Блокчейн-тріалема: чому створення кращих блокчейнів є складнішим, ніж здається

Коли криптовалюта вперше з’явилася як потенційна глобальна платіжна система, ентузіасти уявляли майбутнє, де децентралізовані мережі зможуть замінити традиційну банківську інфраструктуру. Однак майже через два десятиліття залишається фундаментальна проблема: більшість блокчейнів змагаються за одночасну безпеку, децентралізацію та швидкість. Цю структурну проблему називають блокчейн-трилемою, і її розуміння є важливим для кожного, хто намагається зрозуміти, чому впровадження блокчейнів залишається обмеженим попри технологічний прогрес.

У своїй основі блокчейн-триле́ма описує майже парадоксальну ситуацію. Покращення однієї характеристики блокчейн-мережі — будь то безпека, децентралізація або масштабованість — зазвичай вимагає компромісів у одній або обох інших сферах. Це не тимчасове обмеження, яке можна подолати за допомогою кращої інженерії; воно закодоване у фундаменті роботи децентралізованих систем. Чим більше ви надаєте пріоритет децентралізованій згоді, тим повільніше стають транзакції. Чим швидше ви робите транзакції, тим важче підтримувати справжню децентралізацію. А покращення масштабованості часто послаблює криптографічні гарантії безпеки, які роблять блокчейни надійними спочатку.

Три стовпи та їхній конфлікт

Щоб зрозуміти, чому існує блокчейн-триле́ма, корисно розглянути кожен компонент окремо та їхню взаємодію.

Розуміння децентралізації та її впливу на продуктивність

Мережі блокчейнів були створені для роботи без центральних органів управління. Замість однієї компанії, яка контролює базу даних, повноваження прийняття рішень розподілені між тисячами незалежних учасників, званих вузлами. Кожен вузол зберігає свою копію реєстру, і будь-які зміни до історичного запису мають бути підтверджені консенсусом у мережі.

Такий дизайн має глибокі переваги. Не існує єдиної точки відмови. Жоден центральний орган не може довільно заморожувати рахунки або скасовувати транзакції. Користувачі зберігають справжній контроль над своїми активами та ідентичністю. Ця концепція справжніх рівноправних мереж, що працюють без посередників, надихнула ідею Web3, де користувачі, а не корпорації, керують своїми даними.

Однак децентралізація має незаперечний вплив на продуктивність. Коли мережа Bitcoin обробляє транзакцію, вона має бути підтверджена сотнями або тисячами незалежних вузлів по всьому світу. Кожен вузол має криптографічно підтвердити, що транзакція є дійсною, перш ніж додати її до ланцюга. Цей процес консенсусу, хоча й забезпечує надійність, за своєю природою є повільним. Базовий рівень Bitcoin обробля приблизно 5 транзакцій на секунду. Ethereum, попри значні оновлення, справляється приблизно з 18 транзакціями на секунду. Порівняйте це з Visa — централізованим платіжним процесором, який обробля тисячі транзакцій щосекунди — і ви одразу побачите компроміс між децентралізацією та швидкістю.

Безпека через механізми консенсусу

Блокчейн має бути стійким до атак. Без достатнього рівня безпеки зловмисники можуть маніпулювати історією транзакцій, красти кошти або паралізувати мережу. Питання в тому, як досягти цієї безпеки у справді децентралізованому середовищі, де немає центрального органу, що може накладати правила.

Bitcoin вирішив цю проблему за допомогою Proof of Work (PoW) — механізму консенсусу, що вимагає від учасників мережі, званих майнерами, розв’язувати складні математичні задачі. Ці обчислення є дорогими, що робить атаки надзвичайно затратними. Крім того, кожен блок даних криптографічно зв’язаний із попереднім за допомогою унікального цифрового підпису — хешу. Всякий підроблений блок або зміна минулого моментально виявляється, оскільки ланцюг руйнується.

Чим більше майнерів бере участь у мережі Bitcoin, тим безпечнішою вона стає. Зловмиснику потрібно контролювати понад половину обчислювальної потужності мережі — так звану атаку 51%, — щоб переписати історію. Величезні витрати та ресурси, необхідні для цього, роблять таку атаку майже неможливою.

Однак ця безпека має свою ціну: ресурсомісткий дизайн PoW робить мережу повільною. Обчислювальна робота, необхідна для підтвердження кожного блоку, обмежує пропускну здатність транзакцій. Мережі, що орієнтовані на безпеку PoW, часто жертвують масштабованістю.

Масштабованість: відсутній елемент

Масштабованість — це здатність блокчейну обробляти певну кількість транзакцій за секунду (TPS, або транзакцій на секунду). Щоб блокчейни підтримували широке впровадження і потенційно обслуговували мільярди людей, вони мають швидко, дешево і надійно обробляти транзакції.

Велика проблема полягає в тому, що досягти високої масштабованості при збереженні децентралізації та безпеки надзвичайно складно. Централізовані системи досягають високої пропускної здатності, усунувши необхідність у консенсусі. Приватний платіжний процесор не потребує дозволу тисяч вузлів і може обробляти транзакції майже миттєво. Але така централізація вводить ті самі проблеми, які мала б вирішити технологія блокчейн: залежність від посередників, єдині точки відмови і необхідність довіряти центральному органу.

На відміну від цього, публічні блокчейни мають досягати консенсусу між розподіленими валідаторами. Це забезпечує безпеку і децентралізацію, але створює фундаментальний вузол у швидкості обробки транзакцій.

Чому це важливо: основна проблема

Блокчейн-триле́ма — це не випадковість або тимчасове обмеження, а відображення математичних і фізичних обмежень розподілених систем. Покращення однієї властивості майже завжди вимагає компромісу з іншими. Найпростіше «рішення» — зменшити кількість валідаторів, необхідних для досягнення консенсусу, що дозволить швидше обробляти транзакції. Але це неминуче призведе до більшої централізації, з концентрацією влади в руках меншеї кількості учасників. Також це зазвичай зменшує безпеку, оскільки менше валідаторів означає менше незалежних перевірок валідності транзакцій.

Це і є фундаментальний конфлікт у дизайні блокчейнів: якості, що роблять блокчейни надійними (децентралізація і безпека через криптографічні докази), — саме ті, що роблять їх повільними.

Нові рішення: технічні підходи до трилеми

Хоча жоден блокчейн повністю не вирішив цю трилему, розробники і дослідники шукають кілька технічних підходів для покращення балансу. Ці інновації прагнуть зберегти безпеку і децентралізацію, одночасно значно підвищуючи пропускну здатність транзакцій.

Шардинг: розподіл роботи

Шардинг — один із підходів до вирішення блокчейн-трилеми, що полягає у розподілі обчислювальної потужності мережі. Замість того, щоб кожен валідатор обробляв усі транзакції, мережа ділиться на менші частини — шардові. Кожен шард працює як свій міні-блокчейн із власним реєстром і набором валідаторів, обробляючи транзакції незалежно. Головний ланцюг координує взаємодію між шардовими і керує безпекою всього мережевого середовища.

Такий архітектурний підхід значно зменшує навантаження на один ланцюг. Паралельна обробка транзакцій на кількох шардових дозволяє теоретично обробляти транзакції на кількох потоках одночасно, що суттєво підвищує пропускну здатність.

Прикладом є протокол NEAR із моделлю шардингу Nightshade 2.0. Станом на серпень 2025 року мережа має вісім активних шард, і транзакції підтверджуються приблизно за 600 мілісекунд. Це значне покращення порівняно з традиційною архітектурою одного ланцюга, демонструючи, як шардинг може підвищити масштабованість, зберігаючи децентралізацію.

Альтернативні механізми консенсусу: поза Proof of Work

Ще один шлях вирішення блокчейн-трилеми — переосмислення способів досягнення консенсусу. Bitcoin і ранні блокчейни використовували Proof of Work саме через його безпекові властивості, але обчислювальна інтенсивність PoW є обмежувальною.

Proof of Stake (PoS) пропонує інший підхід. Замість майнерів, що розв’язують задачі за допомогою спеціального обладнання, валідатори в PoS «ставлять» (замикають) свої власні токени як заставу. Ці валідатори отримують нагороди за чесне підтвердження транзакцій і несуть фінансову відповідальність за неправомірні дії. Механізм стимулів замінює обчислювальну роботу економічними заохоченнями. Це значно зменшує енергоспоживання і апаратні вимоги, полегшуючи участь у управлінні мережею.

Існують і інші варіанти консенсусу. Proof of Authority (PoA) забезпечує мережу за рахунок ідентичності валідаторів, а не їхніх токенів. Обмежена кількість довірених учасників підтверджує транзакції та створює блоки. Це дозволяє досягати високої масштабованості — швидке підтвердження транзакцій — але зменшує децентралізацію, оскільки валідатори обмежені.

Деякі мережі використовують гібридні підходи. Наприклад, Binance Smart Chain застосовує Proof of Staked Authority (PoSA), де валідатори ставлять BNB для участі у виробництві блоків. Це забезпечує час створення блоку близько трьох секунд і зберігає помірну децентралізацію. Конфлюкс поєднує PoW із структурою Directed Acyclic Graph (DAG), що дозволяє підвищити пропускну здатність і зберегти безпеку, характерну для PoW, створюючи проміжний варіант між цими підходами.

Layer 2: будівництво зверху, а не з нуля

Кардинально інший підхід до вирішення блокчейн-трилеми — зберегти безпечний базовий рівень і будувати на ньому масштабовані рішення. Мережі Layer 2 — протоколи, створені поверх існуючих блокчейнів, що обробляють транзакції поза основним ланцюгом, а результати періодично фіксують назад у базовий рівень для остаточної перевірки та безпеки.

Рішення Layer 2 значно зменшують навантаження на базовий рівень і знижують комісії, зберігаючи при цьому гарантії безпеки основного блокчейну. Базовий рівень залишається безпечним і децентралізованим; Layer 2 додає пропускну здатність без компромісів.

Rollups — найпоширеніший приклад Layer 2. Вони об’єднують кілька транзакцій поза ланцюгом і подають один стиснений доказ у головний ланцюг для підтвердження. Оптимістичні rollups, наприклад Arbitrum, припускають, що транзакції валідні, доки хтось не оскаржить їх доказами шахрайства. Zero-knowledge (ZK) rollups, як Scroll, генерують криптографічні докази, що підтверджують валідність транзакцій без розкриття деталей, забезпечуючи сильніші гарантії безпеки.

Ethereum дедалі більше орієнтується на rollup-стратегію, і значна частина DeFi, ігор і NFT-проектів мігрує на Layer 2. Це підвищує пропускну здатність і зберігає безпеку та децентралізацію базового рівня.

Інший приклад — канали стану. Учасники можуть проводити транзакції поза ланцюгом, а лише відкриття та закриття стану фіксуються у блокчейні. Мережа Lightning для Bitcoin — приклад такого підходу, що дозволяє швидко і дешево здійснювати транзакції, зберігаючи більшу частину активності поза основним ланцюгом і використовуючи Bitcoin для остаточного врегулювання.

Шлях уперед

Блокчейн-триле́ма залишається однією з головних проблем технології блокчейнів. Однак постійні інновації у механізмах консенсусу, архітектурі шардингу і протоколах Layer 2 свідчать про можливі шляхи їхнього подолання. Дорожня карта Ethereum із орієнтацією на rollup і з’явлення високопродуктивних модульних блокчейнів демонструють, що галузь рухається до балансу трьох властивостей.

Ці інновації поступово наближають майбутнє, у якому блокчейни зможуть підтримувати глобальні застосунки без необхідності жертвувати безпекою або децентралізацією заради швидкості. Хоча триле́ма можливо й ніколи не буде «вирішена» у абсолютних термінах, практичні рішення продовжують з’являтися, пропонуючи все більш вигідні компроміси і наближаючи масове впровадження блокчейнів до реальності.