Чому важлива архітектура блокчейн

Архітектура мережі блокчейн визначає, як вона обробляє дані, досягає консенсусу, керує смарт-контрактами та забезпечує доступність. Хоча блокчейн часто обговорюється з точки зору децентралізації або криптографічної безпеки, базовий архітектурний дизайн визначає, чи зможе блокчейн масштабуватися, підтримувати нові програми або залишатися по-справжньому децентралізованим у міру зростання використання. Важливість архітектури блокчейну стає очевидною, коли мережі стикаються з перевантаженням, високими комісіями за транзакції або ризиками централізації — проблемами, які безпосередньо пов'язані з тим, як рівні блокчейну структуровані та взаємодіють.

На ранніх етапах впровадження блокчейну такі мережі, як Bitcoin та Ethereum, працювали з тим, що зараз називають монолітною архітектурою. Це означає, що єдиний блокчейн виконував усі три основні функції — виконував транзакції та смарт-контракти, досягав консенсусу щодо порядку подій і робив дані транзакцій доступними для учасників мережі. Хоча ця модель простіша та ефективна для ранніх випадків використання, вона стає вузьким місцем у міру зростання попиту. Оскільки все більше користувачів здійснюють транзакції в ланцюжку або взаємодіють з децентралізованими програмами (dApps), монолітний дизайн може призвести до повільнішої пропускної здатності, вищих комісій за газ і підвищення вимог до апаратного забезпечення до валідаторів і вузлів. Ці технічні обмеження обмежують доступність як для користувачів, так і для розробників, що в кінцевому підсумку впливає на децентралізацію.

Проблеми, пов'язані з продуктивністю та вартістю блокчейну, не є ізольованими проблемами — вони є системними наслідками того, як побудована мережа. Наприклад, зростання популярності Ethereum також виявило обмеженість його монолітного дизайну. Під час пікової активності користувачі часто стикаються з екстремальними комісіями та затримкою підтверджень. Ці проблеми викликані не поганим кодом або поганою поведінкою користувачів, а архітектурним рішенням об'єднати виконання, консенсус і доступність даних в єдину систему. Оновлення, такі як дорожня карта зведення Ethereum і впровадження рівня 2, є прямими спробами розвантажити частину цього робочого навантаження та перейти до більш модульного дизайну без повної заміни базового ланцюга.

Архітектура блокчейну також впливає на гнучкість. Щільно зв'язана система залишає мало місця для інновацій на рівні протоколу. Розробники, які працюють над розподіленими додатками, обмежені виконавчим середовищем та обмеженнями пропускної здатності головного блокчейну. На відміну від цього, архітектура, яка дозволяє модулярне складання, де різні компоненти, такі як виконання або доступність даних, можуть бути вибрані незалежно, надає розробникам більшу автономію. Це може призвести до створення більш спеціалізованих ланцюжків, призначених для конкретних використань, таких як геймінг, фінанси або соціальні мережі.

Крім того, архітектурний дизайн має довгострокові наслідки для децентралізації. Якщо запуск повного вузла вимагає потужного обладнання через зростаючі вимоги до даних, то менше осіб зможуть приймати участь, що призведе до централізації валідаторів. Блокчейн, який залишається доступним для легких вузлів, не жертвуючи припущеннями про довіру, ймовірніше залишить різноманітну та стійку мережу.

Загалом, архітектура блокчейну не є технічною деталлю, яку можна ігнорувати або абстрагувати. Це базовий дизайнерський вибір, який безпосередньо впливає на масштабованість, ефективність витрат, досвід розробника та безпеку мережі. При тому, як блокчейни розвиваються для підтримки більш складних та глобальних додатків, перехід від монолітної до модульної архітектури стає центральною фокусною точкою інновації—і Celestia є одним із перших проектів, що втілюють цей перехід на рівні основного протоколу.

Що таке Монолітні Блокчейни?

Монолітні блокчейни - це мережі, де всі основні функції - виконання транзакцій, консенсус та доступність даних - обробляються в межах однієї, вертикально інтегрованої системи. Ці мережі обробляють кожну частину життєвого циклу блокчейна в одному місці. Замість того, щоб розділяти обов'язки на модульні шари, та сама група вузлів або валідаторів виконує всі операції.

Біткоін та ранній Ethereum - найвідоміші приклади монолітних блокчейнів. У цих системах гірники або валідатори відповідальні за валідацію транзакцій, досягнення консенсусу та надання даних про транзакції решті мережі. Ethereum також запускає смарт-контракти та децентралізовані додатки (dApps) безпосередньо на своєму головному ланцюжку, що додає до обчислювального навантаження кожного повного вузла.

Переваги монолітних систем

Одна з переваг монолітної архітектури - її простота. Один протокольний шар забезпечує повне середовище для розгортання додатків. Безпека централізована під одним набором валідаторів, який рівномірно захищає всі шари. Розробники та користувачі взаємодіють з єдиною стеком, не потрібно розуміти, як взаємодіють або координуються різні шари.

Обмеження масштабованості та ризики централізації

Проте монолітні конструкції стикаються зі значними проблемами щодо продуктивності та децентралізації. Кожен повний вузол в мережі повинен обробляти кожну транзакцію, зберігати всі історичні дані та виконувати кожний смарт-контракт. При збільшенні активності це ставить зростаюче обчислювальне та зберігальне навантаження на вузли. З часом лише добре фінансовані учасники зможуть запускати повні вузли, що призводить до централізації інфраструктури та управління.

Масштабованість також обмежена. Щоб забезпечити децентралізацію, розміри блоків та ліміти газу повинні залишатися відносно низькими. Але це обмежує пропускну здатність транзакцій, що призводить до заторів та високих комісій. Затор мережі Ethereum під час періодів високого навантаження є добре задокументованим наслідком цих компромісів.

Обмежена гнучкість для розробників

Ще одним недоліком монолітних блокчейнів є обмежена гнучкість, яку вони пропонують розробникам. Середовище виконання, віртуальна машина, логіка транзакцій та модель комісій усі визначаються базовим ланцюжком. Розробники не можуть легко вводити нові функції, моделі виконання або оптимізації продуктивності. Будь-яке оновлення протоколу вимагає широкої згоди і часто жорсткого відгалуження, що може займати багато часу і бути політично складним.

Перехід від монолітних обмежень

Для вирішення цих проблем Ethereum та інші блокчейни поступово впроваджують модульні елементи. Наприклад, дорожня карта Ethereum, спрямована на rollup, делегує виконання зовнішнім rollups, тоді як базовий ланцюжок забезпечує згоду та доступність даних. Це представляє собою частковий вихід із монолітної моделі та підкреслює зростаючий інтерес до більш гнучких, масштабованих архітектур блокчейнів.

Модульний дизайн блокчейну

Модульний дизайн блокчейну відображає зміну від усі-в-одному архітектури монолітних систем. Замість того, щоб мати один ланцюг, який відповідає за всі обов'язки, модульний дизайн розділяє функції блокчейну на окремі шари або модулі. Кожен модуль відповідає за конкретну роль - таку як виконання транзакцій, досягнення консенсусу, збереження даних або вирішення транзакцій - і може бути оптимізований незалежно. Це розділення обов'язків дозволяє мережам більш ефективно масштабуватися, залишаючись при цьому гнучкими та децентралізованими.

Основні компоненти модульного блокчейн стеку

У модульній архітектурі стек блокчейну зазвичай розділяється на чотири функціональні шари: виконання, розрахунок, консенсус та доступність даних.

Шар виконання
Шар виконання відповідає за обробку транзакцій та логіку смарт-контрактів. Це місце, де працюють децентралізовані додатки, і де реалізується бізнес-логіка. Розробники можуть вибрати або створити середовища виконання, призначені для конкретних випадків використання, чи то загальноцільову віртуальну машину, чи то власноруч розроблений час виконання.

Шар розрахунків
Шар розрахунків виступає як остаточний арбітр щодо дійсності транзакцій. Він перевіряє докази, надані верхніми шарами, і забезпечує, що переходи між станами є послідовними. Шари розрахунків також можуть надавати механізми вирішення суперечок у разі шахрайства або недійсних транзакцій.

Шар згоди
Шар згоди відповідає за упорядкування транзакцій та вироблення блоків. Цей шар визначає канонічний ланцюг та забезпечує, що всі участь вузли погоджуються щодо послідовності блоків.

Шар досупності даних
Шар даних про доступність забезпечує, що повний вміст кожного блоку доступний всім учасникам мережі. Це запобігає зловмисникам приховувати або утримувати дані, необхідні для підтвердження транзакцій. Безпечний та масштабований шар доступності даних є важливим для підтримки зовнішніх середовищ виконання, таких як rollups.

Переваги модульного дизайну блокчейну

Модульна архітектура вводить кілька ключових переваг порівняно з монолітичними системами. По-перше, вона дозволяє масштабувати за дизайном. Кожен модуль може масштабуватися незалежно від власних вимог. Наприклад, шар доступності даних може оптимізуватися для пропускної здатності та сховища, тоді як шар виконання може фокусуватися на обчислювальній продуктивності.

По-друге, модулярні системи підтримують більшу децентралізацію. Легкі клієнти можуть взаємодіяти з окремими модулями без запуску повних вузлів. Наприклад, завдяки інноваціям, таким як Вибіркове Семплювання Доступності Даних (DAS), користувачі можуть перевірити доступність даних блоку без завантаження цілого блоку. Це знижує бар'єр для участі та підтримує широкий розподіл валідуючих вузлів.

Третє, модульний дизайн дозволяє гнучкість та інновації. Розробники вже не обмежені обмеженнями одного основного ланцюжка. Вони можуть комбінувати середовища виконання, підключатися до різних постачальників доступності даних або налаштовувати логіку розрахунків. Це створює більш різноманітну екосистему блокчейнів, кожен з них призначений для конкретних потреб — від мереж для швидкої гри до фінансових додатків, спрямованих на конфіденційність.