Blogi: Lohkoketjutrilemma

Ethereumin perustaja Vitalik Buterin esitteli vuonna 2017 idean kolmesta ominaisuudesta, joita eri lohkoketjualustat tavoittelevat. Buterin esitteli idean nimellä scalability trilemma, minkä jälkeen se on vakiinnuttanut asemansa keskeisenä lohkoketjun tavoitteiden ja haasteiden tarkastelun työkaluna. Nykyisin kyseisestä ideasta käytetään usein termiä blockchain trilemma, joka suomentuu lohkoketjutrilemmaksi.

              
Lohkoketjutrilemman kolme ominaisuutta
Lohkoketjutrilemma koostuu kolmesta ominaisuudesta:
hajautuneisuus (decentralization)
turvallisuus (security)
skaalautuvuus (scalability)
Lohkoketjutrilemman pääajatus on, että niin sanottuja yksinkertaisia keinoja käyttämällä lohkoketju ei voi olla hajautettu, turvallinen ja skaalautuva samaan aikaan. Käytännössä tämä tarkoittaa, että lohkoketjun on uhrattava yksi näistä kolmesta ominaisuudesta, jotta se voi saavuttaa kaksi muuta ominaisuutta. Tarkastellaan seuraavaksi näitä kolmea ominaisuutta, jotka lohkoketjut pyrkivät saavuttamaan.

Hajautuneisuus
Hajautuneisuus on yksi lohkoketjun keskeisimmistä ominaispiirteistä ja se erottaa lohkoketjupohjaiset ratkaisut useista perinteisistä ratkaisuista. Hajautuneisuudella tarkoitetaan käytännössä, että lohkoketjua ei kontrolloi mikään yksittäinen taho tai ryhmä, vaan lohkoketju on satojen tai tuhansien nodejen hallinnassa. Hyvin hajautetussa lohkoketjussa eri toimijoilla on yhtäläinen valta esimerkiksi vahvistaa transaktioita ja ylläpitää lohkoketjun sääntöjä. Hajautuneisuuden voidaan nähdä olevan myös ajankohtaisten trendien kuten lohkoketjuteknologiaan pohjautuvan internetin uuden kehitysaskeleen, eli Web3:n, selkäranka.
Turvallisuus
Turvallisuus on yksi lohkoketjun tärkeimmistä ominaisuuksista. Käytännössä turvallisuudella tarkoitetaan lohkoketjun yhteydessä lohkoketjun kykyä vastustaa erilaisia hyökkäyksiä. Lohkoketjun turvallisuuden voidaan nähdä korreloivan positiivisesti edellä käsitellyn hajautuneisuuden kanssa, eli mitä hajautetumpi lohkoketju on, sitä turvallisempi se lähtökohtaisesti on. Hyvin yksinkertaistettuna niin sanottuna peukalosääntönä voidaan myös pitää, että suuremman markkina-arvon lohkoketjualustat ovat pienemmän markkina-arvon lohkoketjualustoja turvallisempia. 
Lohkoketjualustan turvallisuuden arvioinnissa on hyvin keskeistä arvioitavan alustan konsensusalgoritmi. Proof of Work -konsensusalgoritmia hyödyntävien lohkoketjualustojen, kuten Bitcoinin, turvallisuutta arvioidaan yleensä louhijoiden kokonaislaskentatehon, eli hashraten, avulla. Mitä korkeampi ja tasaisemmin jakautunut hashrate on, sitä turvallisempana Proof of Workia hyödyntävää lohkoketjualustaa voidaan pitää.
Proof of Stake -konsensusalgoritmia hyödyntävien lohkoketjualustojen turvallisuuden arviointi ei ole aivan yhtä yksinkertaista. Lähtökohtaisesti Proof of Stake -konsensusalgoritmia hyödyntävien lohkoketjualustojen, kuten Ethereumin, turvallisuutta voidaan arvioida steikattujen tokeneiden arvon ja sen jakautuneisuuden avulla. Mitä korkeampi steikattujen tokeneiden arvo on ja mitä tasaisemmin se on jakautunut, sitä turvallisempana Proof of Stakea hyödyntävää lohkoketjualustaa voidaan pitää.
Skaalautuvuus
Skaalautuvuus on yksi ajankohtaisimmista lohkoketjuun liitettävistä ominaisuuksista. Skaalautuvuudella tarkoitetaan lohkoketjun yhteydessä lohkoketjun kykyä käsitellä kasvavaa transaktiovolyymiä säilyttäen samalla kohtuulliset transaktioiden käsittelyajat ja transaktiokustannukset. Hyvän skaalautuvuuden omaava lohkoketju siis kykenee käsittelemään paljon transaktioita nopeasti ja ilman, että transaktiokustannukset nousevat merkittävästi. 
Skaalautuvuuden lisääminen nähdään usein merkittävimpänä lohkoketjutrilemmaan liittyvänä haasteena. Skaalautuvuuden parantamisen on nimittäin nähty usein johtavan heikompaan hajautuneisuuteen ja turvallisuuteen. Näin ollen lohkoketjutrilemman ratkaisua lähestytään usein seuraavasta näkökulmasta: miten parantaa skaalautuvuutta, että hajautuneisuus ja turvallisuus eivät kärsi?
Ratkaisuja lohkoketjutrilemmaan
Useiden kryptovaluutta-asiantuntijoiden mielestä lohkoketjutrilemmaan ei ole kehitetty vielä riittävän hyvää ratkaisua. On kuitenkin olemassa ratkaisuja, jotka ovat varsin hyviä ja jatkuvan kehityksen kohteena. Tarkastellaan seuraavaksi kolmea tällaista ratkaisua.
Layer 2 -ratkaisut
Layer 2 -ratkaisut ovat etenkin aivan viimeisten vuosien aikana suosiota kasvattanut ilmiö. Layer 2 -ratkaisut eivät pyri ratkaisemaan lohkoketjutrilemmaa itse lohkoketjualustan tasolla, vaan sen päällä, josta ne saavat myös nimensä layer 2. Tunnetuimpia layer 2 -ratkaisuja ovat Bitcoinin skaalautuvuusratkaisu Lightning Network ja Ethereumin skaalautuvuusratkaisut Arbitrum ja Optimism. Layer 2 -ratkaisu on käytännössä päälohkoketjun, kuten Bitcoinin tai Ethereumin, päälle rakennettu lohkoketju, joka hyödyntää päälohkoketjun turvallisuutta. Layer 2 -lohkoketjuissa suoritetut transaktiot viedään tietyin väliajoin päälohkoketjuun nipuissa, mikä vähentää päälohkoketjun kuormaa ja lisää sen suorituskykyä. Layer 2 -ratkaisut käyttävät päälohkoketjun natiivivaluuttaa, kuten bitcoinia tai etheriä, transaktiokulujen maksamiseen.
Sidechainit
Sidechainit, eli niin sanotut sivuketjut, muistuttavat ratkaisuna layer 2 -ratkaisuja. Kuten layer 2 -ratkaisut, myös sidechainit pyrkivät vähentämään päälohkoketjun kuormaa ja täten lisäämään sen suorituskykyä. Sidechainit eivät suoraan layer 2 -ratkaisujen tapaan hyödynnä päälohkoketjua, vaan sidechain on omana lohkoketjuna teknisesti linkittynyt päälohkoketjuun. Sidechainin ja päälohkoketjun välillä on kaksisuuntainen yhteys (engl. two-way peg), joka mahdollistaa esimerkiksi kryptovaluuttojen helpon siirtämisen päälohkoketjun ja sidechainin välillä. Sidechain eroaa layer 2 -ratkaisuista myös siten, että sidechainilla on usein oma natiivivaluutta, jota käytetään transaktiokulujen maksamiseen. Tunnetuimpina sidechaineina voidaan pitää Polygonia ja Liquid Networkia.
Sharding-teknologia
Kolmas mahdollinen ratkaisu lohkoketjutrilemmaan on sharding-teknologia. Sharding-teknologialla pyritään esimerkiksi layer 2 -ratkaisuista poiketen ratkaisemaan lohkoketjutrilemma lohkoketjualustan tasolla. Shardingille ei ole vielä vakiintunutta suomenkielistä termiä, mutta vapaasti suomennettuna se tarkoittaa sirpalointia. Sharding on teknologia, jossa lohkoketju pilkotaan pienempiin osiin, eli shardeihin tai sirpaleisiin, jolloin on mahdollista käsitellä samanaikaisesti enemmän transaktioita. Sharding mahdollistaa siis datan rinnakkaisen prosessoinnin. Tällöin kaikkien lohkoketjun ylläpitäjien ei tarvitse enää ylläpitää ainoastaan yhtä tietokantaa, mikä kasvattaa huomattavasti lohkoketjun kapasiteettia käsitellä transaktioita. Tunnetuimmat sharding-teknologiaa hyödyntävät kryptoprojektit ovat NEAR Protocol, MultiversX ja Zilliqa.
Yhteenveto
Vitalik Buterinin vuonna 2017 esittelemä lohkoketjutrilemma on hyödyllinen työkalu lohkoketjun ominaisuuksien ja tavoitteiden tarkasteluun. Samalla se ilmentää merkittävimpiä lohkoketjun haasteita, joihin kryptoprojektit pyrkivät kehittämään ratkaisuja. Vaikka lohkoketjutrilemmaa ei olla onnistuttu vielä täydellisesti ratkaisemaan, kehittyvät useat kryptoprojektit jatkuvasti kohti pistettä, jossa niitä voidaan pitää samaan aikaan hajautettuina, turvallisina ja skaalautuvina.

Ville Viitaharju
Kryptovaluutta-asiantuntija
            

Last updated: 16.08.2023 15:00