Ölçeklenebilirlik ve Ticaret: Polkadot ve Web3 Ekosisteminin Teknik Seçimleri

Blok zinciri teknolojisinin daha yüksek verimlilik peşinde koştuğu bugün, bir anahtar sorun giderek belirginleşiyor: Performansı artırırken güvenlik ve sistem esnekliğini nasıl dengeleriz? Bu sadece teknik bir zorluk değil, aynı zamanda mimari tasarımın derin bir seçimidir. Web3 ekosistemi için, sadece daha hızlı sistemler aramak ve güveni ve güvenliği feda etmek, gerçekten sürdürülebilir yenilikleri desteklemek için yeterli değildir.

Web3 ölçeklenebilirliğinin önemli bir itici gücü olarak, Polkadot yüksek throughput ve düşük gecikme hedeflerini takip ederken bazı fedakarlıklar yapmış mı? Rollup modeli, merkeziyetsizlik, güvenlik veya ağ birlikte çalışabilirliğinde bir taviz mi vermiştir? Bu makale bu sorular etrafında şekillenecek, Polkadot'un ölçeklenebilirlik tasarımındaki tercihleri ve dengeleri derinlemesine analiz edecek ve diğer ana akım kamu blok zincirlerinin çözümleriyle karşılaştırarak, performans, güvenlik ve merkeziyetsizlik arasında farklı yol seçimlerini keşfedecektir.

Polkadot genişletme tasarımının karşılaştığı zorluklar

Esneklik ve merkeziyetsizlik dengesi

Polkadot'un mimarisi, doğrulayıcı ağlarına ve relay chain'e dayanıyor; bu, bazı açılardan merkeziyetçilik riski getirebilir mi? Tek bir arıza noktası veya kontrol oluşması, merkeziyetsiz özelliklerini etkileyebilir mi?

Rollup'ın çalışması, bağlantılı ara zincirin sıralayıcısına bağlıdır ve iletişim collator protokol mekanizmasını kullanır. Bu protokol tamamen izinsiz ve güvensizdir, ağa bağlı olan herkes onu kullanabilir, bir miktar ara zincir düğümüne bağlanabilir ve rollup'ın durum dönüşüm taleplerini iletebilir. Bu talepler, ara zincirin bir çekirdek doğrulayıcısı tarafından doğrulanacaktır, sadece bir ön koşul sağlanmalıdır: geçerli bir durum dönüşümü olmalıdır, aksi takdirde bu rollup'ın durumu ilerlemeyecektir.

Dikey genişletme dengesi

Rollup, Polkadot'un çoklu çekirdek mimarisinden yararlanarak dikey ölçeklenebilirliği gerçekleştirebilir. Bu yeni yetenek, "esnek ölçeklenebilirlik" işlevi ile tanıtılmıştır. Tasarım sürecinde, rollup blok doğrulamasının belirli bir çekirdek üzerinde sabitlenmemesi nedeniyle esnekliğini etkileyebileceği keşfedilmiştir.

Orta zincire blok göndermenin protokolü izin gerektirmeyen ve güven gerektirmeyen bir yapıda olduğu için, herkes doğrulama için rollup'a atanmış herhangi bir çekirdeğe blok gönderebilir. Saldırganlar bunu kullanarak daha önce doğrulanmış geçerli blokları farklı çekirdeklerde tekrar tekrar gönderebilir, bu da kötü niyetli bir şekilde kaynak tüketerek rollup'un genel verimliliğini ve verimliliğini azaltır.

Polkadot'un hedefi, sistemin temel özelliklerini etkilemeden rollup'ın esnekliğini ve relay chain kaynaklarının etkili kullanımını sürdürmektir.

Sequencer'in güvenilirlik sorunu

Basit bir çözüm, protokolü "izinli" olarak ayarlamaktır: örneğin, beyaz liste mekanizması kullanmak veya varsayılan olarak sıralayıcının kötü niyetli davranmayacağını varsayarak rollup'ın canlılığını sağlamaktır.

Ancak, Polkadot'un tasarım felsefesinde, sequencer'a yönelik herhangi bir güven varsayımında bulunamayız, çünkü sistemin "güvensiz" ve "izin gerektirmeyen" özelliklerini korumalıyız. Herkes, collator protokolünü kullanarak rollup durum dönüşüm taleplerini gönderebilmelidir.

Polkadot: Taviz Vermeyen Çözüm

Polkadot'un nihai seçtiği çözüm şudur: Sorunu tamamen rollup'ın durum dönüşüm fonksiyonuna (Runtime) bırakmak. Runtime, tüm konsensüs bilgilerinin tek güvenilir kaynağıdır, bu nedenle çıktıda hangi Polkadot çekirdeğinde doğrulama yapılması gerektiği açıkça belirtilmelidir.

Bu tasarım, esneklik ve güvenliğin çift yönlü garantisini sağlar. Polkadot, kullanılabilirlik sürecinde rollup'ın durum geçişlerini yeniden gerçekleştirir ve ELVES kripto ekonomik protokolü ile core dağıtımının doğruluğunu garanti eder.

Herhangi bir rollup bloğunun Polkadot veri kullanılabilirlik katmanına (DA) yazılmadan önce, yaklaşık 5 doğrulayıcıdan oluşan bir grup önce geçerliliğini doğrulayacaktır. Bu grup, sıralayıcıdan gelen aday makbuzları ve geçerlilik kanıtlarını alır; bunlar rollup bloğunu ve ilgili depolama kanıtını içerir. Bu bilgiler, paralel zincir doğrulama işlevi tarafından işlenecek ve köprü zinciri üzerindeki doğrulayıcılar tarafından yeniden yürütülecektir.

Doğrulama sonucunda, blokların hangi core üzerinde doğrulanacağını belirlemek için bir core seçici bulunur. Doğrulayıcı, bu indeksin kendisinin sorumlu olduğu core ile tutarlı olup olmadığını kontrol eder; eğer tutarsızsa, bu blok atılacaktır.

Bu mekanizma, sistemin her zaman güvene ihtiyaç duymadan ve izin gerektirmeden çalışmasını sağlar, sıralayıcı gibi kötü niyetli aktörlerin doğrulama konumunu manipüle etmesini önler, böylece rollup birden fazla çekirdek kullansa bile esnekliği koruyabilir.

güvenlik

Ölçeklenebilirlik arayışında Polkadot, güvenlikten ödün vermedi. Rollup'ın güvenliği, ara zincir tarafından sağlanır ve sadece bir dürüst sıralayıcı hayatta kalmayı sürdürebilir.

ELVES protokolü sayesinde, Polkadot güvenliğini tüm rollup'lara tam olarak genişletir, çekirdek üzerindeki tüm hesaplamaları doğrular ve çekirdek sayısına herhangi bir kısıtlama veya varsayımda bulunmadan bunu yapar.

Bu nedenle, Polkadot'un rollup'ları güvenlikten ödün vermeden gerçek bir ölçeklenebilirlik sağlayabilir.

Genel Kullanım

Esnek ölçekleme, rollup'un programlanabilirliğini sınırlamayacaktır. Polkadot'un rollup modeli, tek bir yürütmenin 2 saniye içinde tamamlanması şartıyla, WebAssembly ortamında Turing tam hesaplamaları gerçekleştirmeyi destekler. Esnek ölçekleme sayesinde, 6 saniye döngüsünde gerçekleştirilebilecek toplam hesaplama miktarı artırılabilir, ancak hesaplama türleri etkilenmez.

karmaşıklık

Daha yüksek bir throughput ve daha düşük bir gecikme kaçınılmaz olarak karmaşıklığı beraberinde getirir, bu sistem tasarımında tek kabul edilebilir denge yoludur.

Rollup, Agile Coretime arayüzü aracılığıyla kaynakları dinamik olarak ayarlayarak tutarlı bir güvenlik seviyesi sağlamaktadır. Ayrıca, farklı kullanım senaryolarına uyum sağlamak için RFC103'ün bazı gerekliliklerini yerine getirmelidir.

Belirli karmaşıklık, rollup'ın kaynak yönetim stratejilerine bağlıdır ve bu stratejiler zincir üzerindeki veya zincir dışındaki değişkenlere dayanabilir. Örneğin:

• Basit strateji: Her zaman sabit bir core miktarı kullanın veya zincir dışı manuel olarak ayarlayın;
• Hafif strateji: Düğüm mempool'unda belirli işlem yüklerini izlemek;
• Otomatik stratejiler: Geçmiş veriler ve XCM arayüzü aracılığıyla coretime hizmetini kaynakları yapılandırmak için önceden çağırma.

Otomatik yöntemler daha verimli olsa da, uygulama ve test maliyetleri de önemli ölçüde artmaktadır.

birlikte çalışabilirlik

Polkadot, farklı rollup'lar arasındaki etkileşimi destekler ve esnek ölçeklenebilirlik, mesaj iletiminin verimliliğini etkilemez.

Rollup'lar arası mesaj iletişimi, alt düzey taşıma katmanı tarafından gerçekleştirilir; her rollup'ın iletişim blok alanı sabittir ve tahsis edilen çekirdek sayısıyla ilgili değildir.

Gelecekte, Polkadot ayrıca dışa mesaj iletimi destekleyecek, kontrol düzlemi olarak bir ara zincir kullanarak, veri düzlemi yerine. Bu yükseltme, rollup'lar arası iletişim yeteneklerini esnek genişlemeyle birlikte artıracak ve sistemin dikey genişleme yeteneğini daha da güçlendirecektir.

Diğer Protokollerin Dengeleme

Herkesin bildiği gibi, performans artışı genellikle merkeziyetsizlik ve güvenlikten ödün verme ile gelir. Ancak Nakamoto katsayısına göre, bazı Polkadot rakiplerinin merkeziyetsizlik düzeyi düşük olsa da, performansları pek tatmin edici değildir.

Bir kamu blok zinciri A

Bir kamu blok zinciri A, Polkadot veya Ethereum'un parçalama mimarisini kullanmak yerine, tarihsel kanıt, CPU paralel işleme ve lider tabanlı konsensüs mekanizmasına dayanarak, tek katmanlı yüksek verim mimarisi ile ölçeklenebilirlik sağlamaktadır; teorik TPS 65.000'e kadar çıkabilir.

Anahtar bir tasarım, önceden halka açık ve doğrulanabilir lider atama mekanizmasıdır:

• Her epoch (yaklaşık iki gün veya 432.000 slot) başladığında, stake miktarına göre slot dağıtılır;
• Daha fazla stake yapıldıkça, dağıtım o kadar artar. Örneğin, %1'lik bir doğrulayıcı stake edenler yaklaşık %1'lik blok oluşturma şansına sahip olacaktır;
• Tüm blok üreticilerinin önceden açıklanması, ağın hedefli DDoS saldırılarına ve sık kesintilere maruz kalma riskini artırdı.

Tarih, paralel işlemenin donanım gereksinimlerinin son derece yüksek olduğunu kanıtlıyor, bu da doğrulama düğümlerinin merkezi hale gelmesine neden oluyor. Daha fazla stake yapan düğümlerin blok oluşturma şansı daha fazla, küçük düğümlerin neredeyse hiç slotu yok, bu da merkeziyeti daha da artırıyor ve saldırıya uğradıktan sonra sistemin çökme riskini artırıyor.

Bir kamu blok zinciri A, TPS'yi artırmak için merkeziyetsizlik ve saldırıya dayanıklılık yeteneklerinden ödün vermiştir; Nakamoto katsayısı yalnızca 20'dir ve bu, Polkadot'un 172'sinin çok altındadır.

Belirli bir kamu zinciri B

Bir kamu blok zinciri B, TPS'nin 104,715'e ulaşabileceğini iddia ediyor, ancak bu sayı özel bir test ağında, 256 düğümle, ideal ağ ve donanım koşullarında gerçekleştirilmiştir. Polkadot ise merkeziyetsiz kamu ağında 128K TPS'ye ulaşmıştır.

Bir kamu blockchain B'nin konsensüs mekanizması güvenlik açığı taşımaktadır: parçalı doğrulama düğümlerinin kimlikleri önceden ifşa edilecektir. Kamu blockchain B'nin beyaz kitabı da bunu açıkça belirtmektedir; bu, bant genişliğini optimize etse de kötü niyetli olarak kullanılabilir. "Kumarbaz iflası" mekanizmasının eksikliği nedeniyle, saldırgan bir parçanın tamamen kontrolünü ele geçirene kadar bekleyebilir veya DDoS saldırılarıyla dürüst doğrulayıcıları engelleyerek durumu değiştirebilir.

Buna karşın, Polkadot'un doğrulayıcıları rastgele atanır ve gecikmeli olarak ifşa edilir, bu nedenle saldırganlar doğrulayıcıların kimliğini önceden bilemezler, saldırılar tüm kontrolü kazanmayı gerektirir, eğer bir dürüst doğrulayıcı itirazda bulunursa, saldırı başarısız olacak ve saldırganın stake kaybına yol açacaktır.

Bir kamu blok zinciri C

Bir kamu blockchaini C, ana ağ + alt ağ mimarisi kullanarak genişleme yapmaktadır. Ana ağ, X-Chain (transfer, ~4,500 TPS), C-Chain (akıllı sözleşmeler, ~100-200 TPS) ve P-Chain (doğrulayıcıları ve alt ağları yönetme) bileşenlerinden oluşmaktadır.

Her bir alt ağın teorik TPS'si ~5,000'e ulaşabilir, bu da Polkadot'un yaklaşımına benzer: tek bir shard'ın yükünü azaltarak ölçeklenebilirlik sağlamak. Ancak belirli bir kamu zinciri, doğrulayıcıların alt ağlara katılımını serbestçe seçmelerine izin veriyor ve alt ağlar coğrafi, KYC gibi ek gereksinimler ayarlayabiliyor, bu da merkeziyetsizlik ve güvenlikten feragat ediyor.

Polkadot'ta, tüm rolluplar ortak bir güvenlik garantisi paylaşırken; belirli bir blok zinciri C'nin alt ağının varsayılan bir güvenlik garantisi yoktur ve bazıları tamamen merkeziyetsiz olabilir. Güvenliği artırmak istenirse, performansta bir taviz vermek gerekecek ve belirli bir güvenlik taahhüdü sağlamak zor olacaktır.

Belirli bir kamu blok zinciri D

Bir kamu blok zinciri D'nin genişleme stratejisi, temel katmanda sorunları doğrudan çözmek yerine rollup katmanının ölçeklenebilirliğine bahis oynamaktır. Bu yaklaşım aslında sorunu çözmüyor, sadece sorunu yığın üzerindeki bir üst katmana aktarıyor.

İyimser Rollup

Şu anda çoğu Optimistic rollup merkeziyettir (bazıları hatta sadece bir sıralayıcıya sahiptir) ve güvenlik yetersizliği, birbirlerinden izole olma, yüksek gecikme (genellikle birkaç gün süren dolandırıcılık kanıtı süresini beklemek gerekir) gibi sorunlar vardır.

ZK Rollup

ZK rollup'un uygulanması, tek bir işlem başına işlenebilir veri miktarının kısıtlamalarına tabidir. Sıfır bilgi kanıtı üretiminin hesaplama talepleri son derece yüksektir ve "kazanan her şeyi alır" mekanizması sistemin merkezileşmesine yol açma eğilimindedir. TPS'yi sağlamak için, ZK rollup genellikle her bir işlem grubundaki işlem sayısını sınırlar, bu da yüksek talep sırasında ağ tıkanıklığına, gas fiyatlarının artmasına ve kullanıcı deneyiminin etkilenmesine neden olabilir.

Buna kıyasla, Turing tam ZK rollup'ın maliyeti yaklaşık olarak Polkadot'un temel kripto ekonomi güvenlik protokolünün 2x10^6 katıdır.

Ayrıca, ZK rollup'un veri kullanılabilirliği sorunu da dezavantajlarını artıracaktır. Herkesin işlemleri doğrulayabilmesini sağlamak için, tam işlem verilerinin sağlanması gerekmektedir. Bu genellikle ek veri kullanılabilirliği çözümlerine bağlıdır ve maliyetleri ve kullanıcı ücretlerini daha da artırır.

Sonuç

Ölçeklenebilirliğin sonu, taviz olmamalıdır.

Diğer halka açık blok zincirlerle karşılaştırıldığında, Polkadot merkeziyeti performans için, önceden belirlenmiş güveni verimlilik için değiştirme yolunu seçmemiştir. Bunun yerine, güvenlik, merkeziyetsizlik ve yüksek performans arasında çok boyutlu bir denge sağlamak için esnek ölçeklenebilirlik, izin gerektirmeyen protokol tasarımı, birleşik güvenlik katmanı ve esnek kaynak yönetim mekanizmaları kullanmaktadır.

Bugün daha büyük ölçekli uygulamaların hayata geçirilmesini hedeflerken, Polkadot'un benimsediği "sıfır güvenli ölçeklenebilirlik", belki de Web3'ün uzun vadeli gelişimini destekleyebilecek gerçek çözüm.