Хотя технология блокчейн относительно молода, она уже прошла длинную историю развития. Сегодня над совершенствованием блокчейн-протоколов работает огромное комьюнити разработчиков и сотни проектов, каждый из которых предлагает свой ответ на существующие вызовы.
Основное внимание приковано к блокчейн-платформам, то есть блокчейнам, которые позволяют разворачивать приложения любого назначения. Такие блокчейны также называют универсальными (multipurpose). В этой статье мы предлагаем собственную классификацию поколений блокчейн-платформ и объясняем, в чем их основные достижения и отличия.
Первое поколение блокчейнов: биткоин
Первым поколением блокчейна, очевидно, является биткоин, сеть которого начала работу в 2009 году. Его главной и, по сути, единственной функцией были надежные переводы ценности без необходимости полагаться на посредника (центрального оператора). С этой точки зрения биткоин нельзя назвать блокчейн-платформой, и все же, именно он стал для них отправной точкой. Средством расчета в блокчейне биткоина являются одноименные цифровые монеты.
Создатель биткоина Сатоши Накамото задумывал его как альтернативу фиатным валютам, «деньги новой эпохи». Его главной целью в этом контексте было создать «деньги новой эпохи», которые были бы лишены негативных сторон фиата — постоянной инфляции, неограниченной и необеспеченной эмиссии.
На протяжении нескольких последних лет дефляционные свойства биткоина подкрепились стремительным ростом его стоимости. В то же время, комиссии в сети биткоина уже отнюдь не такие низкие, как были раньше, и вряд ли подойдут для транзакций на небольшие суммы. Поэтому для многих первая криптовалюта выступает уже не способом расчета, а средством сбережения. Хотя и развивается такое направление быстрых и дешевых переводов BTC в сети Lightning Network.
Главным недостатком первого поколения стала ограниченность его функций. Кроме того, многих беспокоит энергозатратный алгоритм консенсуса Proof-of-Work (PoW).
Второе поколение блокчейнов: Ethereum
Общепризнанным следующим этапом в развитии блокчейнов называют запуск сети Ethereum в 2015 году. Помимо используемого языка программирования главным отличием Ethereum от биткоина стало наличие виртуальной машины и смарт-контрактов — алгоритмов, способных автоматических выполнять сложные операции или их цепочки при выполнении пользователем определенных действий. Начиная с Ethereum функция смарт-контрактов так или иначе встроена во все универсальные блокчейны.
Это свойство сделало Ethereum первой настоящей блокчейн-платформой для децентрализованных приложений, которые выполняют те или иные операции ончейн. В свою очередь, возможность создания смарт-контрактов привела к появлению большинства других сфер, столь популярных сегодня, таких как DeFi и NFT.
Однако после роста популярности криптоиндустрии и приложений на базе Ethereum у этого блокчейна начала проявляться критическая проблема архитектуры — низкая масштабируемость. Хотя Ethereum остается крупнейшей блокчейн-платформой, расширению его использования мешает невысокая производительность и большие комиссии за транзакции, особенно связанные со смарт-контрактами.
Лишь в 2022 году, то есть 7 лет после запуска мейннета, в Ethereum удалось сменить алгоритм Proof-of-Work (PoW) на более современный Proof-of-Stake (PoS). Однако это не решило проблему масштабируемости. И хотя его разработчики планируют внедрить шардинг, точно неизвестно, сколько это займет времени и будет ли реализовано в принципе.
Третье поколение блокчейнов: Cardano, Solana
Начиная примерно с 2017 года основная конкуренция в криптоиндустрии наметилась именно в области блокчейн-платформ. У Ethereum появилось множество конкурентов, каждый из которых стремился предложить свое решение проблемы масштабируемости.
Одним из них стало распространение уже упомянутого алгоритма PoS, который уже не требует использование дорогостоящего и энергозатратного оборудования. Одним из ранних конкурентов Ethereum среди блокчейнов третьего поколения можно назвать Cardano. В нем не только используется PoS, но также реализован более совершенный механизм смарт-контрактов, включающий возможность их формальной верификации.
Впрочем, хотя сегодня Cardano может предложить большую производительность — около 250 транзакций в секунду (TPS) против примерно 17 TPS у Ethereum, это все еще недостаточно для того, что требуется уже сегодня и тем более мало с точки зрения долгосрочной перспективы. Кроме того, в Cardano изначально отсутствовала виртуальная машина — возможность создания смарт-контрактов появилась только в 2021 году.
В качестве другого примера можно назвать Solana. Чтобы обеспечить высокую скорость работы, к валидаторам этой сети предъявляются высокие требования по оборудованию. Однако со временем стало ясно, что протокол Solana не надежен: из-за локальных проблем с нодами эта сеть часто прекращает работу, что недопустимо для блокчейна.
Четвертое поколение: Polkadot
Некоторые блокчейн-проекты применили в своей архитектуре механизм под названием Byzantine Fault Tolerance (BFT). В частности, в Polkadot он носит название Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT): все ноды сети должны связываться друг с другом для достижения консенсуса. Это позволяет достичь относительно низкой задержки и высокой скорости достижения единого состояния сети.
С другой стороны, такой механизм мешает децентрализации: при росте числа валидаторов на каждого из них растет нагрузка из-за необходимости верификации каждого участника. Пропускная способность Polkadot держится на уровне 1700 TPS и может в потенциале вырасти до 100 000 TPS. Но это все еще конкретное ограничение.
Также у Polkadot сложности с межоперабельностью, из-за чего у этого блокчейна никогда (до последнего времени) не было кроссчейн-моста с крупнейшей экосистемой — Ethereum. А в августе 2022 года хакеры смогли найти эксплойт в коде DeFi-протокола Acala на базе Polkadot, что привело к многомиллионным потерям для его пользователей. Это также вызывает вопросы о безопасности кода.
Пятое поколение: Everscale
В последние несколько лет можно выделить новое поколение блокчейнов, имеющих ключевые отличия от предшественников. Одним из таких проектов является Everscale. В его архитектуру изначально встроен шардинг, что предполагает высокую и неограниченную гибкость: если растет нагрузка, то сетевые комиссии (и без того низкие) только снижаются.
Этот блокчейн делится на отдельные «подсети» (воркчейны), число которых можно относительно легко увеличивать и которые работают с собственным набором валидаторов, а также могут использовать собственную виртуальную машину. В свою очередь, воркчейны делятся на шарды, транзакции в которых подтверждаются параллельно.
За связь между воркчейнами и единое состояние сети отвечает мастерчейн. В Everscale используется протокол Soft Majority Fault Tolerance (SMFT), который гарантирует, что ни один воркчейн не отправит некорректный блок в мастерчейн. Валидатора, который пытается отправить неправильный блок, «наказывают» путем слэшинга, то есть изъятия части его стейка. Также это происходит, если валидатор не отправляет или не принимает доказательство получения корректного блока (например, находясь оффлайн). Таким образом, главным критерием для работы валидаторов Everscale становится честность и добросовестность.
Многоуровневая архитектура Everscale и гибкость, зависящая от текущей нагрузки, позволяют масштабировать этот блокчейн без заметных ограничений, вплоть до миллионов транзакций в секунду. И именно такая архитектура блокчейна может претендовать на достойное решение проблемы масштабируемости, при этом сохраняя высокий уровень безопасности и децентрализации.
Подробный разбор темы – в подкасте об архитектуре и свойствах L1-блокчейнов с Владимиром Масляковым, архитектором Everscale и Telegram Open Network (TON)