Что такое перегрузка сети блокчейн?

Вы когда-нибудь часами ждали завершения криптовалютной транзакции или платили высокие комиссии? Скорее всего, вы сталкивались с перегрузкой блокчейна.

В отличие от централизованных сетей, которые могут просто добавлять больше мощности для справления с пиковой нагрузкой, блокчейны естественным образом ограничивают количество транзакций, обрабатываемых в секунду, из-за фиксированного размера блока и интервала, установленных протоколом. 

Следовательно, когда спрос превышает фиксированную мощность, транзакции помещаются в очередь (часто называемую «мемпулом») и ждут, пока не достигнут первой очереди, или пользователи просто платят более высокую комиссию за более быструю обработку. Перегрузка блокчейна влияет не только на пользователей, но и на разработчиков, компании и поставщиков услуг, использующих инфраструктуру блокчейна.

Что такое перегрузка сети блокчейн?

Сеть блокчейнов испытывает перегрузку, когда количество транзакций, отправляемых в блокчейн, превышает его способность обрабатывать транзакции в разумные сроки, а также страдает от неоптимального времени подтверждения.

Структурно блокчейн представляет собой децентрализованный реестр, который обрабатывает транзакции и записывает их в реестр блоками. Поскольку каждый блок имеет максимальный размер/пространство, он имеет ограничения на количество транзакций, которые он может обработать в течение заранее определённого времени обработки и записи.

Когда множество пользователей пытаются совершить транзакцию одновременно, сеть блокчейна испытывает перегрузку, что приводит к накоплению неподтверждённых транзакций. Перегрузка сетей блокчейна ничем не отличается от той, что мы наблюдаем в случае с трафиком, что приводит к задержкам и перегрузкам для всех.

В прошлом подобные заторы уже демонстрировали эти недостатки. Например, 2017сеть Bitcoin стала крайне перегруженной, а комиссии за транзакции во время ее роста превысили 50 долларов. 

Ethereum столкнулся с аналогичными проблемами перегрузки во время бума DeFi в 2020-2021 годах и NFT-безумие в 2021 году, где средняя комиссия за газ составляла более 200 долларов за транзакцию. Даже решения второго уровня и альтернативные блокчейны сталкиваются с перегрузками или скачками платы за газ (комиссии) при необычно высоком росте активности пользователей.

Причины перегрузки сети блокчейн

Перегрузка блокчейн-сетей возникает неслучайно. Она может быть обусловлена ​​рядом технических и поведенческих проблем. Чем выше спрос на блокчейн-приложения, тем более очевидными становятся эти ограничения. Наиболее распространённые причины перегрузки блокчейн-платформ:

1. Высокий объем транзакций (NFT-дропы, эйрдропы токенов и DeF)

К наиболее распространенным источникам перегрузки блокчейнов относятся неожиданные всплески объема транзакций и спроса, возникающие во время популярных мероприятий, таких как

• Капли NFT: Многие коллекции NFT запускаются одновременно, что создаёт перегрузку, поскольку тысячи пользователей пытаются создавать, покупать или делать ставки на NFT. Этот всплеск запросов на транзакции перегружает сеть. 
• Раздача токеновНапример, эйрдропы, раздающие токены владельцам кошельков криптопроектов, часто могут привести к увеличению активности пользователей в сети. Все бегут за своими бесплатными токенами, что приводит к перегрузке сети. 

2. Ограниченный размер блока или скорость блока

Ограничения, накладываемые на технологию децентрализованного или распределённого реестра, призваны обеспечить её децентрализацию и безопасность. При отправке транзакций, которые не помещаются в блок, они добавляются в область хранения, называемую мемпулом. 

По мере увеличения размера мемпула пользователи начинают предлагать более высокие комиссии за транзакции (газ), чтобы ускорить их выполнение. Это приводит к войне ставок, что приводит к задержкам для пользователей, предлагающих более низкие комиссии, и увеличению средней стоимости использования сети.

3. Неоптимально построенные децентрализованные приложения (dApps)

Не все блокчейн-приложения построены одинаково. Некоторые dApp могут содержать неэффективный код смарт-контракта, потреблять больше газа, чем необходимо, или вызывать несколько транзакций для достижения одного конечного результата. 

В перегруженной среде плохо оптимизированные dApps только усугубляют проблему, заполняя сеть ненужными и чрезмерно ресурсоемкими транзакциями, которые можно было бы реализовать более эффективно.

Например, децентрализованная игра может вызывать множество контрактов только для обновления счёта или перемещения объекта, в то время как одна функция могла бы выполнить ту же задачу более эффективно и рационально. Неэффективность быстро нарастает в экосистеме крупных децентрализованных приложений (dApps), увеличивая нагрузку.

4. Активность ботов и спам-атаки

Боты — ещё одна серьёзная причина перегрузки блокчейнов. Автоматизированные скрипты (боты), которые используются в DeFi для опережающих сделок, перехвата NFT-токенов или использования возможностей арбитража. 

Они проводят тысячи транзакций за миллисекунды и платят больше плата за газ чтобы их транзакции выполнялись в первую очередь. Это перегружает сеть и повышает плату за газ для законных пользователей.

Как измеряется загруженность?

Понимая перегрузку блокчейна, пользователи, разработчики и протоколы могут оценить состояние сети, воспользоваться преимуществами эффективного взаимодействия и точно настроить транзакции. Обычно перегрузка оценивается по нескольким показателям:

1. Размер мемпула

A mempool — это структура данных, которая хранится и поддерживается в блокчейне, где имеется временное хранилище всех ожидающих транзакций, которые были отправлены, но еще не включены в блок. 

Чем больше размер мемпула, тем больше пользователей пытаются отправить транзакции, вероятно, одновременно, и перегрузка указывает на то, что сеть не может обрабатывать их достаточно быстро. Во время пиковой активности DeFi или запуска NFT на Ethereum мемпул может достигать огромных размеров, достигая десятков тысяч транзакций, что приводит к задержкам в подтверждениях. 

2. Цена на газ 

Цена газа — это сумма, которую пользователи готовы заплатить, или транзакционные издержки, необходимые для обработки валидаторами (майнерами или стейкерами). Цена газа измеряется в Gwei на Ethereum.

По мере того, как спрос на пространство в блоках растёт и превышает предложение, пользователи будут повышать цену на газ, которую они готовы платить, чтобы валидаторы знали, как расставить приоритеты для их транзакций. По сути, цены на газ растут, когда сеть становится перегруженной. 

3. Среднее время блока 

Среднее время блока — это среднее время, прошедшее между добычей блоков. (П) или подтвержденный (PoS). Более медленное, чем обычно, время формирования блока может привести к снижению скорости подтверждения транзакций, что приводит к перегрузке. Среднее время формирования блока для распространённых монет:

• Биткоин: ~10 минут
• Ethereum (PoS): ~12 секунд
• Солана: ~0.4 секунды

4. Пропускная способность транзакций (TPS)

TPS (транзакций в секунду) — это количество транзакций, которое блокчейн может обработать за секунду. TPS — это прямое определение вычислительной мощности блокчейна. Как только объём транзакций превышает TPS, образуется затор. Для некоторых монет TPS: 

• Биткоин: ~7 транзакций в секунду
• Ethereum: ~15–30 транзакций в секунду
• Солана: 2,000+ TPS (теоретически)
• Полигон PoS: ~65 TPS

Метрика	Что он измеряет	Индикатор загруженности	Результат
Размер мемпула	Незавершенные транзакции	Высокий	Более длительное время ожидания, резкие скачки тарифов
Цена на газ	Комиссия за транзакцию за единицу газа	Высокий	Более дорогие транзакции
Время блокировки	Время создания/проверки блока	Медленнее обычного	Более низкая пропускная способность сети
Временный защитный статус (TPS)	Скорость обработки	Более низкий TPS относительно объема	Отставание и задержки

Последствия перегрузки сети

Перегрузка блокчейн-сетей — серьёзная операционная проблема, которая имеет реальные финансовые последствия для всех криптовалютных экосистем. Эти последствия могут включать:

1. Задержка подтверждения транзакции

Один из главных недостатков заключается в задержке подтверждения транзакций. При выполнении некоторых задач, таких как трансграничные платежи, торговля, выпуск NFT и т. д., может возникнуть ощущение срочности. Перегрузка может привести к упущенным возможностям или, что ещё хуже, к полной потере транзакций, проскальзыванию цены и т. д.

В сентябре 2024 года Сеть биткойнов Система перегружена настолько, что среднее время между подтверждением транзакций превысило 2000 минут (более 33 часов). Пользователи столкнулись с трудностями и не смогли своевременно завершить основные транзакции.

2. Более высокие транзакционные комиссии (газовые)

Перегрузка приводит к увеличению комиссий за транзакции, иногда называемых «газовыми сборами». Когда спрос превышает предложение, пользователи предлагают более высокую комиссию за приоритетное обслуживание в очереди для майнеров или валидаторов. 

Например, во время пика активности яхт-клуба Board Ape Otherside NFT Mint, который произошёл в мае 2022 года, комиссия за газ на Ethereum выросла до более чем 400 долларов за транзакцию, при этом пользователи заплатили более 157 миллионов долларов только за газ. Резкий скачок цен практически лишил мелких пользователей возможности участвовать в торгах, если они не хотели платить больше. 

3. Неудачные транзакции из-за перекупки

Если сеть перегружена, транзакции с более низкой комиссией за газ просто не будут обработаны и будут лежать в мемпуле до тех пор, пока не будут удалены или отменены. Это также может стать рискованным режимом, когда на кону ваши биткоины, и каждая секунда имеет значение.

Риски неудачных транзакций могут привести к потере средств, недействительным смарт-контрактам и разочарованию пользователей, особенно на сайтах DeFi, где миллисекунды могут иметь решающее значение между победой и проигрышем.

4. Разочарование пользователей и разработчиков

Регулярные перегрузки могут привести к снижению доверия со стороны пользователей и отпугнуть разработчиков от разработки решений на основе перегруженного блокчейна. Разработчики могут отказаться от блокчейна. 

Например, в отчете Electric Capital за 2023 год говорилось, что разработчики и пользователи перешли на другие блокчейны, такие как Avalanche, Polygon и Solana, поскольку большинство их dApps не удалось запустить на Ethereum из-за высоких затрат и перегрузки.

Решения для решения проблемы перегрузки сети блокчейн

Перегрузка сильнее всего влияет на крупнейшие блокчейны экосистемы (например, Bitcoin и Ethereum), особенно в периоды пикового спроса. Ниже представлены несколько решений для управления перегрузкой и повышения масштабируемости:

1. Решения для масштабирования уровня 2

Решения уровня 2 (L2) работают над цепочками уровня 1 и в основном обрабатывают транзакционную нагрузку вне цепочки, прежде чем окончательно передать доказательство обратно в цепочку. Решения уровня 2 хороши тем, что они значительно дешевле и работают быстрее, при этом сохраняя безопасность своего базового уровня. 

По данным L2Beat, Arbitrum One, решение второго уровня, охватывает более 40% всей активности Ethereum второго уровня, с ежедневным объёмом свыше 500 миллионов долларов. Оно объединяет тысячи транзакций в единое доказательство для Ethereum.

2. Sharding

Шардинг — это решение масштабируемости уровня 1, которое разбивает блокчейн на более мелкие фрагменты, или «шарды», что позволяет выполнять параллельную обработку транзакций. Это значительно повышает пропускную способность и снижает нагрузку на сеть. Протокол NEAR уже поддерживает динамическое шардинг и достиг производительности до 100 000 транзакций в секунду в ходе стресс-тестирования. 

3. Изменения в механизме консенсуса

Изменения в механизмах консенсуса могут повысить пропускную способность и снизить энергопотребление. Например, алгоритм подтверждения истории Solana снабжает транзакции временными метками, что позволяет сопоставлять и проверять их без лишних затрат времени, обеспечивая чрезвычайно высокую пропускную способность без ущерба для отслеживаемости.

Как пользователи могут бороться с заторами

Многие пользователи блокчейна, вероятно, часто сталкиваются с перегрузкой блокчейна, если используют такие популярные сети, как Ethereum и Bitcoin. К счастью, вот несколько практичных способов обойти перегрузку блокчейна:

1. Используйте решения уровня 2 и/или сайдчейны, чтобы избежать перегрузки

Один из многочисленных способов избежать перегрузки блокчейна — использовать сети второго уровня и/или сайдчейны. Решения второго уровня, такие как предлагаемые Optimism и Arbitrum, позволяют вывести ваши транзакции из основного блокчейна, объединяя их в пакеты для расчётов с основным блокчейном. Это позволяет избежать перегрузки и ускорить и удешевить транзакции.

2. Планируйте свои транзакции на часы минимальной нагрузки

Сети блокчейна не работают равномерно и круглосуточно. Естественно, они будут испытывать большую нагрузку в наиболее активные дни, особенно в рабочие часы в США и Европе. Если вы хотите избежать задержек транзакций и сэкономить на комиссиях за газ, планируйте транзакции на периоды низкой активности. Используйте такие инструменты, как Etherscan Gas Tracker или Ethereum Gas Station, чтобы определить подходящее время для отправки транзакций.

3. Отрегулируйте стоимость газа самостоятельно или воспользуйтесь калькулятором вашего кошелька

Большинство криптокошельков (включая MetaMask и Trust Wallet) позволяют пользователям вручную устанавливать комиссию за газ или использовать автоматический калькулятор для просмотра рекомендуемых цен. Если транзакция не критична по времени, установка более низкой комиссии за газ и ожидание завершения транзакции в сети может быть оправданным. 

4. Воспользуйтесь инструментами оптимизации платы за газ

Многие сторонние инструменты помогают пользователям экономить на комиссиях за транзакции. Среди них — Blocknative, GasNow и TxOptimizer. Они предлагают прогнозирование цен на газ, пакетирование транзакций и даже оповещения в режиме реального времени, помогая пользователям получать лучшие цены для своих транзакций. 

5. Объедините несколько транзакций в одну 

Пакетирование транзакций — ещё один разумный способ снизить нагрузку на блокчейн и расходы на газ. Некоторые кошельки и децентрализованные приложения позволяют пользователям объединять несколько действий, таких как обмен или перевод токенов, в одну транзакцию. Это сокращает количество транзакций в блокчейне и может существенно сэкономить пользователям на комиссиях за газ.

6. Используйте масштабируемые блокчейны как альтернативу Ethereum

Ethereum — самая используемая платформа для смарт-контрактов, однако она ассоциируется с перегрузкой. В случае высокого трафика пользователи могут рассмотреть другие блокчейны уровня 1, такие как Solana, Avalanche, Fantom, Algorand и Near Protocol.

Заключение

Перегрузка сети блокчейн затрагивает многие децентрализованные системы. От простых переводов до сложных смарт-контрактов, она приводит к увеличению времени/интервала подтверждения, высоким комиссиям и неэффективной пропускной способности.

Несмотря на то, что в настоящее время разрабатывается множество решений для масштабирования, перегрузка сети указывает на ограничения децентрализации, безопасности, масштабируемости и их взаимосвязи. В целом, более глубокое понимание перегрузки позволит как пользователям, так и разработчикам лучше ориентироваться в криптоэкосистеме, что позволит эффективнее использовать стратегии транзакций в периоды перегрузки.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Что может вызвать перегрузку сети блокчейн?

Перегрузка блокчейна возникает, когда количество транзакций превышает вычислительные возможности сети, что приводит к увеличению времени ожидания и увеличению комиссий. Это может происходить из-за ограничений по размеру блоков (например, максимальный размер блоков Биткоина составляет 1–4 МБ, а лимит газа на блок Эфириума — около 15 миллионов единиц, всё зависит от стоимости вычислительного газа).

2. Каким образом решения уровня 2 способствуют снижению перегрузки?

Решения уровня 2 (L2), такие как накопительные, каналы состояния и сайдчейны способны обрабатывать транзакции вне цепочки и позже рассчитывать доказательства для транзакций в основной цепочке, что помогает снизить нагрузку на уровне 1 (в качестве примера можно привести Ethereum), увеличивает пропускную способность и снижает комиссии. 

3. Как шардинг решает проблему масштабируемости?

Шардинг — это процесс, при котором блокчейн фрагментируется на более мелкие цепочки или шарды, способные обрабатывать множество транзакций одновременно, сохраняя при этом разделение. Шардинг на Ethereum предполагает использование Danksharding, который может сочетать шардинг и роллапы для повышения эффективности обработки и доступности данных. 

4. Почему Ethereum перешел от доказательства работы (PoW, через The Merge) к использованию доказательства доли (PoS) в качестве механизма консенсуса?

PoS сокращает потребление энергии на 99% и более и позволяет ускорить транзакции (в 2–3 раза).

5. Будет ли когда-нибудь полностью устранена проблема перегрузки блокчейна?

Не существует единого решения проблемы перегрузки, которое устранит ее навсегда, но гибридные подходы L2 + шардинг + PoS + Оптимизация комиссий значительно поможет повысить масштабируемость блокчейнов.