Blok Zinciri Ölçeklenebilirliğinin Dengeleri ve Zorlukları: Polkadot'un Çözümü

Günümüzde blok zinciri teknolojisinin daha yüksek verimlilik peşinde koşarken, bir anahtar sorun giderek belirginleşiyor: Performansı artırırken güvenlik ve sistem esnekliğinden nasıl ödün vermeden hareket edebiliriz? Bu sadece teknik bir zorluk değil, aynı zamanda mimari tasarımın derin bir tercihidir. Web3 ekosistemi için, daha hızlı bir sistemin güven ve güvenlikten ödün verilerek inşa edilmesi, genellikle gerçek sürdürülebilir yenilikleri desteklemek için yetersiz kalır.

Polkadot, Web3 ölçeklenebilirliğinin önemli bir destekçisi olarak, rollup modelinin merkeziyetsizlik, güvenlik veya ağ birlikte çalışabilirliği konusunda bir taviz verip vermediğini sorgulamaktadır. Bu makale, Polkadot'un ölçeklenebilirlik tasarımındaki tercihleri ve dengeleri derinlemesine analiz edecek ve diğer ana akım kamu blok zincirlerinin çözümleriyle karşılaştırarak, bunların performans, güvenlik ve merkeziyetsizlik üçlüsü arasındaki farklı yol seçimlerini araştıracaktır.

Polkadot genişletme tasarımının karşılaştığı zorluklar

Esneklik ve merkeziyetsizlik dengesi

Polkadot'un mimarisi doğrulayıcı ağına ve Relay Chain'e dayanmaktadır ve bu bazı alanlarda merkeziyetçilik riski getirebilir. Rollup'ın çalışması, Relay Chain ile bağlantılı sıralayıcıya (sequencer) bağlıdır ve iletişimi collator protokol mekanizmasını kullanır. Bu protokol tamamen izinsiz ve güvene dayanmayan bir yapıdadır; ağa bağlı olan herkes bunu kullanabilir, birkaç Relay Chain düğümüne bağlanabilir ve rollup durum geçiş taleplerini iletebilir.

Dikey genişlemenin dengesi

Rollup, Polkadot'un çok çekirdekli mimarisini kullanarak dikey ölçeklenmeyi gerçekleştirebilir. Bu yeni yetenek, "Esnek Ölçeklenme" (Elastic Scaling) özelliği ile tanıtılmıştır. Ancak, rollup blok doğrulamasının belirli bir çekirdekte sabitlenmemesi, esnekliğini etkileyebilir. Saldırganlar, daha önce doğrulanmış geçerli blokları farklı çekirdeklerde tekrar tekrar sunarak, kötü niyetli bir şekilde kaynak tüketebilir ve bu da rollup'un genel verimliliğini ve verimliliğini azaltabilir.

Sequencer'ın güven sorunları

Basit bir çözüm, protokolü "izinli" olarak ayarlamak, örneğin beyaz liste mekanizması kullanmak veya varsayılan olarak sıralayıcıların kötü niyetli davranışlarda bulunmayacağını varsaymak olabilir. Ancak, Polkadot'un tasarım felsefesinde, sıralayıcılar hakkında herhangi bir güven varsayımı yapılamaz; çünkü sistemin "güvensiz" ve "izin gerektirmeyen" özelliklerini korumak gerekmektedir.

Polkadot'un Çözümü

Polkadot'un nihai seçimi şudur: Sorunu tamamen rollup'ın durum geçiş fonksiyonuna (Runtime) bırakmak. Runtime, tüm konsensüs bilgilerinin tek güvenilir kaynağıdır ve çıktıda hangi Polkadot çekirdeğinde doğrulamanın yapılması gerektiği açıkça belirtilmelidir.

Bu tasarım, esneklik ve güvenliğin çift garantisini sağlar. Polkadot, kullanılabilirlik sürecinde rollup'ın durum dönüşümlerini yeniden gerçekleştirir ve core dağıtımının doğruluğunu sağlamak için ELVES kripto ekonomi protokolünü kullanır.

Herhangi bir rollup Blok'un Polkadot veri kullanılabilirlik katmanına (DA) yazılmadan önce, yaklaşık 5 kişiden oluşan bir grup, geçerliliğini doğrulamak için önce kontrol yapar. Bu grup, sıralayıcı tarafından sunulan aday makbuzlar ve geçerlilik kanıtlarını alır; bunlar rollup Blok'u ve ilgili depolama kanıtını içerir. Bu bilgiler, paralel zincir doğrulama fonksiyonu tarafından işlenecek ve ara zincir üzerindeki doğrulayıcılar tarafından yeniden yürütülecektir.

Doğrulama sonucunda, blokların hangi core üzerinde doğrulanacağını belirlemek için bir core seçici bulunur. Doğrulayıcı, bu indeksin kendisine ait olan core ile tutarlı olup olmadığını karşılaştırır; eğer tutarsızsa, bu blok atılacaktır.

Bu mekanizma, sistemin her zaman güven gerektirmeyen ve izin gerektirmeyen özelliklerini korumasını sağlar, sıralayıcılar gibi kötü niyetli aktörlerin doğrulama konumunu manipüle etmesini önler ve rollup birden fazla çekirdek kullansa bile esnekliği korur.

Güvenlik

Genişletilebilirlik arayışında Polkadot, güvenlik konusunda hiçbir taviz vermemiştir. Rollup'ların güvenliği, ana zincir tarafından sağlanır ve sadece bir dürüst sıralayıcı hayatta kalmayı sürdürebilir. ELVES protokolü sayesinde Polkadot, güvenliğini tüm rollup'lara tam olarak genişletir, ana zincir üzerindeki tüm hesaplamaları doğrular ve kullanılan ana sayılarına ilişkin herhangi bir kısıtlama veya varsayımda bulunmaz.

Genel Kullanım

Esnek ölçeklenebilirlik, rollup'ın programlanabilirliğini sınırlamaz. Polkadot'un rollup modeli, tek bir yürütmenin 2 saniye içinde tamamlanması şartıyla, WebAssembly ortamında Turing tam hesaplamalar gerçekleştirilmesini destekler. Esnek ölçeklenebilirlik sayesinde, her 6 saniyelik döngüde gerçekleştirilebilecek toplam hesaplama miktarı artırılır, ancak hesaplama türleri etkilenmez.

Karmaşıklık

Daha yüksek bir throughput ve daha düşük bir gecikme kaçınılmaz olarak karmaşıklığı getirir, bu sistem tasarımındaki tek kabul edilebilir denge yoludur. Rollup, tutarlı bir güvenlik seviyesini korumak için Agile Coretime arayüzü aracılığıyla kaynakları dinamik olarak ayarlayabilir. Ayrıca, farklı kullanım senaryolarına uyum sağlamak için kısmi RFC103 gereksinimlerini de yerine getirmelidir.

Belirli karmaşıklık, rollup'ın kaynak yönetim stratejilerine bağlıdır ve bu stratejiler zincir üstü veya zincir dışı değişkenlere dayanabilir. Örneğin:

• Basit strateji: Her zaman sabit bir core miktarı kullanın veya zincir dışı manuel olarak ayarlayın;
• Hafif strateji: Düğüm mempool'unda belirli işlem yüklerini izlemek;
• Otomatik strateji: Tarihsel veriler ve XCM arayüzü aracılığıyla coretime hizmetini önceden çağırarak kaynakları yapılandırma.

Otomatik yöntemler daha verimli olsa da, gerçekleştirme ve test maliyetleri de önemli ölçüde artmaktadır.

İşlem Yapabilirlik

Polkadot, farklı rolluplar arasında etkileşimi desteklerken, esnek ölçeklenebilirlik mesaj iletiminin verimliliğini etkilemez. Rolluplar arası mesaj iletişimi, alt katman taşıma katmanı tarafından gerçekleştirilir ve her rollup için iletişim blok alanı sabittir, tahsis edilen çekirdek sayısıyla ilgili değildir.

Gelecekte, Polkadot ayrıca, veri katmanı yerine kontrol katmanı olarak bir ara zincir kullanarak, zincir dışı mesaj iletimini destekleyecektir. Bu yükseltme, rollup'lar arası iletişim yeteneklerinin esnek genişlemeyle birlikte artırılmasını sağlayacak ve sistemin dikey ölçeklenebilirliğini daha da güçlendirecektir.

Diğer Protokollerin Değerlendirilmesi

Herkesçe bilindiği gibi, performans artışı genellikle merkeziyetsizlik ve güvenlikten ödün verilmesi pahasına gerçekleşir. Ancak Nakamoto katsayısına göre, bazı Polkadot rakiplerinin merkeziyetsizlik dereceleri düşük olsa da, performansları tatmin edici değildir.

Solana

Solana, ölçeklenebilirliği gerçekleştirmek için tek katmanlı yüksek işlem hacmi mimarisi benimsemekte, Tarihsel Kanıt (PoH), CPU paralel işleme ve lider tabanlı konsensüs mekanizmasına dayanmaktadır. Teorik TPS 65,000'e kadar çıkabilmektedir. Ana tasarımı, önceden halka açık ve doğrulanabilir lider planlama mekanizmasıdır.

Ancak, PoH ve paralel işleme donanım gereksinimlerini oldukça artırarak doğrulayıcı düğümlerin merkezileşmesine neden oluyor. Daha fazla stake eden düğümlerin blok oluşturma şansı daha yüksek, küçük düğümlerin neredeyse hiç slotu yok, bu da merkezileşmeyi daha da artırıyor ve saldırıya uğradığında sistemin çökme riskini artırıyor. Solana, TPS'i artırmak için merkeziyetsizliği ve saldırıya karşı dayanıklılığı feda etti, Nakamoto katsayısı sadece 20'dir, bu da Polkadot'un 172'sinden oldukça düşüktür.

TON

TON, 104.715 TPS'ye ulaşabileceğini iddia ediyor, ancak bu rakam özel test ağında, 256 düğümle, ideal ağ ve donanım koşulları altında gerçekleştirilmiştir. Polkadot ise merkeziyetsiz kamusal ağda 128K TPS'ye ulaşmıştır.

TON'un konsensüs mekanizmasında güvenlik açığı var: parça doğrulayıcı düğümlerinin kimliği önceden açığa çıkabilir. TON beyaz kağıdı da açıkça belirtmektedir ki, bu bant genişliğini optimize etse de, kötü niyetli olarak kullanılabilir. "Kumarbaz iflası" mekanizmasının eksikliği nedeniyle, saldırganlar bir parçayı tamamen kontrol edene kadar bekleyebilir veya DDoS saldırısıyla dürüst doğrulayıcıları engelleyerek durumu değiştirebilir.

Buna karşılık, Polkadot'un doğrulayıcıları rastgele dağıtılır ve gecikmeli olarak açıklanır, bu nedenle saldırganlar doğrulayıcıların kimliğini önceden bilemezler, saldırı tüm kontrolü başarıyla elde etmeye bahis yapmalıdır, eğer bir dürüst doğrulayıcı itirazda bulunursa, saldırı başarısız olur ve saldırganın stake kaybına neden olur.

Avalanche

Avalanche, ana ağ + alt ağ mimarisi kullanarak ölçeklenir. Ana ağ, X-Chain (para transferi, ~4,500 TPS), C-Chain (akıllı sözleşmeler, ~100-200 TPS) ve P-Chain (doğrulayıcıları ve alt ağları yönetir) bileşenlerinden oluşur. Her alt ağın teorik TPS'si ~5,000'e kadar çıkabilir; bu, Polkadot'un yaklaşımına benzer: tek bir parçanın yükünü azaltarak ölçeklenmeyi sağlamak.

Ancak Avalanche, doğrulayıcıların alt ağlara katılma özgürlüğünü seçmelerine izin verir ve alt ağlar coğrafi, KYC gibi ek gereksinimler belirleyebilir; bu da merkeziyetsizlik ve güvenlikten fedakarlık yapılması anlamına gelir. Polkadot'ta, tüm rollup'lar ortak bir güvenlik garantisi paylaşırken; Avalanche'ın alt ağlarının varsayılan bir güvenlik garantisi yoktur, bazıları tamamen merkezi hale gelebilir. Güvenliği artırmak istendiğinde, yine de performansta taviz vermek gerekecek ve belirli bir güvenlik taahhüdü sağlamak zor olacaktır.

Ethereum

Ethereum'in ölçeklenme stratejisi, temel katmanda doğrudan sorun çözmek yerine rollup katmanının ölçeklenebilirliğine bahis oynamaktır. Bu yaklaşım esasen sorunu çözmüyor, sadece sorunu yığının bir üst katmanına aktarıyor.

Optimistik Rollup'lar şu anda çoğunlukla merkeziyettir ve güvenlik yetersizliği, birbirinden izole olma, yüksek gecikme (dolandırıcılık kanıtı döneminin beklenmesi gerekiyor, genellikle birkaç gün) gibi sorunlar bulunmaktadır.

ZK Rollup'un uygulanması, bir işlem başına işlenebilecek veri miktarı ile sınırlıdır. Sıfır bilgi kanıtı üretiminin hesaplama gereksinimleri oldukça yüksektir ve "kazanan her şeyi alır" mekanizması sistemin merkezileşmesine yol açabilir. TPS'yi sağlamak için, ZK rollup genellikle her bir işlem grubunu sınırlamaktadır, bu da yüksek talep sırasında ağda tıkanmalara, gas fiyatlarının artmasına ve kullanıcı deneyimini etkilemesine neden olabilir.

Buna karşılık, Turing tam ZK rollup'ın maliyeti yaklaşık olarak Polkadot'un temel kripto ekonomi güvenlik protokolünün 2x10^6 katıdır. Ayrıca, ZK rollup'ın veri kullanılabilirliği sorunları da dezavantajlarını artıracaktır. Herkesin işlemleri doğrulamasını sağlamak için, tam işlem verilerinin sağlanması gerekmektedir. Bu genellikle ek veri kullanılabilirliği çözümlerine dayanır, bu da maliyetleri ve kullanıcı ücretlerini daha da artırır.

Sonuç

Ölçeklenebilirliğin sonu, uzlaşma olmamalıdır. Diğer kamu blok zincirleriyle karşılaştırıldığında, Polkadot merkeziyetçiliği performans uğruna, önceden tanımlanmış güveni verimlilik uğruna tercih eden bir yola girmemiştir. Bunun yerine, esnek ölçeklenebilirlik, izin gerektirmeyen protokol tasarımı, birleşik güvenlik katmanı ve esnek kaynak yönetim mekanizması ile güvenlik, merkeziyetsizlik ve yüksek performans arasında çok boyutlu bir denge sağlamıştır.

Günümüzde daha büyük ölçekli uygulamaların hayata geçirilmesini hedeflerken, Polkadot'un benimsediği "sıfır güven genişletilebilirliği", belki de Web3'ün uzun vadeli gelişimini destekleyebilecek gerçek çözüm.