Децентралізоване Lego: як працюють і для чого потрібні модульні блокчейни
Трилема блокчейна свідчить, що розподілена мережа має три основні властивості: масштабованість, безпека і децентралізованість. Повною мірою можуть бути реалізовані тільки дві, тоді як третя «приноситься в жертву».
Блокчейн-індустрія поставила на чільне місце безпеку, віддавши перевагу мережам на кшталт Ethereum і біткоїна. Але властива їм проблема пропускної спроможності загострюється в міру зростання кількості користувачів і є основною перешкодою для масового розповсюдження технології.
Щоб подолати цей бар’єр, потрібні нові концепції та рішення. Один із можливих шляхів — модульність, яка, на думку Віталіка Бутеріна та інших експертів, визначить архітектуру блокчейнів у середній і довгостроковій перспективі.
Команда Incrypted розібралася, у чому виражається модульність децентралізованої мережі, які проблеми вона вирішує і чому цей наратив активно набирає обертів саме зараз.
Концепція модульного блокчейна
Для безперебійної роботи децентралізована мережа повинна виконувати три основні функції:
- забезпечення консенсусу — взаємодія нод і досягнення ними згоди стосовно стану мережі;
- виконання транзакцій — обробка операцій, включно з обчисленнями та оновленням стану мережі відповідно до змін;
- доступність даних — зберігання інформації про оброблені транзакції для відновлення повної історії станів блокчейна.
Деякі фахівці також виокремлюють так звану функцію врегулювання або вирішення спорів (settlement) — вона гарантує незворотність підтверджених транзакцій і забезпечує арбітраж у разі оскарження їхньої валідності. У монолітних блокчейнах ця функція об’єднана з консенсусом і не розглядається окремо, а в модульних мережах є опціональним блоком.
У динаміці це виглядає наступним чином:
- Виконавці хешують транзакції і формують блоки, на основі яких оновлюється стан мережі.
- Вузли приходять до консенсусу про стан мережі, затверджуючи або відкидаючи нові транзакції.
- Ноди додають затверджені блоки у свої копії блокчейна, забезпечуючи таким чином доступність даних для всіх учасників.
Останні два процеси нерозривно пов’язані, оскільки без попередніх станів неможливо валідувати нові транзакції, а без консенсусу дані про нові операції не будуть додані до блокчейну. Саме тому всі валідатори мають зберігати повну історію мережі.
У більшості сучасних блокчейнів три перелічені вище завдання виконуються всіма вузлами, тому такі мережі називаються монолітними. Подібна архітектура орієнтована насамперед на безпеку, але має свої обмеження, про які ми поговоримо пізніше.
На противагу монолітним мережам, існує модульна модель блокчейна. Вона передбачає поділ цих функцій на окремі рівні.
Кожен рівень працює як окремий модуль, заточений під вирішення конкретних завдань. Ці шари можуть комбінуватися один з одним.
Така концепція відкриває дорогу до спеціалізації, оскільки для обслуговування кожного рівня можуть використовуватися адаптовані під конкретне завдання вузли. Це потенційно підвищує масштабованість мережі за рахунок оптимізації нод і додавання нових шарів.
Важливо відрізняти модульну мережу і модульну екосистему. Перший термін стосується проєктів, які забезпечують компонований рівень консенсусу і доступності даних, як Celestia (хоча можуть підтримувати і вузли виконання).
Екосистема ж у широкому розумінні охоплює рішення для виконання транзакцій (як роллапи), врегулювання суперечок (різні концепції доказів) тощо. Із цих схожих на «лего» рівнів і складається модульний блокчейн.
Передумови для розвитку модульних мереж
Концепція модульного блокчейна загалом не нова для крипторинку, але її розуміння еволюціонувало з часом. Одними з перших успішних проєктів у цьому напрямі стали Cosmos і Polkadot, запущені 2019 року і 2020 року відповідно. Щоправда, спочатку вони позиціонували себе як інфраструктуру для кросчейн-взаємодії і порівняно нещодавно змінили концепцію в бік модульності.
То чому ж після хайпу навколо Cosmos і хвилі монолітних мереж першого рівня (L1) на кшталт Solana, Fantom і Near розробники знову повернулися до ідеї поділу функцій? Причин кілька.
Вирішення трилеми блокчейна
Стислий виклад трилеми блокчейна представлено у вступній частині статті. Віталік Бутерін формалізував цю концепцію 2017 року, резюмувавши недоліки наявних на той момент мереж.
Усі «вбивці Ethereum» прагнули розв’язати проблему, пропонуючи нові механізми консенсусу, протоколи передавання й оброблення даних, архітектуру мережі та інші рішення. Однак загальновизнаної відповіді на виклик досі немає:
- Ethereum все ще повільний;
- Solana, як і раніше, централізована;
- Cosmos-чейни порівняно слабо захищені.
У міру того, як монолітні блокчейни демонстрували нездатність знайти вихід із трилеми блокчейна, активність і розробка в цьому напрямку пішли на спад.
Новий вектор пошуків зосередився навколо модульних мереж і був сформований, з одного боку, успішними кейсами Cosmos і Polkadot, а з іншого — рішеннями другого рівня (L2) і розробкою Celestia компонованого шару консенсусу.
Приклад Ethereum
Ethereum став ключовим драйвером зростання інтересу до модульних мереж. Хоча сам блокчейн наразі залишається монолітним, презентована Бутеріним 2021 року концепція передбачає поступовий перехід до поділу функцій мережі між різними типами нод. Детальніше еволюцію мережі викладено в дорожній карті проєкту.
Незважаючи на те, що Ethereum тільки на початку свого шляху, в контексті L2-екосистеми накопичувальних пакетів мережу вже можна розглядати як ранній прототип напівмодульного блокчейна. Зв’язка першого і другого рівнів багато в чому визначає бачення модульної архітектури в цілому.
Однак накопичувальні пакети не усувають основного вузького місця масштабованості — доступності даних. Роллапи публікують інформацію про транзакції в L1-мережі. Хоча дані зберігаються як calldata і безпосередньо не пов’язані зі станом блокчейна, їхній обсяг, а з ним і вимоги до вузлів, продовжують зростати.
Тому з одного боку, Ethereum показав вдалий приклад перенесення рівня виконання за межі монолітної мережі, з іншого — продемонстрував, що цього недостатньо і потрібні подальші розробки в цьому напрямку. Зокрема, для забезпечення доступності даних.
Наявність необхідних технологій
Не менш важливим аспектом став і розвиток технологій, необхідних для забезпечення безпеки та ефективності модульних мереж, а також спрощення їхньої розробки. Ключові рішення в цьому напрямі:
- кросчейн-інфраструктура — проєкти на кшталт LayerZero і CCIP від Chainlink дають змогу проводити кросчейн-обмін даними швидше, простіше і безпечніше. Це необхідні рішення для модульного блокчейна, в якому поєднуються рівні з різних мереж;
- докази з нульовим розголошенням — це найперспективніша технологія для розв’язання проблеми зберігання і доступності даних. Її активна інтеграція в блокчейн почалася тільки у 2021-2022 роках;
- технічні стеки — OP Stack, Cosmos SDK, Polygon SDK, Celestia Rollkit та інші набори інструментів спрощують і здешевлюють запуск нових модульних мереж на базі вже наявної інфраструктури, тим самим знижуючи вхідний поріг для розробників;
- рестейкінг — дає змогу валідаторам забезпечувати безпеку одразу декількох мереж, а також спрощує побудову власного рівня консенсусу в модульній мережі та підвищує безпеку порівняно з парачейн-архітектурою Cosmos.
Ці напрацювання спрощують складний процес створення модульних блокчейнів і побудову на їхній основі децентралізованих додатків. Крім того, навколо концепції модульності виросла ціла екосистема — від платформ RaaS (rollup-as-a-service) до рівнів консенсусу і постачальників секвенсорів.
Екосистема модульних мереж
Оскільки рівні модульних блокчейнів розділені і можуть компонуватися з шарами інших мереж, існують постачальники рішень для всіх основних і другорядних функцій. Технічна екосистема модульних мереж ширша, ніж у монолітних аналогів, і включає такі категорії проєктів:
- агенти рівня виконання;
- постачальники даних;
- протоколи кросчейн-обміну даними;
- постачальники доказів;
- інфраструктура і набори інструментів.
При цьому основним сектором залишаються базові мережі, що надають свій рівень консенсусу. Цей шар відповідає відразу за два аспекти трилеми блокчейна — безпеку і децентралізацію — і його найскладніше вибудувати самостійно. Ключовими проєктами базового рівня є:
- Ethereum — фундамент для екосистеми накопичувальних пакетів другого рівня. Не є модульним, тому взаємодіє з рівнем виконання через смарт-контракти;
- Celestia — повністю модульна мережа з розділеними функціями та підтримкою суверенних накопичувальних пакетів. На момент написання працює в тестнеті;
- Avail — рівень консенсусу і доступності даних для модульних мереж від Polygon. Використовує суверенні накопичувальні пакети. Також на стадії тестнету.
Мережі на кшталт Polkadot або Cosmos пропонують (або розробляють) рішення успадкованої безпеки і пакети для розробників, тому також можуть вважатися в деякому сенсі модульними.
Таким чином, у вересні 2023 року на ринку все ще немає повноцінного модульного блокчейна, який дав би змогу забезпечити вільне компонування рівнів консенсусу, виконання і доступності даних. Найближче до реалізації цієї концепції підібралась Celestia, але тільки запуск мейннету покаже, як проєкт працюватиме в реальних умовах і наскільки корисним виявиться для розробників.
Еволюція модульного наративу
Ще рік тому історія про модульність сприймалася як «модульні vs. монолітні» блокчейни. Однак сьогодні ми переживаємо технічну та концептуальну еволюцію цієї ідеї зі зміщенням від протистояння до взаємодії та взаємодоповнення різних типів мереж.
Монолітні та модульні блокчейни мають свої переваги та недоліки, краще адаптовані для тих чи інших завдань. Наприклад, запустити децентралізований застосунок у L1-мережі простіше, ніж створювати для нього свій аппчейн з використанням модульного стека.
Однак, якщо ви намагаєтеся реалізувати функціонал, що виходить за рамки монолітного блокчейна, або маєте намір розвинути цілу екосистему на кшталт Frax, то власна мережа з успадкованою безпекою може бути більш підходящим рішенням.
Ethereum націлений на рух у бік модульності, розглядаючи роллапи і шардинг, як спосіб вирішення трилеми блокчейна. Але це не означає, що інші проєкти будуватимуться за тим самим принципом.
Так, Solana зараз переживає ренесанс і розвиток DeFi-сектора, оскільки може забезпечити високу швидкість і низьку вартість транзакцій. При цьому вона залишається монолітною і високо централізованою, але розмір комісій для DeFi-сектору часто важливіший за децентралізацію.
Модульна інфраструктура нового покоління дає змогу будувати блокчейн з «лего», запозичуючи готові модулі, але не завжди такі складені мережі — найкраще рішення. Для кожного завдання є своя оптимальна архітектура, а значить і для монолітних блокчейнів залишиться місце в індустрії.
