Сайдчейн в криптовалютах: разновидности, особенности, примеры улучшенных цифровых монет

Первоначальная идея формирования архитектуры криптографических активов совсем не предусматривала их обширное использование и масштабную интеграцию. Однако, стремительная популяризация bitcoin с ethereum выявила серьёзную проблему технического плана, касающуюся масштабируемости блокчейн-систем.

Стала неуклонно нарастать сложность сети, всё ощутимее затрудняющей процесс достижения консенсуса, а также включения в блок транзакций. Это выражается в увеличении временных затрат при исполнении финансовых операций.

Разработан ряд вариантных схем, эффективно устраняющих серьёзные проблемы масштабируемости. Первый способ – это шардинг, при котором увеличиваются размеры блоков. При втором задействуется алгоритм P-o-S (подтверждение долевого владения). Третий путь предполагает использование технологии sidechain, где осуществляется боковое расширение блокчейна.

Детально разберём последний способ противодействия нарастанию сложности сетей криптовалют, когда blockchain рационально увеличивают боковыми цепочками блоков.

Сайдчейн – что это?

Первое описание принципов функционирования технологии sidechain выполнили специалисты корпорации Blockstream летом 2014-го. Они изложили идею на примере всем известного биткоина, представив его white paper в изменённой форме. Как оказалось, данные рассуждения оказались пророческими, поскольку методика с 2017-го активно стала реализовываться в каждом форке bitcoin, начиная с BCH (bitcoin cash).

Итак, название технологии сайдчейн возникло из английского словосочетания «side chain», буквально интерпретируемого, как «боковая цепь». Эта технология сейчас проходит стадию интенсивного развития и оптимизации. Первостепенной задачей сайдчейна является обеспечение прямой возможности цифровым активам и токенам, создаваемым на одном блокчейне, безопасно использоваться в другой криптосистеме. При этом задана практическая допустимость возвращения в оригинальный блокчейн, если остро возникнет необходимость.

Иными словами, sidechain представляет собой одно, либо множество боковых ответвлений, исходящих из базовой цепочки блоков. В результате формируется древовидная структура, где blockchain криптосистемы приобретает много свободных концов для присоединения новых блоков. Следовательно, возрастает скорость обработки операций и приумножается быстрота работы сети.

Особенности криптовалютных сайдчейнов

Мы разобрались, что sidechain является боковой цепочкой. Посредством этих параллельных ответвлений расширяется основной блокчейн. Так сказать, увеличивает полезную площадь его «тела». Изучим ключевые нюансы, обуславливающие разницу между основными и прикреплёнными сбоку цепями.

Классический блокчейн имеет простую конфигурацию – линейная последовательность блоков с активной частью в «хвосте». Сюда последовательно записывается информация пока есть свободный объём.

Заполненный блок потом закрывается и выполняется присоединение нового элемента. Такая структура обычно именуется главной цепочкой или мейннетом. В ней последовательно связаны блоки, создающие в результате блокчейн, который имеет лишь одну рабочую зону.

Когда появляются боковые цепочки, функционирующие вместе с основной, происходит рост количества активных концов в blockchain. Они все качественно работают, сохраняя относительную автономность.

Однако, возникает здесь очевидная опасность многократного копирования одной операции на разных концах разветвлённого блокчейна. Такого не случается благодаря механизму маркировки уже обрабатываемого блока. Он теперь продублированным быть не сможет.

Возможно единовременное исполнение нескольких транзакций в разных сайдчейнах, но зафиксируется в системе лишь первый законченный блок. Именно этот майнер за работу получит вознаграждение.

Другая особенность боковых цепочек – это сокрытие процессов, происходящих внутри каждого ответвления. Такие транзакции будут независимыми, пока не произойдёт внесение завершённой операции в мейннет. Только основной блокчейн может считываться, а фоновые процессы в боковых цепочках не видны.

Третье отличительное свойство sidechain состоит в процедуре обработки финансовых потоков. Приблизительно механизм передачи криптомонет, блокчейны которых имеют ответвления, выглядит так:

• изначально владелец родительской цепочки blockchain отправляет коины на промежуточный адрес;

• в хранилище криптомонеты «замораживаются» участниками группы подтверждения, называемой «федерацией». Такое действие блокирует возможности траты задействованных альткоинов в иных местах;

• как только разрешения от большинства «федератов» получены, сторонам операции высылаются подтверждающие уведомления. Однако, тут специально создаётся некоторая задержка, чтобы нивелировать вероятные замедления из-за больших расстояний. Дополнительно увеличивается безопасность переводов;

• потом эквивалентный объём виртуальной валюты перемещается в блок сайдчейна и принимающая сторона получает возможность свободной траты средств.

Когда монеты отправляют в базовый блокчейн из какого-то sidechain, реализуется противоположный процесс. Чтобы всю схематику внутренних перемещений лучше понять, проанализируем данный принцип на модели из банковской сферы.

Пример работы сайдчейнов

Целесообразно разобрать жизненный пример, который понятен пользователю без специфических знаний. Предлагает некий банк (гипотетически, единственный в районе) на собственных счетах виртуальные и наличные деньги. Для транзакции в другую финансовую организацию, осуществляемой как банковский перевод, будет проводиться регистрация операции.

Если наличные снимает клиент, то во время траты небольшого количества денег в ближних магазинах (например, район города), средства уходят другим людям. Они также на них удовлетворяют собственные нужды, совершая покупки. Здесь формируется локальная система, где происходит множество транзакций. В итоге деньги всё равно в банк возвратятся.

Итоговый объём средств остался неизменным, поскольку деньги лишь перераспределились. Невзирая на многочисленные операции, банк только зафиксирует некоторые остатки на клиентских счетах людей, ранее фигурировавших в операциях. Все локальные (в районе города) переходы денег останутся для финансовой организации неизвестными.

Порядок процессов в блокчейне с боковыми цепями почти аналогичен. Перемещения внутри разветвлённого blockchain можно сравнить с локальными операциями, не заносимыми в основную базу банка, а транзакции в другие криптосистемы похожи на переводы фиата в соседние города или аналогичные учреждения. То есть первая категория операций не видна, а вторая строго учитывается.

Преимущества боковых криптоцепей

У сайдчейнов выделяют два значимых преимущества. Именно эти качества определяют важность и полезность технологии.

1. Для каждого sidechain возможно определение персональных правил работы. К примеру, в боковой цепочке допустимо использовать другой алгоритм, согласованный с механизмом действия мейннета. Такое решение обеспечит сетевую гибкость и заметно разгрузит основную цепь.
2. Внутренние транзакции в сайдчейне выполняются нередко без привлечения базовой цепочки. Этот аспект неизвестен многим пользователям, удивляющимся высокоскоростными конвертациями либо транзакциями. Здесь налицо полезное действие технологии.

Отправка обычной криптомонеты через линейный блокчейн видна всем и потому будет обрабатываться большим числом сетевых участников.

Подобная активность непременно вызовет при существенных объёмах транзакций затруднения с ёмкостью, что сразу проявится в форме замедления операций. Если переводится монета, имеющая пусть даже один сайдчейн, то нагрузка будет перераспределена и основная сеть разгрузится. Теперь никакого спада производительности криптосистемы не последует.

Недостатки sidechain

Применение технологии разветвления блокчейна таит две важные опасности:

• из-за сложности есть потенциальные риски софтфорков;

• вероятная централизация майнинга из-за теоретически возможного слияния.

К относительным минусам применения сайдчейнов специалисты склонны относить следующие факты:

• в боковых цепочках, несмотря на их рабочую автономность, должна сохраняться индивидуальная безопасность. Такое условие соблюдается исключительно в высококачественных проектах;

• использование sidechain требует необходимый уровень мощности сети для нормального течения майнинга. Системы новых альткоинов редко соответствуют данному условию;

• недостаточная мощность сети может оказывать непосредственное влияние на централизацию структуры майнерского сообщества, так как будет нарастать лимит вхождения. Всё больше пользователей, добывающих коины на маломощных устройствах, станут отказываться от бессмысленной конкуренции. Останется в итоге 3-4 майнера, добывающих одновременно на нескольких блокчейнах. Это уже практическая централизация.

Разновидности сайдчейнов

По сути, боковые ответвления основной цепочки предназначаются для исполнения 2 функций, но существует несколько вариантов sidechain, решающих задачи разными путями. Выделяют 5 структурных типов сайдчейнов.

Кастодианы

Это группа ответвлений основного блокчейна, резервирующих монеты. К примеру, пользователь пересылает куда-то коины с условием промежуточного хранения суммы для ожидания всех требуемых подтверждений.

Средства поступают к независимому хранителю, у которого активируется кастодиан-цепочка, препятствующая проведению каких-либо несанкционированных операций.

Недостаток у этих ответвлений один – они создают разветвлённость блокчейна без практической пользы – контролируют «заморозку» цифровых коинов, не улучшая масштабируемость сети.

Федерации

Чтобы не доверяться одному пользователю, как это подразумевается в кастодианах, создаётся альтернатива – «федерация». Здесь необычное название имеет группа из нечётного количества участников системы, которая посредством мульти-кошелька управляет доступом к заблокированным монетам.

В группе, допустим, 3 ничем не связанных человека, имеющих персональные ключи. Для «размораживания» средств и их дальнейшей отправки достаточно активации 2-х паролей от участников группы.

Сайдчейны SPV

Модификация боковой цепочки, где предлагается автоматическая проверка правильности транзакции. Функционирование системы возможно в условиях использования доказательств SPV – это упрощённые процедуры подтверждения оплаты.

Значение термина подразумевает, что при минимуме данных и на базе криптографических технологий реально осуществлять проверку содержания транзакции в конечном блоке. Выполнение такого условия делает виртуальные монеты доступными для операций.

Драйвчейны

Для транзакций монет с таким sidechain необходимо участие майнеров. В принципе, они являются тут кастодианами, сохраняющими переданные альткоины. Следовательно, майнеры могут переносить информацию на основной блокчейн.

Получается небольшая вседозволенность, но идея драйвчейна предусматривает её и принимает такую возможность мониторинга майнером любых транзакций. Ведь создаётся расклад, менее опасный, чем действия любого централизованного хранителя.

Специальные сайдчейны

Это разветвления от основной цепочки, увеличивающие площадь blockchain для реализации полезных функций.

Обычно таким способом создаются форки, но иногда технология изначально применяется в получении ценных качеств.

Комбинированные sidechain

Их также называют гибридными моделями потому, что основной блокчейн сразу имеет несколько (обычно две) разнотипных sidechain. Так расширяются возможности криптосистемы.

К примеру, корпорация Labs RSK проанализировала концептуальный замысел, предполагающий объединение федерации с драйвчейном.

То есть разобрали осуществимость параллельной активации транзакций членами «федеративной» группы и майнерами. Концепция оказалась выполнимой, но чересчур сложной.

Несколько примеров криптосетей с сайдчейнами

Подвергнем поверхностному анализу несколько вариантов цифровых монет и блокчейн-систем, содержащих разные типы боковых ответвлений основной цепи.

Проект Lisk

Функциональная сеть и практичная криптовалюта, разрабатываемая с исключительным упором на эффективное использование сайдчейнов.

Удалось получить преимущества уменьшенной ёмкости блокчейна и создать условия для формирования dApp-приложений вне базовой цепи.

Криптографическая сеть Loom

В ней недавно разместили новый набор инструментов для разработчиков приложений. Такой SDK работает с поддержкой «Dappchains» – особых уровней, находящихся выше Ethereum и использующих собственный алгоритм консенсуса DPoS.

Возможен на подобных сайдчейнах запуск масштабируемых dApps (децентрализованные приложения) без каких-либо внедрений в центральный блокчейн.

Платформа Rootstock

Криптосистема для smart-контрактов, исполняемых с bitcoin. В ней применена схема двусторонней привязки к BTC.

Посредством данной платформы проводятся смарт-контракты, а майнеры зарабатывают неплохое вознаграждение.

Масштабируемая сеть Ardor

Во многом революционная блокчейн-система, выделяющая множеством положительных особенностей. Решена в ней проблема универсальности блоков и их раздувания.

Основной blockchain используется для безопасного хранения зашифрованных сведений, а множество ответвлений производят обработку транзакций.

Удалось разработчикам увеличить скорость операций и обеспечить лёгкий, но эффективный процесс перегрузки блокчейна.

Заключение

Технология, предполагающая в криптографических системах использование сайдчейнов – это принципиальная опора для формирования полуцентрализованных проектов либо создания специализированных продуктов для криптовалютных сетей.

Раскрывает данная инновация высокоперспективные возможности, которые сегодня, к сожалению, сдерживаются рядом существенных проблем. К примеру, есть неоднозначности в вопросах анонимности и безопасности подобных сайдчейнов. Не полноценно пока исследовано влияние ответвлений на блокчейн-системы в целом.

В действительности эти проблемы постепенно нивелируются и опровергаются. Так, недавно стали появляться публикации авторитетных программистов. Согласно их концепциям, подключать sidechain несложно, даже нет надобности менять механизм консенсуса.

Помимо этого, безопасность системы страдать не может, ввиду независимости боковых цепочек от центрального блокчейна. Это определённо доказывает перспективность сайдчейнов, которые как минимум сумеют разрешить трудности с масштабированием.