніж якщо намагатися зробити це на екземплярах однієї віртуальної машини (версія Ethereum).
У цьому розділі ми детальніше розглянемо, як влаштовані мережі блокчейн і міжланцюгові комунікації для Cosmos, Polkadot і Avalanche.
Екосистема Cosmos
Екосистема Cosmos має топологію розподіленої мережі, де різні блокчейни з різними цілями мають свій власний набір валідаторів, і ці ланцюжки за необхідності взаємодіють один з одним через мости. Цю топологію критикують за те, що вона настільки ж безпечна, як і найменш безпечний ланцюжок (коли найбільш захищений ланцюжок приймає активи з найменш захищеного ланцюжка, він стає менш безпечним). Проте, це також робить загальну мережу стійкою, тому що немає жодної окремої мережі, безпека якої має вирішальне значення для виживання всієї екосистеми. Але тоді чим екосистема Cosmos відрізняється від практично будь-якого блокчейна, що з’єднує інші ланцюжки? Cosmos дотримується політики «без зобов’язань», яка дає змогу таким проєктам, як Binance DEX, Oasis, Terra, Nym і багатьом іншим, використовувати Tendermint для розроблення і запуску власних блокчейнів для конкретних застосунків.
Протокол Inter-Blockchain Communication (IBC) з’єднує блокчейни в екосистемі Cosmos. У міру того як ланцюжки впроваджують протокол IBC, вони з’єднуються один з одним, і загальна ліквідність екосистеми Cosmos збільшується. IBC значною мірою стежить за тим, як працюють блокчейн-мости. Коли ви відправляєте актив з одного ланцюжка в інший:
- Ви блокуєте їх у вихідному ланцюжку.
- Потім сторонній (можливо, федеративний) ретранслятор, який відстежує ланцюжки, забирає квитанцію і доставляє її в ланцюжок призначення.
- Приймаючий ланцюжок перевіряє отримання і надає вам квитанцію про активи у вихідному ланцюжку.
Мережі, які впровадили IBC, мають верифікатори легкого клієнта Tendermint, щоб вони могли використовувати й перевіряти ці квитанції у своїх повідомленнях. Крім того, IBC — це загальний протокол, який може бути реалізовано в різних архітектурах блокчейна(існує реалізація IBC для Substrate).
Успадкована топологія безпеки Polkadot
Polkadot має ієрархічно успадковану топологію безпеки, яка ефективна для довільного передавання даних між його паралельними ланцюжками (парачейнами), але ці парачейни залежать від оренди безпеки з центрального ланцюжка ретрансляції. Парачейнам Polkadot не потрібно створювати спільноту валідаторів, натомість вони орендують безпеку у ретрансляційного ланцюжка. Вони роблять це, виграючи слот (всього ~ 100 слотів) на аукціоні та блокуючи токени DOT Polkadot (вони збирають кошти DOT через краудзайми). Коли ці парачейни підключаються і синхронізуються з ланцюжком ретрансляції через свої вузли зіставлення, їхні функціональні можливості стають негайно доступними.
Одне з критичних зауважень з приводу цього механізму полягає в тому, що різні ланцюжки можуть не потребувати однакового рівня безпеки, крім того, не повинно бути жодного окремого ланцюжка, безпека якого має вирішальне значення для виживання екосистеми. Хоча розповідь Polkadot сьогодні просуває ідею парачейнів без валідаторів, можна просто запустити блокчейн за допомогою Substrate і виростити спільноту валідаторів, не покладаючись на центральний релейний ланцюжок. Парачейн може розвивати своє власне співтовариство валідаторів, розблоковувати свої кошти DOT наприкінці періоду оренди та використовувати мости, коли необхідний міжмережевий зв’язок. Ба більше, може бути кілька ланцюжків ретрансляції, що приносить користь усій екосистемі Polkadot. Ієрархічна топологія, найімовірніше, залишиться, тому що міжланцюговий зв’язок з успадкованою безпекою ефективніший, ніж використання мостів між парачейнами.
Polkadot розробив Cross-Consensus Message Format (XCM), узагальнений формат для зв’язку не тільки між парачейнами, а й між різними смарт-контрактами, мостами й Substrate блокчейнами. XCM працює з вертикальною передачею повідомлень (VMP), яка забезпечує обмін повідомленнями з ланцюжка ретрансляції до парачейнів і назад, і з передачею повідомлень між ланцюжками (XCMP), яка дає змогу парачейнам обмінюватися повідомленнями з іншими парачейнами в тому ж ланцюжку реле. Повідомлення в XCM — це програма, що працює на Cross-Consensus Virtual Machine (XCVM). Цю абстракцію для програмування мереж і створення компонованих міжланцюгових додатків можна також використовувати в інших різнорідних блокчейн-мережах.
У міру того як парачейни розширюють своє співтовариство, вони також можуть захотіти мати свої власні набори валідаторів, щоб вони могли стати релейним ланцюжком, який здає в оренду безпеку іншим ланцюжкам. Хоча вкладений механізм спільного використання безпеки може стати складним, усі суб-парачейни матимуть загальні гарантії остаточності, а загальна кількість переходів станів за секунду збільшиться, збільшуючи сукупну обчислювальну пропускну спроможність усієї мережі Polkadot.
Топологія мереж Avalanche, що перекриваються
Кожен вузол валідатора Avalanche повинен забезпечувати безпеку основної мережі, одночасно забезпечуючи безпеку інших підмереж. Набір валідаторів утворює підмережу. Підмережа може перевіряти кілька блокчейнів, тоді як кожен блокчейн перевіряється тільки однією підмережею. Іншими словами, вузол валідатора може бути членом багатьох підмереж. Коли ви починаєте новий ланцюжок, вам необхідно створити стимули для залучення підмережі валідаторів, які вже працюють у первинній мережі та можливо, працюють в інших мережах. Якщо ваша мережа залучає нових валідаторів, то вони повинні мати можливість працювати з первинною мережею, а також із підмережею, у якій працює ваша мережа. Загалом, архітектура підмережі забезпечує мережу валідаторів, що перекривається, що зумовлено новим механізмом консенсусу Avalanche.
Оскільки консенсус Avalanche робить повторювану субвибірку серед вузлів-валідаторів, йому потрібні не всі вузли, а лише невеликий набір вузлів для зв’язку один з одним, що призводить до низької складності обміну повідомленнями в мережі. Таким чином, вимоги до пропускної спроможності та обчислювальної потужності на вузол залишаються постійними навіть при зростанні мережі до багатьох тисяч валідаторів. У результаті, з точки зору участі валідаторів, ланцюжки побудовані на Avalanche, є більш інклюзивними, ніж Polkadot і Cosmos, завдяки необмеженій участі в кожному ланцюжку. Скільки ланцюжків може запустити валідатор, залежить від часу виконання ланцюжка/складності конструкції віртуальної машини та наразі залишається відкритим питанням.
Взаємодія між ланцюжками Avalanche ефективна не лише завдяки швидкому завершенню, а й завдяки тому, що вони перебувають в одній первинній мережі, що дає змогу використовувати спільні гарантії завершення (на даний момент передання активів між X-Chain, P-Chain і C-Chain відбувається практично миттєво). Модель спільного використання безпеки відрізняється від Polkadot або від того, як це передбачається в новій екосистемі Ethereum, орієнтованій на роллапи. Нова архітектура підмереж Avalanche дозволяє створювати мережі з більш високою щільністю. Це відбувається тому, що поділ безпеки відбувається не тільки між ланцюжками в первинній мережі, а й між ланцюжками у всіх підмережах, що перетинаються. Це забезпечує композитність і програмованість мереж, відкриваючи новий простір для проєктування, а також дає змогу створити тип групоутворювальної мережі (див. закон Ріда), яка може експоненціально масштабуватися до багатьох мільйонів щоденних активних користувачів для реалізації концепції Web 3.
Додатки
Гетерогенні блокчейн-мережі Cosmos, Polkadot, Avalanche пропонують великий простір для проектування завдяки своїм інноваціям у базовій інфраструктурі. Донині Ethereum був місцем, де відбувалися інновації в криптоекономіці. Команди, які працюють над цими новими мережами, спочатку створили прославлені версії того, що існує на Ethereum (децентралізовані біржі, автоматичні маркет-мейкери (AMM), кредитування, стейблкоїни, агрегатори, страхування, платформи NFT тощо), але є також проєкти, що відкривають нові можливості.
У мережі Cosmos, Osmosis поєднує в собі конфіденційність транзакцій з функціональністю міжмережевого AMM і реалізує IBC для з’єднання з іншими ланцюжками. Celestia кодує блокові дані для підвищення безпеки легких клієнтів, що є ключовим компонентом взаємодії між самостійними мережами та їхніми різними рівнями безпеки в екосистемі розподіленого ланцюжка. Regen дає змогу криптоекономічній платформі стимулювати регенеративне сільське господарство і використовує дані датчиків і супутників з аудиторською екосистемою. Nym включає змішану мережу, яка запобігає аналізу мережевого трафіку зловмисником, здатним спостерігати за всією мережею. Nym використовує Tendermint і смарт-контракт Cosmwasm, що керує службою каталогів, зв’язком вузлів і делегованим стейкінгом mixnet. Penumbra дає змогу зберігати конфіденційність міжланцюгових мережевих транзакцій. Tendermint також використовується в таких великих проектах, як Binance DEX і Polygon.
У мережі Polkadot, парачейн Acala — це центр DeFi, який забезпечує функціональність від AMM до кредитування стейблкоїнів. Moonbeam — це ланцюжок смарт-контрактів, сумісний з EVM. Subsocial будує децентралізовану платформу соціальної мережі. Robonomics займається створенням автономних сервісів для роботів. Bit Country — це платформа для запуску вашого віртуального світу/метавсесвіту для вашої спільноти. Integriee і Phala використовують Trusted Execution Environments (TEE) для забезпечення децентралізованих конфіденційних обчислень і зашифрованого зберігання даних. Хоча всі парачейни сумісні з міжмережевою екосистемою Polkadot за дизайном, вони повинні справді використовувати неймовірну компоновку, ефективність використання пам’яті та можливості автоматичного оновлення метапротоколу інфраструктури Substrate, щоб забезпечити нові варіанти використання.
C-Chain Avalanche, сумісний з EVM, від самого початку привертав увагу розробників, які створюють ефективні версії проєктів Ethereum. Pangolin — це швидкий AMM, клонований з Uniswap. TraderJoe почав свою діяльність як AMM і додав кредитування на шляху до того, щоб стати центром DeFi. Додаток Benqi для кредитування і запозичення являє собою версію Compound, але також запустив ліквідний стейкінг для AVAX. Platypus — найкраща версія стабільної заміни Curve, оскільки в ній є управління активами й пасивами. Найбільші проєкти Ethereum, такі як Aave, Curve, Sushiswap, що використовують мультичейн-стратегію, також були запущені на C-Chain і залучили величезну ліквідність. Екосистема Avalanche також має новий тип активів, один з яких призначений для фінансування судових процесів. У поєднанні з DAO це може справити величезний вплив на об’єднання наявних правових систем із криптомережами. Фактично, геніальний консенсус Avalanche і топологія підмереж, що перекриваються, разом забезпечують величезний простір для інновацій для нових проєктів.
Висновок
Гетерогенні блокчейн-мережі Cosmos, Polkadot і Avalanche забезпечують незвичайну інфраструктуру для створення інтернету блокчейнів, яка демонструє, що асинхронна гетерогенна мережева модель працює ефективно і є покращенням порівняно з Bitcoin і Ethereum у їхньому нинішньому вигляді. Зрештою вони вміщатимуть мільйони щоденних активних користувачів і досягнуть концепції Web 3, що належить і контролюється користувачами.
Співіснування подібних архітектур корисне для децентралізованого інтернету, оскільки вони мають свої власні можливості вибору концепції та компромісів. Розуміння відмінностей і подібностей цих нових інфраструктур сьогодні, допоможе створити системи, орієнтовані на майбутнє. Проєкти, що використовують ці інфраструктури, вийдуть за рамки додатків смарт-контрактів, стануть масштабованими системами виробничого масштабу з власними спеціалізованими мережами й спільнотами, а також продемонструють раніше неймовірні варіанти використання.
У сухому залишку залишаються деякі питання: як зробити так, щоб ліквідність ефективно перетікала між ланцюжками, а не замикалася в рамках окремих мереж? Як ці відкриті організації, що діють через мережі, допоможуть запобігти появі мережевих китів і забезпечать справедливий розподіл багатства і влади, тобто запобігатимуть концентрації активів в одних руках, щоб запобігти централізованому управлінню і цензуруванню неугодних?
Усю інформацію подано винятково з пізнавальною метою і вона не повинна слугувати підставою для ухвалення інвестиційних рішень, а також розглядатися як рекомендація або порада щодо участі в інвестиційних угодах. Do Your Own Research.
Буде цікаво
