Снижаем транзакционные издержки: что такое каналы состояния в блокчейне

Рост нагрузки на блокчейн замедляет транзакции и увеличивает комиссии. Одно из возможных решений этой проблемы — каналы состояния (state channels). Они позволяют ускорить процесс за счет вынесения части работы за пределы основной цепи. Что такое канал состояния Блокчейн создавался как способ обеспечить прозрачность и достоверность транзакций. Он стал своеобразным «бухгалтером» для цифрового мира — цифровой реестр, база данных, которую невозможно подделать и которая доступна в любой точке планеты. Но есть большая проблема: чем больше пользователей и транзакций в сети, тем сильнее нагрузка на основную цепочку, а значит — выше комиссии и медленнее транзакции.

Чтобы решить проблему, появились решения второго уровня (Layer 2, L2). Они строятся поверх основной цепи и обрабатывают часть данных вовне. Один из самых эффективных инструментов второго уровня — это «каналы состояния».

Канал состояния — это канал между двумя (или несколькими) участниками, где можно совершать неограниченное количество транзакций вне блокчейна, а затем записать в сеть только итог. Таким образом*уменьшается нагрузка на основную цепь и увеличивается ее пропускная способность.

Область применения Каналы состояния особенно полезны там, где требуется высокая скорость и частота взаимодействий при минимальных комиссиях. Это, в первую очередь:

микротранзакции и небольшие платежи — например, для оплаты в приложениях, или для совершения мелких покупок; игры, где важна быстрая реакция на действия пользователей без задержек; децентрализованные биржи — для исполнения множества сделок между двумя участниками без записи каждой в цепочку; интернет вещей (IoT) и машинные платежи — когда устройства регулярно обмениваются микроплатежами или данными. Благодаря частичной изоляции от основной сети и снижению нагрузки на нее, каналы позволяют эффективнее масштабировать блокчейн-системы. Проще говоря, это делает системы более удобными для применения в ежедневных обыденных задачах.

Примеры реализации

Lightning Network — самая известная реализация для Биткоина. Позволяет проводить моментальные платежи с низкими комиссиями. Работает на основе p2p-каналов между пользователями, закрытие которых отображается в основной цепи BTC.

Raiden Network — аналог Lightning для Эфириума. Поддерживает токены ERC-20, позволяет масштабировать сеть за счет off-chain-переводов.

Perun — оффчейн-фреймворк, поддерживающий платежи в реальном времени, а также сложную бизнес-логику и взаимодействие между блокчейнами. В технической документации авторы рассматривают канал состояния в качестве надстройки над сетью Эфириума, а в качестве возможных направлений для применения выделяют сервисы микротранзакций и интернет вещей (IoT).

Celer Network — мультичейн-система, сочетающая каналы состояния и другие L2-решения. Поддерживает Ethereum, BSC и другие сети.



Как работают каналы состояния в Эфириуме В сети Эфириума каналы состояния реализуются через смарт-контракты. Их работа строится по четкому сценарию: сперва открыть канал, затем провести взаимодействие между участниками, потом закрыть канал.

При этом сам блокчейн используется только в критически важные моменты: в момент открытия и закрытия каналов или при возникновении споров. Все остальное — вне цепи, напрямую между участниками.*

Рассмотрим алгоритм подробнее и поэтапно.

Открытие канала Чтобы открыть канал, участники блокируют средства в смарт-контракте в основной сети. Эта сумма служит депозитом, с которым можно производить любые расчеты, не записывая в блокчейн. Кроме того, депозит выступает в роли финансовой гарантии: если кто-то попытается обмануть систему, смарт-контракт способен «оштрафовать» виновного.

Перед началом взаимодействия участники записывают начальное состояние — своего рода точку отсчета. С этого момента канал считается открытым, и начинается обмен транзакциями.

Взаимодействие внутри канала Во время работы канала стороны обмениваются подписанными транзакциями напрямую. Каждая транзакция включает:

Nonce — уникальный идентификатор, задающий порядок обновлений и защищающий от атак повторного воспроизведения (так же известных, как «Replay attack»). Предыдущее состояние канала. Новое состояние канала. Описание транзакции, например: «Алиса отправила Бобу 5 ETH». Все обновления состояния происходят вне блокчейна. Любая сторона может инициировать закрытие канала без согласия второй — для этого нужно отправить последнюю валидную транзакцию в смарт-контракт.

Пока обе стороны согласны с изменениями и подтверждают их своими подписями, эти данные считаются такими же достоверными, как и обычные транзакции в сети Эфириума. Блокчейн на этом этапе может понадобиться только в случае спора между сторонами.

Разрешение споров Если один из участников отказывается подписывать корректные обновления или пытается подать в сеть старое состояние, включается механизм разрешения споров.

Чтобы избежать мошенничества, в подобных случаях закрытие канала сопровождается challenge window*— временем, в течение которого вторая сторона может оспорить представленные данные. Если сторона предоставит более свежее состояние, подписанное обеими сторонами, именно оно будет признано действительным.

Закрытие канала Чтобы закрыть канал, участники отправляют финальное, согласованное состояние в смарт-контракт. В нем фиксируются балансы, история изменений и цифровые подписи всех сторон. После этого средства из депозита перераспределяются в соответствии с конечными результатами взаимодействия и записываются в блокчейн. Все, что происходило оффчейн, теперь официально отражено в основной сети.

Плюсы и минусы каналов Преимущества:

Скорость: транзакции между участниками выполняются мгновенно, поскольку проходят вне основной сети. Низкие комиссии: взаимодействия вне сети снижают транзакционные издержки. Приватность: только участники канала знают, что именно происходит — публично записываются лишь начальное и финальное состояния. Масштабируемость: сеть способна обрабатывать существенно больше транзакций за счет разгрузки основной цепи. Недостатки:

Проведение транзакций в обход блокчейна. Строго говоря, канал состояния нельзя назвать решением проблемы масштабируемости именно блокчейна, так как работа, которая должна выполняться в блокчейне, выносится за рамки сети. Ограничения в архитектуре: каналы требуют начальной блокировки средств и не способны реализовать такой же широкий круг сценариев, как другие L2 решения (например, как роллапы). Риски при спорах: если одна из сторон пытается обмануть другую, важно, чтобы другая сторона-жертва могла вовремя отреагировать — в противном случае возможны потери. Сложность массового внедрения: на практике создание и поддержка подобных каналов — дело, требующее высокого уровня экспертизы. Особенно остро проблема встает, когда необходимо создать относительно гибкое решение, рассчитанное на большое количество пользователей.Вывод Каналы состояния — это важный пример решений второго уровня. Каналы позволяют обрабатывать больше операций, снижать комиссии и ускорять взаимодействие между пользователями. Вместе с тем, каналы имеют свои ограничения, в том числе на уровне архитектуры и массового распространения. Но, несмотря на некоторые слабые места, каналы состояния все же предлагают дополнительные возможности снижать транзакционные издержки в точечных сценариях использования.



Источник: Bits.media