Monolitni i modularni blokčejni: dve škole mišljenja

Dilema i trilema ne manjka u blokčejn svetu. Ne čudi; koliko je inženjersko pitanje, blokčejn i kripto su i filozofsko, vrednosno pa i moralno pitanje. A gde ima filozofije, mora da ima i dilema, diskusija, pa čak i razdora jer bez njih nema ni napretka jednog ultra dinamičnog ekosistema u povoju. Jedna od dilema koja dugi niz godina podstiče debate je vezana za samu prirodu, ili možda preciznije reći kompoziciju blokčejna.

U početku beše bitkoin. On i brojni lanci koji su nastajali vremenom funkcionisali su (a brojni i dalje to čine) po sistemu “sam svoj majstor”. Što će reći, oni sve krucijalne poslove (konsenzus, izvršavanje i finalizacija, dostupnost podataka) obavljaju u svojoj režiji. Ovakvi blokčejni se nazivaju monolitnim. 

Dugo je ovakav pristup u građenju novih mreža je bio i jedini. Vremenom, kako su uočavani nedostaci ovakvog pristupa i kako su se potrebe korisnika i developera menjale i sazrevale, došlo je i do promene u komceptualizaciji blokčejna. Razlog za to je pre svega bio jer su se u određenim situacijama monolitni blokčejni pokazali neefikasno i neskalabilno, dok su za inženjere bili ograničeni i nefleksibilni. Kao rezultat i želja da se funkcionalnost blokčejna unapredi, počeli su da se razvijaju modularni blokčejni. Osnovna razlika kod ovakvih blokčejna je razdvajanje nadležnosti nad osnovim funkcijama

I jedan i drugi pristup imaju prednosti i mane i ovaj tekst će pokušati da ih mapira i na bazičnom nivou analizira.

Monolitni blokčejni 

Zamislimo fabriku koja sve operacije obavlja in-house. Ili da budem precizniji, zamislimo fabriku s početka prošlog veka gde je svaki radnik bio zadužen da sklopi proizvod od A do Š. Nešto slično tome predstavlja monolitni blokčejn. Sve suštinske operacije se obavljaju na samoj mreži i ovakvi blokčejni optimizuju svoje funkcionalnosti spram tog cilja.

Pomenuli smo već bitkoin koji je očigledan predstavnik ovakvog pristupa, drugi primer je Tron a mnogi tvrde i da je Ethereum tokom Proof-of-work ere bio u potpunosti monolitan. 

Dosta je prednosti ovog pristupa. Za početak, jednostavnije je. Arhitektura monoitnih lanaca okuplja sve na jednom mestu. Manje potrebnih komponenti smanjuje kompleksnost razvoja. 

Druga prednost je sigurnost. Manje kompleksni sistemi umanjuju šanse da  maliciozni napadi urode plodom. Takođe, u slučaju visokog stepena decentralizacije kod monolitnih lanaca, umanjuje se mogućnost eksploatacije rizika kritičnog elementa (single point of failure). Na kraju, prednosti monolitnih lanaca ogledaju se i kroz konzistentnost i sinhronizaciju budući da se svi nodovi nalaze na istom lancu i podređeni su istom setu pravila.

Međutim, postoji i naličje koje ogoljava neke od nedostaka monolitnog pristupa. 

Veliki broj decentralizovanih nodova sa sobom povlači i kompleksnije izvršavanje transakcija. Što je veći broj čvorova na monolitnoj mreži to je potrebno više vremena da se transakcije izvrše. Što je više vremena potrebno da se transakcije izvrše to su transakcije skuplje a time je slabije i korisničko iskustvo. A ako govorimo o PoW konsenzusima, sa porastom složenosti mreže, postaje skuplje validirati transakcije. 

Na kraju, monolite mreže su prilično rigidni sistemi. Implementacije promena i unapređivanja su dosta zahtevne (jer je potrebno izmeniti čitav sistem) što predstavlja značaj problem u blokčejn svetu koji umnogome zavisi od spremnosti da se prilagođava zahtevima korisnika koji brzo evoluiraju. 

Ove mane se mogu minimizovati, ali to dolazi sa ozbiljnim kompromisom. Na primer, da postignu veću propusnu moć, monolitne mreže implementiraju veće blokove, ali to podiže hardverske zahteve za nodove. Što je nepristupačnije da neko postane validator to je veća opasnost od centralizacije mreže. Ovaj primer najbolje ilustruje blokčejn trilema koja kaže da se “o istom trošku” mogu zadovoljiti tek dve od tri krucijalne karakteristike blokčejna: decentralizacija, bezbednost i skalabilnost. 

Modularni blokčejni

1913. jedan od najvećih industrijalaca svih vremena Henri Ford implementira montažnu traku u svojoj fabrici. Radnici koji su do tada bili obučeni da sami sklapaju čitavo vozilo, dobijaju svoje specijalizacije. Neko sastavlja upravljački pogon, neko transimisiju, neko kočioni sistem. Ovakav modularan pristup raskrčio je uska grla, rasteretio radnike i omogućio veći broj proizvedenih vozila za isto vreme.

Na vrlo sličan način možemo zamisliti modularne blokčejne. Umesto da se sve radnje obavljaju integralno, vrši se njihovo delimičmo ili potpuno razdvajanje na interkonektovane slojeve koji preuzimaju nadležnost nad izvršavanjem određenih operacija. Ovakva arhitektura koja se bazira na mikro servisima pruža sasvim novi set mogućnosti koji nije moguć u objedinjenom tipu blokčejna.

Modularni dizajn u startu dopušta daleko veću fleksibilnost developerima a sam blokčejn čini adaptibilnijim jer izmene na određenim delovima arhitekture ne iziskuju da se mora menjati čitava struktura blokčejna. 

Prva razlika se ogleda u načinu izvršavanja transakcija. Jednobrazni blokčejni zahtevaju da se i izvršavanje i finalizacija transakcija obave na istom L1 lancu. Kod modularnih ti poslovi se mogu podeliti između matičnog lanca i komplementarnog sloja koji ga skalira, tj. specijalizovan je za izvršavanje transakcija i njihovu grupisanu isporuku nazad. Dakle, L2 skida deo posla “s leđa” L1 i time čini mrežu manje opterećenom a transakcije brže i potencijalno jeftinije. Suštinski je, naravno, bitno da visok stepen decentralizacije bude očuvan u ovom procesu.

Ako uzmemo post-merge Ethereum kao primer tranzicije sa monolitnog na modularni pristup primetićemo da beacon lanac nadzire  implementaciju pametnih ugovora i njihovu interakciju sa sa sistemom, dok je samo izvršavanje pametnih ugovora dodeljeno manjim shard lancima koji rade u paraleli.

Beacon lanac, koji orkestrira čitavim PoS konsenzus mehanizmom nakon spajanja, zadužen je za validiranje transakcija, ali i za obezbeđivanje sigurnosti i integriteta sistema. On koordiniše validatore, zadužen je za finalizaciju transakcija, njihov redosled kao i za upravljanje nagradama i kaznama.

Za dostupnost podataka na Ethereumu su zaduženi shard lanci. Sharding je princip kojim se mreža skalira pritom čuvajući decentralizaciju i bezbednost. U kontekstu Ethereum-a, sharding će smanjiti zagušenje mreže i povećati broj transakcija u jedinici vremena stvaranjem novih lanaca, tj. shard-ova. Ovo će takođe olakšati opterećenje za svaki validator koji više neće morati da obrađuje sve transakcije širom mreže.

Nedostaci modularnog pristupa

Osim niza benefita koje smo pomenuli, modularni pristup očekivano ima i neke nedostatke. U određenim okolnostima, naročito na velikoj skali, može se smatrati da je monolitni pristup bezbedniji pre svega što je za modularan pristup bitno da svaki modul bude jednako bezbedan (sindrom najslabije karike).

Sa stanovištva developmenta, modularni lanci su kompleksnija, manje istraženija teritorija. Razvoj i integracija više modula zahtevaju i više vremena te je i sama cena modularnih blokčejna veća. 

Koliko si modularan od nula do modularan?

Kao što ni decentralizacija nije prekidač sa nulom i jedinicom, tako se i modularnost ili monolitnost blokčejna mogu posmatrati kao spektar. Često će se čuti i suprotstavljena mišljenja o tome da li je neka mreža bliža jednom ili drugom ekstremu. Tako se može naiči i na stanovišta da postoje i polilitni lanci (polylithic chains). Oni se sastoje od višelančane arhitekture, koju čini jedan osnovni lanac i mreža drugih lanaca koji su podređeni osnovnomu. Kao primeri polilitnih mreža najčešće se navode Avalanche ili Polkadot.

Takođe, određeni izvori čak i Ethereum ne smatraju kao potpuno modularan već polu-modularan (semi-modular) lanac budući da Ethereum ima mogućnost da sam obavlja sve funkcije, ali to više ne čini već ih delegira. Iz ove perspektive modularni blokčejni su specijalizovani da obavljaju isključivo određene zadatke, te ne mogu imati druge funkcije. Primer ovakvih mreža su ZkSync, Optimism ili Arbitrum.

Za kraj teksta je zgodno pomenuti da postoje i nastojanja da se ujedine benefiti modularnog i monolitnog pristupa. Polygon, primera radi, potencira pristup agregiranog blokčejna koji zadržava sigurnost monolitnog pristupa dok omogućava veću skalabilnost i kompozabilnost kao u slučaju modularnih mreža. Da li je to početak jednog novog trenda, ostaje da vidimo.