Математическое чудо: блокчейн без компромиссов стал реальностью

Разработчики блокчейнов часто сталкиваются с так называемой " трилеммой ": одновременно можно достичь только двух из трёх характеристик - масштабируемости, безопасности и децентрализации. До недавнего времени точная математическая формула для описания трилеммы оставалась неизвестной.

Команда исследователей из Киотского университета нашла математическое выражение для трилеммы блокчейна. Согласно формуле для блокчейнов на основе Proof of Work (доказательство работы), включая Bitcoin, произведение трёх параметров – масштабируемости, безопасности и децентрализации – равно 1.

"Наблюдая за формулой трилеммы, можно увидеть способы улучшения масштабируемости без ущерба для безопасности или децентрализации", - поясняет руководитель команды Кадзуюки Сюдо из Академического центра компьютерных и медиа исследований Киотского университета.

Исследователи выделили два основных способа:

1. Сокращение размера блока или набора транзакций.
2. Ускорение процесса отправки и получения блоков.

Анализ существующих методов также может способствовать улучшению масштабируемости. Например, Compact Block Relay в Bitcoin уменьшает размер транзакций в блоке.

Однако, увеличение одного из параметров неизбежно ведёт к уменьшению других, что делает невозможным одновременное достижение всех трёх характеристик.

Аморфная дилемма, предложенная сооснователем платформы Ethereum Виталиком Бутериным, вызвала множество интерпретаций. Многие разработчики предложили свои идеи по решению проблемы, но ни одна из них пока не была доказана на практике.

"Многие также предложили методы улучшения масштабируемости, но степень, в которой они жертвовали безопасностью и децентрализацией, оставалась неясной", - отмечает Сюдо.

В предыдущем исследовании по безопасности блокчейна команда обнаружила формулу, представляющую индекс безопасности F, то есть вероятность форка (разветвления). Они заметили, что в формуле помимо безопасности также учитывается масштабируемость (транзакции в секунду). Эта находка вдохновила команду на вывод формулы троичной дилеммы путём преобразования предыдущей формулы безопасности.

Настройка времени, затрачиваемого на передачу данных через Интернет (P), влияет на индекс Херфиндаля-Хиршмана (HHI) для хеш-рейтов, которые определяют мощность построения блоков. HHI представляет собой уровень децентрализации рынка для выбранных компаний.

"Наше внимание к Proof of Work, принятому в Bitcoin, не умаляет возрастающего значения недавнего перехода Ethereum на Proof of Stake, что также вдохновило нас на поиск формул для него", - заключает Таиши Накай из Высшей школы информатики Киотского университета.

Работа опубликована в журнале IEEE Access .