Часть IV

Ограничения и способы их преодоления

На этом этапе обучения все внимание сосредоточено на основных ограничениях, присущих технологии блокчейна, на причинах их возникновения и на возможных способах их преодоления. К концу этого этапа вы будете хорошо понимать, почему основная идея технологии блокчейна, подробно описанная в предыдущих главах, может оказаться не подходящей для крупномасштабных коммерческих приложений и какие изменения необходимо внести для преодоления существующих ограничений и их последствий. В конце этапа вы познакомитесь с терминологией, используемой в основных вариантах реализации технологии блокчейна.

Глава 22

Обзор ограничений

Даже совершенный механизм имеет свои ограничения

В главе 21 все составные части были собраны вместе, и это позволило увидеть блокчейн-систему как единое целое и особо подчеркнуть важность взаимозависимости всех технических концепций, заложенных в ее основу. В итоге мы пришли к выводу, что блокчейн-система представляет собой сложную и чрезвычайно хитроумную техническую конструкцию. Можно утверждать без преувеличения, что эта система – плод работы весьма изобретательного интеллекта. Тем не менее блокчейн не является абсолютно совершенным программным продуктом и не обходится без некоторых ограничений. Поэтому в данной главе подробно рассматриваются основные ограничения технологии блокчейна и причины, по которым эти ограничения создают серьезные затруднения для коммерческого применения этой технологии. В конце главы кратко описываются способы преодоления ограничений блокчейна.

Главная задача

Блокчейн-система является полностью распределенной пиринговой системой, которая позволяет каждому читать хронологию транзакций и добавлять новые данные транзакций в совместно обслуживаемое хранилище данных. Открытость и отсутствие какой-либо формы централизованного управления или координации являются основой такой системы, так как позволяют ее узлам действовать подобно независимым свидетелям, подтверждающим факты, связанные с определением прав владения собственностью. Но открытость и отсутствие централизованного управления могут приводить к нежелательным последствиям, которые ограничивают применимость этой системы. Таким образом, главная задача заключается в том, чтобы определить и понять эти нежелательные последствия, после чего создать стратегии их преодоления.

Технические ограничения блокчейна

Наиболее важные технические ограничения блокчейн-системы перечислены ниже:

• недостаточная секретность;

• модель защиты;

• ограниченная масштабируемость;

• высокий уровень накладных расходов;

• скрытая централизация;

• недостаточная гибкость;

• критический размер.

Недостаточная секретность

Блокчейн-система является полностью распределенным пиринговым реестром, обслуживающим полную хронологию данных транзакций. Все подробности транзакций, такие как передаваемые объекты и их количество, учетные записи, участвующие в передаче, и время передачи, доступны всем [26]. Это необходимо для того, чтобы каждый член системы получил возможность определить и подтвердить право владения, а также проверить новую транзакцию (например, для обнаружения атаки типа двойное расходование). Таким образом, недостаточная секретность операций является неотъемлемым составным элементом блокчейн-системы. Без такого уровня открытости блокчейн-система не смогла бы выполнять свои функции. Но такой уровень открытости часто становится ограничивающим фактором для применения в приложениях, которые требуют большей секретности.

Модель защиты

Технология блокчейна использует асимметричную криптографию для идентификации и аутентификации пользователей, а также для авторизации транзакций. Номера учетных записей в блокчейн-системе в действительности являются открытыми криптографическими ключами. Только владелец соответствующего закрытого (секретного) ключа может получить доступ к объектам собственности, принадлежащим конкретной учетной записи. Только те данные транзакции, которые содержат цифровую подпись, созданную с помощью соответствующего секретного ключа, являются корректными и могут осуществить передачу объектов собственности из одной учетной записи в другую. Секретный ключ (private key) – это единственный инструмент защиты, позволяющий выполнить авторизацию законного владельца. После того как секретный ключ учетной записи получает постороннее лицо преднамеренно, случайно, по ошибке или в результате перехвата данных, такая учетная запись уже не является защищенной.

Для защиты объектов собственности, принадлежащих конкретной учетной записи, не существует каких-либо дополнительных средств. Здесь важно отчетливо понимать, что асимметричная криптография, применяемая в блокчейн-системе, считается наилучшей и самой надежной из всех доступных методик. Поэтому сама по себе концепция защиты в блокчейн-системе не является ошибочной и не содержит дефектов. Но при этом отсутствуют и дополнительные страховочные средства, защищающие пользователей блокчейн-системы от потери или случайной передачи секретного ключа другим лицам. Это похоже на способ использования секретных ключей в реальной жизни для защиты домов или автомобилей или на способ, при котором числовые персональные идентификаторы (PIN) применяются для защиты кредитных или дебетовых банковских карт. Как только вы даете кому-то ключ, не важно, при каких обстоятельствах и по каким причинам, защита перестает действовать, и каждый, получивший ваш PIN или ключ, может снять деньги с вашей кредитной карты или угнать вашу машину. То же самое в полной мере относится и к секретному ключу учетной записи в блокчейн-системе. Именно поэтому некоторые люди считают отсутствие дополнительных защитных средств ограничивающим фактором для использования технологии блокчейна.

Ограниченная масштабируемость

Блокчейн – это пиринговая система, ориентированная на достижение двух целей: с одной стороны, она позволяет каждому добавлять новые транзакции в совместно обслуживаемую хронологию транзакций, с другой – она обеспечивает защищенность хронологии данных транзакций от изменений и подделок. Блокчейн-система соблюдает баланс между обеими целями, используя неизменяемую структуру данных с возможностью только добавления, которая требует решения хэш-головоломки при каждой операции добавления нового блока. Решение хэш-головоломки требует значительных затрат времени, поэтому любая попытка изменения хронологии транзакций будет связана с неприемлемо большими накладными расходами. К сожалению, за такое средство защиты приходится платить снижением скорости обработки данных, следствием чего является ограниченная масштабируемость системы. Эта характеристика блокчейн-системы считается серьезным препятствием для использования ее в тех случаях, когда требуются высокая скорость обработки данных, высокая масштабируемость и высокая пропускная способность.

Высокий уровень накладных расходов

Проблема больших накладных расходов связана с проблемой ограниченной масштабируемости. Решение хэш-головоломки или подтверждение выполненной работы преднамеренно сделано чрезвычайно трудоемким и затратным в плане объема вычислений. Это средство защиты, которое делает хронологию данных транзакций практически не изменяемой. Затраты на вычисления могут быть отображены в различных единицах измерения, например в количестве вычислительных циклов, в затраченном времени, в единицах израсходованной электроэнергии или в денежном выражении. Но результат будет одним и тем же: подтверждение выполненной работы требует больших затрат. Следовательно, вся блокчейн-система связана с накладными расходами. Подавляющее большинство этих накладных расходов зависит от уровня сложности хэш-головоломок.

Скрытая централизация

Обязательность решения хэш-головоломки для каждого блока, добавляемого в структуру данных блокчейна, и правила распределенных поощрений за вклад в поддержку целостности системы неизбежно приводят к конкуренции между членами системы. Обладатели необходимых финансовых ресурсов вкладывают деньги в специализированные аппаратные средства, которые позволяют решать хэш-головоломки, тем самым внося полезный вклад в систему [34]. С другой стороны, рискованные действия по проверке и добавлению новых данных транзакций становятся невыгодными для тех, кто не имеет доступа к специализированной аппаратуре, следовательно, такие пользователи вынуждены отказываться от предоставления своих вычислительных ресурсов системе. В результате предположительно большая и разнородная группа равноправных партнеров, совместно поддерживающая целостность системы, в конечном итоге становится очень маленькой группой объектов, каждый из которых обладает огромной вычислительной мощностью в форме специализированных аппаратных средств. Эта оставшаяся группа партнеров образует своеобразную монополию (или даже олигархию), в которой ответственность за поддержку целостности системы разделена между немногими членами группы. Подобно монополиям (и олигархам) в других отраслях промышленности, такая небольшая группа может позволить себе злоупотребление властью (например, намеренное игнорирование некоторых конкретных транзакций или дискриминацию определенных пользователей). В итоге устанавливается скрытая форма централизации, которая разрушает распределенную сущность всей системы [18]. С технической точки зрения такая система остается распределенной системой, но фактически это система, целостность которой поддерживается лишь небольшим количеством партнеров.

Недостаточная гибкость

Блокчейн-система – это сложная техническая конструкция, которая сформирована на основе разнообразных концепций и протоколов, оптимизированных и адаптированных для совместной работы. Любые изменения в этой тонко настроенной экосистеме могут быть чрезвычайно затруднительными. На самом деле не существует конкретно определенной процедуры изменения или обновления основных компонентов блокчейн-системы, после того как она начала свою работу. Это неявно обусловливает долгий срок сопровождения технологий, на основе которых сформирована технология блокчейна. Например, криптографические процедуры должны быть корректными на протяжении всего жизненного цикла блокчейн-системы, то есть в перспективе – в течение десятков и даже сотен лет. То же самое относится и к алгоритму блокчейна, и к методикам разрешения конфликтов. Кроме того, определенные проблемы для разработчиков блокчейн-системы связаны с ее неизменяемостью, поэтому трудно исправлять ошибки и вносить усовершенствования в протокол блокчейна. Эти характеристики делают весь комплект (стек) технологий блокчейна менее гибким, чем другие технологии.

Критический размер

Сопротивляемость различным манипуляциям и вытекающая из этого степень доверительности к совместно обслуживаемой хронологии данных транзакций основаны на предположении, что основные вычислительные мощности системы управляются честными узлами. Тем не менее в маленьких пиринговых системах с ограниченной вычислительной мощностью это управляющее большинство может оставаться весьма незначительным (в абсолютном выражении), что, в свою очередь, может создавать потенциальную возможность для проведения атак типа «51 процент». Эта проблема особенно опасна для криптовалют с низкой рыночной капитализацией и небольшим количеством пользователей-участников. Таким образом, любая блокчейн-система требует критической массы честных узлов для поддержки и обеспечения сопротивляемости атакам с применением значительных вычислительных мощностей. Достижение критического размера, при котором атаки типа «51 процент» становятся невозможными, представляет собой очень трудную задачу, с необходимостью решения которой неизбежно сталкивается каждая новая блокчейн-система.

Нетехнические ограничения блокчейна

Самыми важными нетехническими ограничениями блокчейн-систем являются:

• недоверие с юридической точки зрения;

• недоверие со стороны пользователей.

Недоверие с юридической точки зрения

Блокчейн – это технология, которая предоставляет пользователям возможность управления и передачи прав владения собственностью в открытой и полностью распределенной пиринговой системе. Способ, которым независимые равноправные партнеры совместно управляют правами владения собственностью с помощью распределенного согласования, поставил вопросы, касающиеся законности последовательностей транзакций, выполняемых и управляемых в блокчейн-системе. Вопросы, относящиеся к юридической правомочности и приемлемости с точки зрения законодательства транзакций, выполняемых в блокчейн-системе, должны обсуждаться вне зависимости от безопасности, защищенности и сложности соответствующей технологии. Это вопрос включения новой методики управления правами владения собственностью в существующую систему законодательства. Те, кто застал времена появления и начального развития Интернета, могут заметить сходство между юридическим статусом блокчейна в наши дни и недоверием с точки зрения законодательства к интернет-коммерции в 1990-е гг.

Недоверие со стороны пользователей

Недоверие со стороны пользователей, их предвзятое отношение является еще одним ограничением, которое нельзя недооценивать. Открытый (общедоступный) юридический статус блокчейн-системы вызывает чувство неуверенности у пользователей, в свою очередь, снижая их заинтересованность в использовании этой системы. Дополнительным фактором, влияющим на доверительное отношение пользователей, является уровень их знаний и образования. Не следует ожидать, что клиенты будут пользоваться блокчейн-системой и полностью доверять ей, если им непонятны основные принципы ее функционирования.

Преодоление ограничений

Технические и нетехнические ограничения рассматриваются как главные препятствия для применения технологии блокчейна в реальных приложениях. Способы преодоления конкретных ограничений всегда были и остаются предметом интенсивных исследований и перспективных разработок. Подробное обсуждение этих исследований не относится к тематике данной книги. Тем не менее в следующих разделах кратко описываются способы преодоления ограничений технологии блокчейна.

Технические ограничения

Преодоление технических ограничений технологии блокчейна может потребовать вмешательства во все компоненты и на всех технических уровнях. Одна из главных трудностей в процессе преодоления технических ограничений технологии блокчейна – различие между усовершенствованием этой технологии и изменением ее основ. В следующей главе эта тема рассматривается более подробно.

Нетехнические ограничения

Нетехнические ограничения технологии блокчейна могут рассматриваться как социальные, экономические, юридические и психологические аспекты перехода к новой технологии. Образовательные и законодательные инициативы могут стать дополнительными средствами для перехода к использованию блокчейна. Пример Интернета и электронной коммерции уже показал, что требуется определенное время для ответа на вопросы, связанные с законодательством, которые возникают вместе с новыми технологиями, а кроме того, время также требуется для того, чтобы пользователи поняли новые технологии, стали им доверять и практически применять. К счастью, тот же пример Интернета и электронной коммерции также показал, что образовательные инициативы, направленные на изучение функциональности новых технологий, увеличивают степень доверия к ним, их распространение среди пользователей и способствуют решению юридических проблем.

Перспектива

В этой главе все внимание было сосредоточено на главных технических и нетехнических ограничениях технологии блокчейна, которые вполне обоснованно могут считаться факторами, препятствующими практическому применению этой технологии. Образовательные и законодательные инициативы могут рассматриваться как способы преодоления нетехнических ограничений технологии блокчейна. В следующей главе будут рассматриваться методики преодоления некоторых технических ограничений.

Резюме

• Открытость блокчейн-системы и отсутствие какой-либо формы централизации являются основой функционирования этой системы, но также становятся причинами ограничений для ее практического применения.

• Основные технические ограничения блокчейн-системы:

– недостаточная секретность;

– модель защиты;

– ограниченная масштабируемость;

– высокий уровень накладных расходов;

– скрытая централизация;

– недостаточная гибкость;

– критический размер.

• Наиболее важные нетехнические ограничения блокчейн-системы:

– недоверие с юридической точки зрения;

– недоверие со стороны пользователей.

• Технические ограничения технологии блокчейна можно преодолеть путем усовершенствования существующей технологии или путем внесения концептуальных изменений.

• Нетехнические ограничения технологии блокчейна могут быть преодолены с помощью образовательных и законодательных инициатив.