­č窭čç░ Anal├Żza v├Żskumu, na ktorom je zalo┼żen├í ┼ík├ílovate─żnos┼ą Cardana

Anal├Żza v├Żskumu, na ktorom je zalo┼żen├í ┼ík├ílovate─żnos┼ą Cardana

Bli┼ż┼í├ş poh─żad na v├Żskum IOG, ─Źas┼ą 4. Ako rie┼íenia vrstvy 1 a vrstvy 2 vytv├íraj├║ r├Żchlej┼í├ş a odolnej┼í├ş blockchain

Anal├Żza v├Żskumu, na ktorom je zalo┼żen├í ┼ík├ílovate─żnos┼ą syst├ęmu Cardano

Predch├ídzaj├║ce pr├şspevky na blogu sa venovali z├íkladn├ęmu v├Żskumu, ktor├Ż umo┼żnil multifunk─Źn├║ podporu hlavnej knihy Cardano pre expres├şvne inteligentn├ę kontrakty a nat├şvne akt├şva.

V r├ímci v├Żvojovej f├ízy Basho prech├ídza Cardano neust├ílymi aktualiz├íciami a optimaliz├íciami na zv├Ż┼íenie ┼ík├ílovate─żnosti a interoperability. Pr├şspevok ÔÇťAko ┼ík├ílujeme Cardano v roku 2022ÔÇŁ sa zamyslel nad cie─żmi ┼ík├ílovate─żnosti Cardano a diskutoval aj o interoperabilite a ├║lohe sidechainov. Tento nov├Ż pr├şspevok sa bli┼ż┼íie venuje v├Żskumu, ktor├Ż umo┼żn├ş tieto postupn├ę zlep┼íenia.

Škálovanie Cardano

┼ák├ílovate─żnos┼ą je pre blockchainov├║ sie┼ą nevyhnutn├í na podporu roz┼íiruj├║cej sa pou┼ż├şvate─żskej z├íkladne a zabezpe─Źenie rastu bez toho, aby sa obetovala priepustnos┼ą.

┼ák├ílovanie blockchainu si zvy─Źajne vy┼żaduje kombinovan├Ż pr├şstup s rozmanit├Żmi rie┼íeniami, ktor├ę vyhovuj├║ ka┼żdej situ├ícii a projektu. Napr├şklad

  • Rie┼íenia 1. vrstvy: aktualiz├ície aplikovan├ę priamo na protokol hlavn├ęho re┼ąazca.
  • Rie┼íenia 2. vrstvy: dodato─Źn├ę re┼ąazce (sidechains) alebo rie┼íenia 2. vrstvy (ZK rollups), ktor├ę zvy┼íuj├║ v├Żkon hlavn├ęho re┼ąazca.

Rie┼íenia ┼ík├ílovate─żnosti na 1. vrstve

Pipelining a input endorsers s├║ dve rie┼íenia na re┼ąazci, ktor├ę sa pl├ínuj├║ implementova┼ą v Cardano v rokoch 2022-2023. Dokument s podrobn├Żmi inform├íciami o v├Żskume vykonanom v s├║vislosti s pipeliningom e┼íte nebol zverejnen├Ż, ale tu s├║ niektor├ę vlastnosti a d├┤vody zavedenia pipeliningu.

Pipelining v syst├ęme Ouroboros

Aby sme pochopili, ─Źo je pipelining, definujme najprv pojem propag├ícia blokov. ┼á├şrenie blokov znamen├í, ┼że uzly produkuj├║ce bloky ┼í├şria inform├ície o nov├Żch blokoch po sieti.

Pipelining zlep┼íuje ─Źasy ┼í├şrenia blokov. Cie─żom je, aby sa bloky ┼í├şrili k rovnocenn├Żm partnerom do piatich sek├║nd. Pipelining to umo┼ż┼łuje t├Żm, ┼że uzly maj├║ mo┼żnos┼ą vopred informova┼ą svoje nadv├Ązuj├║ce rovnocenn├ę uzly o prich├ídzaj├║com bloku, ─Źo umo┼ż┼łuje rovnocenn├ęmu uzlu vopred na─Ź├şta┼ą telo nov├ęho bloku.

Vo v├Żskume sa uv├ídza my┼ílienka propagova┼ą tel├í blokov pred ich ├║pln├Żm overen├şm. T├Żm sa pr├íca na valid├ícii tela bloku vyn├şma z kritickej cesty ┼í├şrenia bloku a ─Źas str├íven├Ż valid├íciou sa m├┤┼że prekr├Żva┼ą s odoslan├şm bloku ─Ćal┼íiemu partnerovi v sieti. T├Żm sa skracuje ─Źas ┼í├şrenia bloku, ─Źo okrem in├ęho ─Ćalej umo┼ż┼łuje zv├Ą─Ź┼íi┼ą ve─żkos┼ą bloku alebo zlep┼íi┼ą Plutus. N├ísledne, ─Ź├şm v├Ą─Ź┼í├ş je blok, t├Żm viac transakci├ş a skriptov Plutus m├┤┼że nies┼ą, ─Źo tie┼ż ovplyv┼łuje priepustnos┼ą blockchainu. Tieto vylep┼íenia sa pl├ínuj├║ aplikova┼ą na Cardano po─Źas udalosti Vasil hard fork.

Zástupcovia podporujúci vstup

Implement├ícia vstupn├Żch endorserov tie┼ż zlep┼í├ş ─Źasy ┼í├şrenia blokov a priepustnos┼ą. Vstupn├ę endorsery sleduj├║ v┼íetky predlo┼żen├ę transakcie a sp├íjaj├║ tieto transakcie do vopred zostaven├Żch blokov. To znamen├í, ┼że existuj├║ dve sady blokov, tie, ktor├ę obsahuj├║ transakcie, a tie, ktor├ę dosahuj├║ konsenzus. Bloky vykon├ívaj├║ce konsenzus bud├║ odkazova┼ą na vopred zostaven├ę bloky, ktor├ę s├║ neust├íle streamovan├ę bez toho, aby museli ─Źaka┼ą na dosiahnutie konsenzu. T├Żm sa zlep┼í├ş konzistentnos┼ą ─Źasov ┼í├şrenia blokov a umo┼żn├ş sa vy┼í┼íia r├Żchlos┼ą transakci├ş.

John Woods, b├Żval├Ż riadite─ż architekt├║ry Cardano v spolo─Źnosti IOG, povedal: "V s├║─Źasnosti sa v Cardane uskuto─Ź┼łuje viacero blokov, ktor├ę sa v priebehu roka obnovuj├║:

Implement├ícia pipeliningu je jednoducho skvel├í technol├│gia. Syntetick├ę benchmarky ukazuj├║ a┼ż 40 % n├írast efektivity. Je to skvel├í s├║─Źas┼ą pr├şbehu o tom, ako Cardano ┼ík├íluje, aby uspokojilo dopyt v roku 2022. V roku 2023 nastane ├║svit Ouroboros Leios (vstupn├ę schva─żovacie zariadenia), ─Źo zmen├ş pravidl├í hry. O─Źak├íva sa, ┼że input endorsers bud├║ ┼ík├ílova┼ą Cardano po─Źas nasleduj├║ceho pol desa┼ąro─Źia.

Viazan├ę oce┼łovanie

─Äal┼íou v├Żskumnou iniciat├şvou vedcov IOG je implement├ícia viazan├Żch cien. V s├║─Źasnom syst├ęme sa so v┼íetk├Żmi transakciami zaobch├ídza rovnako bez mo┼żnosti zmeni┼ą ich prioritu napr├şklad zaplaten├şm vy┼í┼í├şch poplatkov za plyn. Tento pr├şstup funguje dobre, pokia─ż je priepustnos┼ą siete porovnate─żn├í s po┼żiadavkami na spracovanie transakci├ş. Av┼íak s rast├║cim vyu┼żit├şm siete sa m├┤┼że sta┼ą, ┼że nie v┼íetky transakcie bud├║ nakoniec zahrnut├ę do blockchainu. Mo┼żnos┼ą ├║toku typu DoS (denial of service) - vyu┼żitie spravodliv├ęho zaobch├ídzania s transakciami na vyd├ívanie ┼íkodliv├ęho spamu za legit├şmne transakcie - si vy┼żaduje dodato─Źn├ę opatrenia na podporu zdravosti siete.

Viac├║rov┼łov├ę oce┼łovanie umo┼ż┼łuje stabiln├Ż v├Żkon syst├ęmu agiln├Żm sp├┤sobom a m├í v├Żznam najm├Ą pri prevencii ├║tokov DoS. V├Żskum navrhuje zachova┼ą predv├şdate─żnos┼ą, spravodlivos┼ą a n├íkladov├║ efekt├şvnos┼ą transakci├ş Cardano a z├írove┼ł zmierni┼ą probl├ęmy, ktor├ę by mohli vznikn├║┼ą v d├┤sledku v├Ą─Ź┼íieho dopytu po sieti. Pr├şstup predklad├í nov├Ż mechanizmus poplatkov za transakcie, kde je ka┼żd├Ż blok rozdelen├Ż do troch ÔÇť├║rovn├şÔÇŁ (na z├íklade pr├şpadu pou┼żitia). Ka┼żd├í ├║rove┼ł tvor├ş stanoven├ę percento z maxim├ílnej ve─żkosti bloku a je ur─Źen├í pre r├┤zne typy transakci├ş - spravodliv├ę, vyv├í┼żen├ę a okam┼żit├ę. Ke─Ć sie┼ą nie je vy┼ąa┼żen├í, vrstvy s├║ predvolene nastaven├ę na ┼ítandardn├Ż sp├┤sob prioritiz├ície transakci├ş.

Rie┼íenia ┼ík├ílovate─żnosti vrstvy 2

Na pomoc pri ┼ík├ílovan├ş po─Źtu transakci├ş, ktor├ę mo┼żno spracova┼ą naraz, m├┤┼że sie┼ą blockchain rozto─Źi┼ą nieko─żko ved─żaj┼í├şch re┼ąazcov, zavies┼ą stavov├ę kan├íly alebo napr├şklad pou┼żi┼ą sch├ęmu viacn├ísobn├ęho podpisu zalo┼żen├║ na prahovom podiele.

Sidechains

Dokument ÔÇśProof-of-Stake SidechainsÔÇÖ bol uverejnen├Ż v roku 2019. Tento dokument poskytuje prv├║ form├ílnu defin├şciu toho, ─Źo je to syst├ęm sidechain a ako mo┼żno bezpe─Źne pres├║va┼ą akt├şva medzi sidechainami.

Vedci z IOG predlo┼żili defin├şciu bezpe─Źnosti, ktor├í roz┼íiruje zn├íme vlastnosti transak─Źn├Żch kn├şh o perzistenciu a ┼żivotaschopnos┼ą, aby platili vo viacer├Żch kni┼żn├Żch knih├ích, a roz┼íiruje ich o nov├║ bezpe─Źnostn├║ vlastnos┼ą ÔÇťfirewallÔÇŁ. T├Żm sa ka┼żd├Ż blockchain chr├íni pred svojimi sidechainmi, ─Ź├şm sa obmedzuje vplyv potenci├ílne katastrofick├ęho zlyhania sidechainu. ─îl├ínok tie┼ż poskytuje kon┼ítrukciu sidechainu, ktor├í je vhodn├í pre proof-of-stake sidechain syst├ęmy a je konzistentn├í s konsenzu├ílnym protokolom Ouroboros. Na zabezpe─Źenie odolnosti bo─Źn├Żch re┼ąazcov vo─Źi ┼íkodliv├Żm ├║tokom sa uv├ídzaj├║ tak├ę techniky, ako s├║ zl├║─Źen├ę st├ívkovanie, certifik├ícia medzi re┼ąazcami a pou┼ż├şvanie viacer├Żch podpisov.

Ako v├Żsledok tohto v├Żskumu IOG vyvinul Cardano EVM sidechain, ktor├Ż je v s├║─Źasnosti v alfa verzii na testnete. Bude kompatibiln├Ż s n├ístrojmi a kni┼żnicami Etherea, ─Źo umo┼żn├ş v├Żvoj├írom vytv├íra┼ą inteligentn├ę kontrakty Solidity, DApps a tokeny ERC20 na Cardano a vyu┼ż├şva┼ą v├Żhody, ako s├║ n├íkladov├í efekt├şvnos┼ą, ┼ík├ílovate─żnos┼ą a bezpe─Źnos┼ą.

Hydra

Okrem sidechainov existuj├║ aj ─Ćal┼íie rie┼íenia na zlep┼íenie ┼ík├ílovate─żnosti siete. Napr├şklad stavov├ę kan├íly Hydra.

V├Żskumn├í pr├íca ÔÇťHydra: Fast Isomorphic State ChannelsÔÇŁ bola uverejnen├í v roku 2021. V ─Źl├ínku sa predstavuje Hydra - izomorfn├Ż viacstranov├Ż stavov├Ż kan├íl. Stavov├ę kan├íly s├║ atrakt├şvnym rie┼íen├şm 2. vrstvy na zlep┼íenie priepustnosti a latencie blockchainov. Hydra zjednodu┼íuje v├Żvoj protokolov a inteligentn├Żch zml├║v mimo re┼ąazca t├Żm, ┼że priamo preber├í syst├ęm inteligentn├Żch zml├║v 1. vrstvy, ─Ź├şm umo┼ż┼łuje pou┼ż├şva┼ą rovnak├Ż k├│d na re┼ąazci aj mimo neho. S vyu┼żit├şm modelu EUTXO v├Żskum navrhuje, ako vyvin├║┼ą r├Żchly off-chain protokol pre v├Żvoj Hydra Heads, ktor├ęho protokol je v s├║─Źasnosti implementovan├Ż na Cardano.

Mithril

Napokon, na dosiahnutie v├Ą─Ź┼íej ┼ík├ílovate─żnosti je d├┤le┼żit├ę aj zefekt├şvnenie r├Żchlosti a ├║─Źinnosti synchroniz├ície ├║dajov medzi aplik├íciami. V r├ímci rie┼íenia tejto ot├ízky v├Żskumn├Ż t├şm IOG v roku 2021 uverejnil dokument ÔÇťMithril: Stake-based Threshold MultisignaturesÔÇŁ.

Efekt├şvna valid├ícia re┼ąazca je nevyhnutn├í na dosiahnutie v├Ą─Ź┼íej ┼ík├ílovate─żnosti v prostred├ş blockchainu. To z├ívis├ş aj od r├┤znych spr├ív podp├şsan├Żch sie┼ąov├Żmi valid├ítormi. Mithril rie┼íi zlo┼żitos┼ą kritick├Żch oper├íci├ş, ktor├ę logaritmicky z├ívisia od po─Źtu t├Żchto ├║─Źastn├şkov. Vzh─żadom na ─Źas potrebn├Ż na valid├íciu konkr├ętnej spr├ívy a spotrebu zdrojov vo f├íze valid├ície pri synchroniz├ícii re┼ąazca poskytuje Mithril rie┼íenie, ktor├ę umo┼ż┼łuje r├Żchlu a efekt├şvnu agreg├íciu viacer├Żch podpisov bez toho, aby boli ohrozen├ę bezpe─Źnostn├ę prvky.

─îl├ínok sa zam├Ż┼í─ża nad t├Żm, ako zachova┼ą siln├ę bezpe─Źnostn├ę nastavenia pri agreg├ícii viacer├Żch podpisov. V├Żsledkom je, ┼że Mithril mo┼żno pou┼żi┼ą na r├Żchly, efekt├şvny a bezpe─Źn├Ż protokol synchroniz├ície re┼ąazca. Je v├Żhodn├Ż na bezpe─Źn├ę hlasovanie, v├Żmenu ├║dajov medzi ved─żaj┼í├şmi re┼ąazcami a synchroniz├íciu ├║dajov v r├ímci ─żahk├Żch pe┼ła┼żeniek. Je s├║─Źas┼ąou f├ízy Basho a bude implementovan├Ż v roku 2022.

Z├ívere─Źn├ę slovo

V s├║─Źasnosti je vo v├Żskumnej kni┼żnici IOG umiestnen├Żch 144 dokumentov a tento po─Źet neust├íle rastie. V┼íetka pr├íca v┼żdy polo┼żila a ─Ćalej bude kl├ís┼ą z├íklady pred nasaden├şm akejko─żvek funkcie alebo aktualiz├ície na Cardano.

  • V nasleduj├║cich mesiacoch budeme viac reflektova┼ą najnov┼í├ş v├Żvoj a v├Żskum, ktor├Ż prebieha v s├║vislosti s optimaliz├íciou ├║─Źtovnej knihy, zlep┼íovan├şm ┼ík├ílovate─żnosti a iniciat├şvami v oblasti spr├ívy.

(Nap├şsala Olga Hryniuk) - preklad @Martin.M
P├┤vodn├Ż ─Źl├ínok: An analysis of the research underpinning CardanoÔÇÖs scalability - IOHK Blog