Що таке Nexa і як він досягає масштабованості?

Розуміння Nexa: масштабований блокчейн першого рівня

Nexa (NEXA) є помітним претендентом у просторі блокчейнів першого рівня (Layer-1). Проєкт був запущений у 2022 році командою Bitcoin Unlimited, відомою своїм глибоким корінням у розробці Bitcoin та зосередженістю на рішеннях для масштабування. За своєю суттю Nexa розроблена як надійна пірингова (P2P) система електронних грошей, здатна забезпечувати глобальні транзакції у безпрецедентних масштабах. Працюючи на механізмі консенсусу Proof-of-Work (PoW) і використовуючи модель виходів невитрачених транзакцій (UTXO), Nexa прагне подолати притаманні обмеження масштабованості, які історично переслідували багато блокчейн-мереж. Її головна амбіція — уможливити майбутнє, де мільярди щоденних транзакцій можуть оброблятися ефективно, безпечно та доступно, без шкоди для децентралізації. Ця амбітна мета досягається завдяки поєднанню інноваційних технологій та архітектурних оптимізацій, які ми розглянемо детально.

Постійний виклик масштабованості блокчейну

Перш ніж заглиблюватися в конкретні рішення Nexa, важливо зрозуміти фундаментальну дилему масштабованості, з якою стикається більшість публічних блокчейнів. «Трилема блокчейну» стверджує, що децентралізована мережа може досягти лише двох із трьох бажаних властивостей: децентралізації, безпеки та масштабованості. Ранні блокчейни, зокрема Bitcoin, надавали пріоритет децентралізації та безпеці, часто за рахунок пропускної здатності транзакцій. Як наслідок, мережі можуть перевантажуватися, що призводить до повільного підтвердження транзакцій і високих комісій, роблячи їх непрактичними для повсякденних мікротранзакцій у глобальному масштабі.

Основні «вузькі місця» зазвичай проявляються в кількох сферах:

• Обробка транзакцій: швидкість, з якою окремі вузли (ноди) можуть перевіряти та обробляти транзакції.
• Розмір блоку та пропускна здатність: обсяг даних, які можуть бути включені в один блок, і частота видобутку блоків.
• Поширення блоків (Block Propagation): час, необхідний для передачі щойно видобутого блоку по всій мережі до всіх вузлів. Повільне поширення може призвести до збільшення кількості блоків-сиріт (orphan blocks) і зниження безпеки мережі.
• Розростання стану (State Bloat): постійне збільшення розміру реєстру блокчейну та стану мережі, що може ускладнити синхронізацію та участь нових вузлів, загрожуючи децентралізації.

Вирішення цих проблем вимагає багатогранного підходу, спрямованого на вдосконалення різних рівнів архітектури блокчейну. Стратегія Nexa полягає саме в цьому: всеосяжний набір удосконалень, розроблених для прямого подолання цих перешкод, з метою здійснення квантового стрибка в транзакційній спроможності.

Багатогранний підхід Nexa до досягнення масової масштабованості

Дизайн Nexa інтегрує кілька ключових інновацій для виконання своєї обіцянки щодо глобальної масштабованості. Ці рішення працюють узгоджено, оптимізуючи все: від перевірки транзакцій до поширення блоків і загальної ефективності мережі.

Фундамент: модель UTXO та Proof-of-Work

Nexa базується на перевіреній часом моделі UTXO, популяризованій Bitcoin, і захищає свою мережу за допомогою механізму консенсусу Proof-of-Work (PoW).

• Модель виходів невитрачених транзакцій (UTXO): У моделі UTXO транзакції споживають існуючі UTXO і створюють нові. На відміну від систем на основі акаунтів (як-от Ethereum), де зберігаються баланси, системи на основі UTXO відстежують окремі одиниці вартості. Ця конструкція пропонує кілька переваг для масштабованості:
  • Паралельна обробка: Кілька незалежних UTXO можуть оброблятися паралельно, що значно підвищує ефективність перевірки транзакцій, оскільки вузлам не потрібно узгоджувати єдиний глобальний стан.
  • Підвищена безпека та конфіденційність: Кожен UTXO є атомарною одиницею, що ускладнює подвійні витрати (double-spending) і пропонує кращу конфіденційність, приховуючи повну історію транзакцій «акаунта».
  • Відносна відсутність стану (Statelessness): Хоча сам набір UTXO є станом, окремі транзакції є більш самодостатніми, що зменшує потребу вузлів зберігати та оновлювати складні стани акаунтів.
  • Агрегація транзакцій: Модель UTXO за своєю суттю дозволяє агрегувати кілька входів і виходів в межах однієї транзакції, що може бути оптимізовано для пакетної обробки. Незважаючи на переваги, управління зростаючим набором UTXO також може створювати труднощі, оскільки це потребує більше пам’яті для вузлів. Рішення Nexa спрямовані на пом’якшення цих потенційних недоліків.
• Proof-of-Work (PoW): PoW є центральним елементом безпеки та децентралізації Nexa. Майнери змагаються у вирішенні криптографічної головоломки, і перший, хто знайде рішення, отримує право додати новий блок транзакцій до блокчейну. Цей процес є енергоємним, але забезпечує надійний захист від атак і гарантує справедливий, децентралізований механізм створення блоків. Nexa використовує власний кастомний алгоритм, розроблений так, щоб з часом бути дружнім до ASIC, але спочатку бути доступним для GPU, сприяючи ширшій участі. Безпека, що надається PoW, є фундаментом, на якому будуються рішення Nexa для масштабування, гарантуючи, що підвищення пропускної здатності не відбувається за рахунок цілісності мережі.

Оптимізація апаратного забезпечення: максимізація ефективності вузлів

Ключовий аспект стратегії масштабованості Nexa полягає в тому, що вона називає «апаратною оптимізацією». Йдеться не про вимогу спеціалізованого обладнання для користувачів або навіть обов’язково для майнінгу (хоча ефективний майнінг є частиною PoW). Замість цього це стосується оптимізації основного програмного забезпечення та алгоритмів блокчейну для максимально ефективного використання стандартного комп’ютерного обладнання, особливо для вузлів мережі.

Це включає:

• Високоефективна кодова база: Написання високооптимізованого коду, який мінімізує цикли процесора та використання пам’яті для критичних операцій, таких як перевірка транзакцій, верифікація підписів та обробка блоків. Це може включати використання передових структур даних та алгоритмів.
• Паралелізація на рівні вузлів: Використання багатоядерних процесорів, поширених у сучасних комп’ютерах, для виконання кількох завдань одночасно. Наприклад, різні частини блоку або різні групи транзакцій можуть перевірятися паралельно, що різко скорочує загальний час обробки кожного блоку.
• Оптимізоване управління базами даних: Ефективне зберігання та пошук стану блокчейну (наприклад, набору UTXO) є критично важливими. Nexa, ймовірно, використовує вдосконалені рішення для баз даних та методи індексування, щоб забезпечити швидкий доступ до необхідних даних, запобігаючи перетворенню дискового вводу-виводу на «вузьке місце».
• Агрегація підписів (майбутній потенціал): Хоча це прямо не вказано як впроваджене, «апаратна оптимізація» часто натякає на майбутні функції, такі як методи агрегації підписів (наприклад, підписи Шнорра, які вже є частиною сімейства Bitcoin Cash/SV, де Bitcoin Unlimited має коріння), що можуть стискати кілька підписів в один, зменшуючи розмір транзакції та навантаження на верифікацію. Гарантуючи, що кожен вузол може обробляти більше транзакцій на секунду за допомогою існуючих апаратних можливостей, Nexa фактично піднімає стелю загальної пропускної здатності мережі, не вимагаючи надмірно дорогих серверних установок, зберігаючи таким чином децентралізацію.

Стиснення транзакцій за допомогою Graphene

Nexa використовує Graphene — вдосконалений протокол поширення блоків, щоб радикально зменшити обсяг даних, які вузли повинні передавати мережею. Традиційний метод поширення блоків передбачає надсилання цілих нових блоків усім підключеним пірам, що може бути витратним з точки зору пропускної здатності каналу та повільним, особливо для великих блоків. Graphene вирішує це, впроваджуючи високоефективну техніку стиснення блоків.

Ось як загалом працює Graphene:

1. Фільтри Блума: Коли майнер створює новий блок, замість того, щоб надсилати повний блок, він спочатку надсилає компактний підсумок транзакцій блоку за допомогою фільтра Блума. Фільтр Блума — це імовірнісна структура даних, яка може швидко визначити, чи може елемент бути в наборі, з невеликою ймовірністю хибнопозитивних результатів.
2. Зіставлення з мемпулом: Вузли-отримувачі порівнюють фільтр Блума з транзакціями, які вже є в їхньому локальному «мемпулі» (тимчасовій зоні зберігання непідтверджених транзакцій). Більшість вузлів матимуть значний збіг транзакцій у своїх мемпулах завдяки ефективному поширенню транзакцій.
3. Запит на відсутні транзакції: На основі порівняння вузол-отримувач може ідентифікувати, яких транзакцій, ймовірно, не вистачає в новому блоці (тобто їх немає в його мемпулі, але вони вказані у фільтрі Блума). Потім він запитує у відправника лише ці конкретні відсутні транзакції.
4. Реконструкція: Після того, як вузол-отримувач отримав відсутні транзакції, він може реконструювати повний блок локально.

Цей процес значно зменшує обсяг переданих даних, оскільки надсилається лише невеликий фільтр Блума та жменька відсутніх транзакцій, а не сотні чи тисячі транзакцій у повному блоці. Ефективність Graphene дозволяє великим блокам поширюватися швидше і з меншим навантаженням на мережу, що безпосередньо підтримує мету Nexa щодо високої пропускної здатності.

Покращення поширення блоків за допомогою Xthinner

Доповнюючи Graphene, Nexa також включає Xthinner — ще один передовий протокол поширення блоків. Xthinner розвиває концепцію стиснення блоків ще далі, прагнучи до поширення блоків з майже нульовою затримкою. Його часто називають покращенням попередніх технологій «тонких блоків» (як-от компактні блоки або Graphene) завдяки досягненню вищих показників стиснення.

Основний принцип Xthinner полягає у використанні того факту, що більшість транзакцій у новому блоці вже були розіслані та знаходяться в мемпулах підключених вузлів. Замість того, щоб передавати повні дані транзакції, Xthinner фокусується на обміні лише унікальними ідентифікаторами цих транзакцій.

Ось спрощена схема роботи:

1. Фокус на ID транзакції (TxID): Коли майнер знаходить новий блок, він генерує список усіх ідентифікаторів транзакцій (TxID), включених до цього блоку.
2. Short ID (Короткі ID): Ці TxID потім конвертуються в дуже короткі «короткі ID» фіксованого розміру за допомогою розумної імовірнісної функції відображення. Це критичний крок для екстремального стиснення.
3. Мінімальна передача даних: Майнер транслює заголовок блоку, компактний список цих коротких ID та повні дані для будь-яких транзакцій, яких не очікується в мемпулі отримувача (наприклад, створені майнером coinbase-транзакції або транзакції, які були розіслані зовсім недавно).
4. Локальна реконструкція: Отримавши ці високостиснуті дані, вузол використовує короткі ID для пошуку повних даних транзакцій у своєму власному мемпулі. Якщо короткий ID відповідає унікальній транзакції в його мемпулі, він використовує її. Якщо стається колізія (кілька транзакцій відповідають одному короткому ID — рідкісна подія, керована протоколом) або якщо транзакція справді відсутня, вузол запитує повні дані для цих конкретних випадків.

Результатом є неймовірно ефективний механізм поширення, де блоки, навіть дуже великі, можуть передаватися мережею за мілісекунди. Таке швидке поширення зменшує ймовірність появи блоків-сиріт (блоків, видобутих одночасно, які конфліктують між собою), що призводить до більш стабільного та безпечного блокчейну з вищою ефективною пропускною здатністю.

Інші важелі масштабованості: адаптивні розміри блоків та паралельна обробка

Крім специфічних протоколів, стратегія масштабованості Nexa також включає:

• Адаптивні розміри блоків: Хоча можуть бути налаштовані певні ліміти, архітектура Nexa розроблена для обробки значно більших розмірів блоків порівняно з традиційними блокчейнами, потенційно переходячи в гігабайтний діапазон. Ефективність Graphene та Xthinner робить такі великі блоки доцільними, усуваючи перешкоди при поширенні.
• Підвищена пропускна здатність транзакцій: Поєднання апаратної оптимізації, паралельної обробки на основі UTXO та ефективного поширення блоків дозволяє Nexa обробляти значно більшу кількість транзакцій на секунду. Це критично важливо для підтримки глобальної високочастотної платіжної мережі.

Крім масштабованості: основні характеристики мережі Nexa

Хоча масштабованість є флагманською особливістю Nexa, мережа також пропонує набір функцій, розроблених для створення активної екосистеми для розробників і користувачів.

Випуск нативних токенів

Nexa забезпечує вбудовану підтримку випуску нативних токенів безпосередньо у своєму блокчейні першого рівня. Це означає, що користувачі та бізнес можуть створювати власні кастомні токени, не покладаючись на платформи смарт-контрактів або складні вторинні рівні.

Ключові переваги нативних токенів на Nexa включають:

• Низькі комісії: Транзакції з нативними токенами успадковують низькі комісії та високу пропускну здатність самої мережі Nexa.
• Безпека: Токени користуються тією ж надійною моделлю безпеки, що й нативна монета NEXA, захищена мережевим Proof-of-Work.
• Простота використання: Випуск токенів зазвичай простіший і зрозуміліший, ніж розробка складних смарт-контрактів.
• Різноманітність застосувань: Нативні токени можуть представляти будь-що — від стейблкоїнів та утилітарних токенів до балів лояльності, цифрових предметів колекціонування або реальних активів. Ця функціональність відкриває можливості для різних застосунків децентралізованих фінансів (DeFi) та токенізованих економік безпосередньо на Nexa.

Можливості смарт-контрактів

Nexa розширює свою корисність за межі простої передачі вартості та випуску токенів, підтримуючи смарт-контракти. Ці самовиконувані угоди, умови яких прописані безпосередньо в коді, дозволяють створювати децентралізовані застосунки (dApps) та складні фінансові інструменти.

Підхід Nexa до смарт-контрактів має бути:

• Масштабованим: Розробленим для використання базової архітектури з високою пропускною здатністю, що гарантує, що виконання смарт-контрактів не стане перешкодою при масштабуванні мережі.
• Безпечним: Побудованим на надійному фундаменті PoW, що забезпечує безпечне середовище для виконання контрактів.
• Гнучким: Надає розробникам інструменти для створення широкого спектру децентралізованих послуг — від протоколів кредитування та децентралізованих бірж (DEX) до ігрових рішень та систем ідентифікації. Поєднання нативних токенів і смарт-контрактів позиціонує Nexa як універсальну платформу, здатну підтримувати широкий спектр випадків використання, виходячи за рамки просто P2P-платежів.

Миттєві транзакції (Zero-Confirmation)

Nexa прагне уможливити «миттєві транзакції» за допомогою концепції, яку часто називають безпекою з нульовим підтвердженням (zero-confirmation security). Хоча транзакція технічно стає незмінною лише після включення в блок і підтвердження наступними блоками, дизайн Nexa мінімізує ризик подвійних витрат для непідтверджених транзакцій.

Це досягається завдяки:

• Швидкому поширенню блоків: Технології Graphene та Xthinner гарантують, що транзакції швидко розповсюджуються мережею та включаються в блоки з мінімальною затримкою.
• Детермінованому порядку транзакцій: Nexa може впроваджувати функції або правила, які ускладнюють прийняття мережею конфліктних транзакцій, даючи високий рівень впевненості в тому, що перша побачена транзакція буде саме тією, яка отримає підтвердження.
• Паралельній перевірці транзакцій: Здатність моделі UTXO обробляти транзакції паралельно ускладнює організацію атаки подвійних витрат, оскільки мережа розроблена для швидкої перевірки та прийняття легітимних транзакцій.

Для повсякденних покупок та транзакцій з низькою вартістю цей «миттєвий» досвід — коли отримувач має дуже високу впевненість у тому, що платіж здійснено негайно, навіть до підтвердження блоком — є вирішальним для масового впровадження.

Децентралізація та безпека

Відданість Nexa механізму Proof-of-Work є основою її моделі децентралізації та безпеки.

• Децентралізація: PoW гарантує, що жодна окрема організація або невелика група не може контролювати мережу. Майнінг відкритий для всіх, хто готовий витрачати обчислювальні потужності, розподіляючи контроль. Зосередженість на апаратній оптимізації для вузлів також гарантує, що запуск повної ноди не стане занадто дорогим, дозволяючи більшій кількості учасників самостійно перевіряти ланцюг, що життєво важливо для децентралізації.
• Безпека: Величезні обчислювальні зусилля, необхідні для створення блоку (і, відповідно, для скасування транзакцій), роблять мережі PoW надзвичайно стійкими до атак, таких як подвійні витрати. Чим довший ланцюг, тим безпечнішими стають транзакції. Ця надійна модель безпеки є обов’язковим фундаментом для будь-якої глобальної фінансової системи.

Візія глобального пірингового використання

Сукупність архітектурних виборів та технологічних інновацій Nexa вказує на чітку загальну візію: створити глобальну, відкриту та бездозвільну (permissionless) пірингову систему електронних грошей. Це означає надання можливості будь-кому і будь-де надсилати та отримувати вартість без посередників, високих комісій чи затримок.

Nexa бачить майбутнє, де:

• Мікротранзакції є доцільними: Оплата за чашку кави або переказ невеликих сум грошей через кордони стає такою ж простою та недорогою справою, як надсилання електронного листа.
• Фінансова інклюзія розширюється: Люди в регіонах з недостатнім рівнем банківського обслуговування отримують доступ до надійних фінансових послуг безпосередньо через свої мобільні пристрої.
• Децентралізовані застосунки процвітають: Розробники можуть створювати інноваційні dApps, які використовують високу масштабованість та безпеку базового рівня, відкриваючи нові парадигми для цифрової комерції та взаємодії.
• Токенізовані економіки розвиваються: Підприємства можуть легко випускати та керувати власними цифровими активами, інтегруючи їх у свою діяльність та клієнтський досвід.

Ретельно вирішуючи відомі обмеження технології блокчейн, зокрема щодо пропускної здатності та затримок, Nexa прагне розкрити повний потенціал справді глобальної цифрової економіки.

Висновок та перспективи на майбутнє

Nexa являє собою значну спробу розсунути межі масштабованості блокчейну без шкоди для основних принципів децентралізації та безпеки. Поєднуючи перевірену надійність моделі UTXO та Proof-of-Work з передовими протоколами поширення, такими як Graphene та Xthinner, разом із глибокою апаратною оптимізацією, Nexa будує інфраструктуру, розраховану на безпрецедентні обсяги транзакцій.

Включення функцій випуску нативних токенів та підтримка смарт-контрактів додатково позиціонують Nexa як універсальну платформу першого рівня, здатну підтримувати широкий спектр децентралізованих застосунків та стимулювати інновації в різних секторах. Хоча виклик досягнення глобального впровадження блокчейну є величезним, технічний підхід Nexa пропонує переконливу візію того, як справді високопродуктивна, недорога та безпечна пірингова система електронних грошей може функціонути в найближчі десятиліття. У міру того, як мережа дорослішатиме, а її можливості проходитимуть подальші випробування в умовах реального попиту, Nexa прагнутиме довести свій потенціал стати фундаментальним рівнем для нової ери цифрових фінансів.