Специально от Hdghg для TheFarm и WMarket.

Оригинал статьи от Signature Ventures Blog:

Celestia (ранее LazyLedger) создает масштабируемый уровень доступности данных общего назначения для децентрализованного интернета будущего. В то время как многие решения по масштабируемости привязаны к конкретному блокчейну, Celestia помогает решить проблему с нуля, фокусируясь на реальном узком направлении: доступности данных. Такой подход делает доступными большие объемы данных, что в конечном итоге позволяет масштабировать всю децентрализованную экосистему. Недавно мы приняли участие в сид-раунде в размере $1,5 млн. вместе с Interchain Foundation, Binance Labs, Maven 11, KR1, P2P Capital и другими.

В 2017 году, в течение короткого периода времени, блокчейн стал предметом всеобщего обсуждения. В то время как некоторые были в восторге от возможностей, которые открывает децентрализованный мир, и с радостью поставили все на это, большинство с осторожностью или откровенным скептицизмом отнеслись к обещаниям технологии, которая может обрабатывать только один блок транзакций за раз. В конце ноября 2017 года компания Dapper Labs выпустила в мир свою игру Cryptokitties, основанную на блокчейне, которая сыграла большую роль в перегрузке блокчейна Ethereum, обеспечив почти 12% всех транзакций. Это не только доказало высказывания скептиков, но и случайно создало самый популярный образ проблемы масштабируемости, с которой сталкивается блокчейн до сегодняшнего дня.

Прошло два с половиной года, и Cryptokitties нашли себе новый дом на новом блокчейне Flow от Dapper Labs. Это свидетельствует о том, что Ethereum, возможно, не является "мировым компьютером", и для разных приложений могут потребоваться разные блокчейны для оптимальной производительности. Между тем, DEFI на Ethereum разрастается, причем лидируют децентрализованные биржи (DEX) и стейблкоины. Фактически, только на наиболее известную DEX, Uniswap, приходится около 20% комиссий за транзакции. Успех отправки долларов США в течение нескольких секунд на любой кошелек и торговли токенами без посредников в сочетании с практически безграничной гибкостью в программировании распределения капитала показывает, как может выглядеть финансовая система, основанная на цифровых технологиях. Единственная проблема: успех создает спрос на блокчейн-пространство, а это пространство, как известно, дефицитно и дорого. Это и есть проблема масштабируемости.

Масштабируемость и пропускная способность

Масштабируемость часто путают с увеличением пропускной способности.

Если одна машина может обработать и валидировать Х транзакций (т.е. произвести блоки), то добавление второй машины приведет к удвоению количества обрабатываемых транзакций, но при этом затраты (оборудование, энергия и т.д.) также удвоятся. В свою очередь масштабируемость предполагает такое решение, при котором одна и та же машина сможет обрабатывать большее количество транзакций. В основе многих ранних блокчейнов, таких как EOS или TRON, лежало либо использование меньшенго количества нод, либо меньшее время генерации блока, при этом они утверждали, что они более масштабируемые, нежели Ethereum.

Однако, как показал Джон Адлер (директор по исследованиям Celestia) на своей презентации на EthDenver в прошлом году (примерно 2:30 мин.  на видео), там вообще не могло идти и речи о какой-то масштабируемости. Причина, по которой EOS имеет более высокую пропускную способность, чем Ethereum, заключается в том, что к узлам сети предъявляются более высокие требования относительно их мощности. Аналогичным образом, увеличение размера блока не увеличивает масштабируемость, поскольку транзакции в бОльших блоках по-прежнему должны обрабатываться так же, как и в меньших блоках. Такое “масштабирование” получило название масштабирования 1 уровня, поскольку увеличение пропускной способности достигается за счет прямого изменения параметров блокчейна. Мы не говорим, что такой метод имеет негативный эффект (наоборот), но истинное увеличение масштабируемости значительно сложнее и намного выгоднее.

С другой стороны, более современные проекты блокчейн, такие как Cosmos, Polkadot или даже Ethereum 2.0, кажутся более перспективными. В отличие от блокчейнов, которые появились в 2017/2018 годах в течение нескольких месяцев, их разработка, включая предварительные исследования, часто занимала годы, и они внедрялись постепенно, добавляя функциональность с течением времени. Прежде всего, такой подход является очень сложным в блокчейне, который должен обеспечить децентрализацию и безопасность в масштабе. Помимо подходов к масштабированию непосредственно на блокчейне (L1), большинство исследований сосредоточено на масштабировании L2. Их также называют "оффчейн", поскольку модификации подключаются к блокчейну без прямого изменения основной механики. Концепции масштабируемости второго уровня можно разделить на два лагеря:

State channels ("канал состояния сети” (под термином state chanel обычно подразумевается платежный протокол или другими словами L2 надстройка основной сети): Это блокчейн-взаимодействия, которые осуществляются в сети блокчейн, но никогда не записываются в цепочке, за исключением начального и конечного состояния. Преимущество этого свойства заключается в том, что КСС используют модель безопасности базового блокчейна и не требуют дополнительных валидаторов. Недостатком является то, что они ограничены фиксированным набором участников и неэффективны с капитальной точки зрения, поскольку для их использования требуется полная предоплата. Lightning на базе Биткойна является наиболее известной реализацией “канала состояния сети” для облегчения платежей.

Сайдчейн: Это отдельные цепи, которые совместимы с основной цепью и содержат свою собственную модель безопасности и параметры блока. Причина, по которой цепочка является "побочной" по отношению к "основной", чисто функциональная, поскольку теоретически как основной, так и побочный блокчейн являются независимыми. Однако оба они оптимизированы для выполнения различных задач, при этом сайдчейн регулярно записывает данные в основную цепь, который отвечает за окончательное урегулирование транзакций.

Многие из прежних решений были разработаны с учетом конкретных сценариев использования (прежде всего, платежей) в погоне за мощностью VISA по количеству транзакций в секунду. Таким образом, платежные каналы казались многообещающим подходом. Однако постепенное внедрение показывает, что их нельзя легко распространить на другие области, помимо платежей, из-за явной аргументации и сложности разработки для конкретного приложения. Более того, они неэффективны с капитальной точки зрения, поскольку каждый канал должен быть заранее профинансирован для использования.

Сайдчейн стал еще одним способом, с помощью которого люди начали думать о масштабируемости. Не каждая транзакция одинаково важна для всех в сети. Таким образом, мы можем создавать цепи с определенной целью (например, приложение или процесс), которые привязаны к основной цепи и имеют свои собственные параметры процесса (размер блока, время блока и т.д.). Отсюда средства могут быть перемещены на сайдчейн, использованы и возвращены обратно на мейн. Однако сама по себе эта концепция не увеличивает масштабируемость. Поскольку транзакции теперь обрабатываются параллельно, пропускная способность выросла на количество сайдчейнов, в то время как расчеты по-прежнему ограничены пропускной способностью основной цепочки. Это означает, что хотя транзакция могла быть "одобрена", она может быть отменена в будущем из-за какого-то вредоносного поведения. Что еще хуже, средства могут быть украдены, поскольку сайдчейн полагается на свою собственную независимую модель безопасности и не пользуется преимуществами мейнчейна. Таким образом, изначально осознание преимуществ сайдчейна и разработка “архитектуры“, способной устранить риски, сделали сайдчейн непривлекательным по сравнению с КСС (см. ранее). Тем более, что базовая концепция не предлагает очевидных преимуществ масштабируемости.

Роллапы и будущее масштабирования

В частности, Ethereum собрал множество исследований, посвященных масштабируемости, и неудивительно, что большинство новых решений сначала выпускаются для Ethereum. Более того, учитывая общий характер вычислений Eth, большинство исследований было направлено на проекты, связанные с сайдчейном, поскольку их архитектура легко обобщается по сравнению с КСС. Фактически, из списка текущих решений для масштабирования почти все являются сайдчейнами в виде Rollups или Plasma.

В частности, роллапы захватили мир. Говоря в общих чертах, они предлагают механизм для размещения моментальных снимков сайдчейна на основной сети через регулярные промежутки времени с минимальными предположениями о доверии. Технически роллап представляет собой тип сайдчейна с двусторонней привязкой к мэйнчейну, где транзакции регулярно объединяются в один хэш ("rolled-up” (сворачиваются)) и фиксируются в смарт-контракте на мэйнчейне. Транзакции блока роллапов также фиксируются в мэйнчейне, но не выполняются. Кроме того, они "trust-minimized” (минимизированы доверием), что означает, что средства на сайдчейне не могут быть украдены создателей блоков сайдчейна, даже если все они вступят в сговор. Это происходит благодаря механизму взаимодействия между mainchain и sidechain. По сути, этот механизм определяет два типа роллапов:

Optimistic Rollups (Оптимистичные роллапы): Здесь в mainchain публикуется только минимальная информация без каких-либо доказательств, и только в случае злонамеренного поведения требуются дальнейшие действия (поэтому "оптимистичный"). Плохие транзакции (и, следовательно, плохие блоки роллапов) могут быть обнаружены и исправлены любым человеком с помощью fraud proof доказательства мошенничества (более свежую версию статьи можно найти здесь) в течение определенного времени после фиксации роллапа в мейнчейне.

Zero-Knowledge Rollups (ZK-Rollups): здесь вместе с роллапом в майнчейн публикуется доказательство достоверности, которое может быть использовано для проверки правильности транзакций в Роллапе. Построение доказательства достоверности является более сложным и ресурсоемким. Однако после того, как пруфы опубликованы, окончательность блока роллапа зависит только от окончательности майнчейна.

Доступность данных: Слой, который связывает все воедино. Основное отличие роллапов от классических сайдчейнов заключается в том, что в роллапах все транзакции публикуются в майнчейн, но не подтверждаются напрямую. Таким образом, они не выполняются. Это решает две проблемы: а.) зависимость от (полу)доверенного посредника между сайдчейном и мейнчейном и б.) отсутствие валидации означает отсутствие необходимости выполнять транзакцию на мейнчейне (а только на сайдчейне), что является ресурсоемкой частью. После публикации всех данных в сети любой желающий может проверить достоверность блока роллапа. Это называется доступностью данных, и оказывается, что ее легче масштабировать, чем выполнить.

Доступность данных связана с проблемой того, что все данные, которые должны были быть опубликованы, на самом деле опубликованы и доступны. Эта проблема настолько важна, что без нее роллапы вообще не будут работать, поскольку и доказательства мошенничества, и доказательства достоверности зависят от наличия всех данных. Но у доступности данных есть и другое важное следствие: Не все узлы в сети блокчейн одинаковы, да и не должны быть одинаковыми. Для создания приложений на блокчейне, которые каждый сможет легко использовать, важно распространить безопасность и децентрализацию блокчейна на легкие аппаратные устройства, такие как смартфоны. Соответственно, такие узлы называются лайт-клиентами, в отличие от полных узлов, которые проверяют каждую транзакцию и требуют стационарного оборудования. Лайт-клиенты особенно уязвимы, поскольку они загружают лишь небольшое количество данных, а доверять блокчейну полагаются на полный узел. Потенциальное решение этой проблемы было предложено Мустафой Аль-Бассамом (CEO Celestia), Альберто Соннино и Виталиком Бутериным в виде доказательств доступности данных. Они могут быть использованы для гарантии лайт-клиенту, что текущее состояние блокчейна, которое он видит, действительно верно. Точнее говоря, они гарантируют, что данные, лежащие в основе блокчейна, верны, что обеспечивает возможность построения доказательства для выявления недействительных транзакций.

Сочетание блокчейна с концепциями сайдчейнов, роллапов, доказательств доступности данных и/или доказательств достоверности дает значительное увеличение пропускной способности. Кроме того, роллапы обеспечивают значительные преимущества масштабируемости за счет сжатия транзакций или объединения подписей. Есть только один ключевой элемент, на который они все опираются: доступность данных.

Масштабируемый уровень доступности данных общего назначения для питания интернета блокчейнов.

Пруфы могут быть построены только при наличии всех данных, и, соответственно, роллапы работают только при наличии всех данных. В прошлом году Виталик Бутерин опубликовал то, что, по его мнению, является роадмапом для Ethereum в среднесрочной и долгосрочной перспективе: Блокчейн Ethereum, ориентированный на роллапы, где Eth является масштабируемым уровнем доступности данных для подключенных роллапов. Однако, как отмечает Мустафа, с точки зрения всей экосистемы блокчейна это довольно узкое видение, поскольку оно сосредоточено только на Ethereum.

Есть основания полагать, что будущее блокчейна за сетью, а не за одним блокчейном общего назначения, который будет работать со всеми приложениями. Причина этого заключается в том, что различные типы приложений требуют различных типов сред исполнения, которые могут оптимизироваться под их нужды. Именно по этой причине основная финансовая инфраструктура отличается от той, которая используется веб-приложениями, которые, в свою очередь, работают на другой инфраструктуре, чем исследования в области искусственного интеллекта и машинного обучения. В Ethereum роллапы (и, следовательно, приложения) в конечном итоге привязаны к своей среде, которая в основе своей является виртуальной машиной Ethereum (EVM). Хотя это может быть оптимальным для некоторых приложений, это охватывает лишь небольшую часть, которая в настоящее время содержит в основном финансовые приложения.

Подобно тому, как различные языки программирования и фреймворки предоставляют каждому разработчику возможность выбора оптимальной среды, приложения, работающие на блокчейне, должны иметь возможность выбирать среду исполнения без ограничений. Если приложения могут быть размещены на отдельном роллапе в зависимости от их потребностей, то единственное, чего не хватает, - это масштабируемого слоя доступности данных, обеспечивающего их работу. Это Celestia (ранее LazyLedger), универсальный уровень доступности данных децентрализованного интернета.

Лучше всего это можно описать их собственными словами: Подобно тому, как облачные сервисы, такие как Amazon Web Services (AWS), сделали возможным запуск новых виртуальных серверов с собственными операционными системами в течение нескольких секунд, используя тот же физический сервер, Celestia - это децентрализованный проект, цель которого - сделать возможным быстрый запуск децентрализованных блокчейнов, используя тот же уровень консенсуса.

С технической точки зрения, Celestia - это урезанный L1, который выполняет только основные задачи, необходимые первому уровню - масштабируемым способом: заказывает транзакции и делает данные для них доступными. Celestia только заказывает и публикует произвольные данные, которые разработчики закидывают в нее. Она не выполняет никаких вычислений над данными.

Поскольку в Celestia нет ончейн смарт-контрактов, все исполнение происходит вне цепи (оффчейн), с использованием “оптимистичных роллапов”. В то время как все остальные уровни 1 следуют парадигме "мирового компьютера", где цепочка обеспечивает и консенсус, и исполнение, цель Celestia - сделать стек блокчейна более модульным, разделив консенсус и исполнение. Поэтому разработчики могут определять свои собственные уровни исполнения. В своей основе Celestia опирается на две ключевые технологии: Оптимистические роллапы и доказательство доступности данных. Для более подробного ознакомления с доказательствами доступности данных и технологией, лежащей в основе Celestia, пожалуйста, посмотрите сессию на канале Джона Адлера на YouTube (часть 1 и часть 2).

Глубоко укоренившаяся в сообществе исследователей и разработчиков блокчейна, невероятно талантливая команда, стоящая за Celestia, ведет дело к созданию новой архитектуры децентрализованного интернета. Три основателя Мустафа Аль-Бассам, Исмаил Хоффи и Джон Адлер имеют многолетний опыт в разработке децентрализованных и “безразрешительных” систем и являются пионерами устойчивого масштабирования и оптимистичных роллапов. Кроме того, они собрали отличную команду инженеров и консультантов, которые помогут им реализовать свое видение. Мы в Signature Ventures рады поддерживать таких выдающихся основателей и благодарны за то, что с самого первого дня были частью этого пути.