Czym są parachainy: Równoległe obliczenia na blockchainie

Łańcuchy równoległe (parachaiy) to lekkie, specyficzne dla danego projektu i niezależne blockchainy, które są zabezpieczone i działają równolegle z centralnym "relay chainem" działającym w sieciach Polkadot (DOT) lub Kusama (KSM). Poprzez zapewnienie warstwy wbudowanej infrastruktury, parachainy pomagają zwiększyć bezpieczeństwo, elastyczność i skalowalność projektów blockchain.

Czym są parachainy?

Parachains zostały zaprojektowane, aby zapewnić model, w którym niezależne blockchainy mogą łatwiej współpracować ze sobą w celu dostarczenia różnych usług. W ten sam sposób, w jaki Internet jest używany do obsługi wielu różnych potrzeb, tak samo blockchainy mogą być wyspecjalizowane do zdecentralizowanych finansów (DeFi), dostarczania mediów, przechowywania plików i innych zastosowań.

Dlatego też parachainy są wysoce konfigurowalne, a jedynym wymogiem projektowym jest to, że parachain musi być w stanie komunikować się z walidatorami w bezpieczny sposób. Parachainy mogą być publiczne lub prywatne i mogą być dostosowane do konkretnych potrzeb projektu pod względem zarządzania, logiki inteligentnych kontraktów, funkcjonalności i tokenów.

Parachainy działają poprzez połączenie z łańcuchem przekaźników (relay chain), który jest celowo zaprojektowany w minimalistyczny sposób. Łańcuch przekaźnikowy jest przede wszystkim odpowiedzialny za koordynację sieci jako całości za pomocą wspólnych mechanizmów bezpieczeństwa, konsensusu i interoperacyjności między łańcuchami. Konkretne zadania są delegowane do parachaina i obsługiwane zgodnie z ich własnymi specyficznymi implementacjami.

Łańcuch przekaźnikowy może obsługiwać ograniczoną liczbę slotów wykonawczych (około 100), które działają jak rdzenie w procesorze komputerowym. Każdy z tych slotów jest w stanie uruchomić pojedynczy parachain w danym momencie. Jest on wtedy wymagany tylko do wygenerowania dowodu, który może być zweryfikowany przez przypisane mu węzły walidatora. Parachainy są w stanie współdziałać z łańcuchem przekaźników w dowolnym momencie, bez potrzeby płacenia jakichkolwiek opłat za gaz lub transakcji.

Jakie rozwiązania oferują parachainy?

Działając na tej samej zasadzie co obliczenia równoległe, parachainy zapewniają zwiększoną skalowalność i szybkość bez konieczności stosowania rozwiązań skalowania warstwy 2. Parachainy eliminują powszechne problemy pojedynczych blockchainów poprzez rozłożenie i przetwarzanie transakcji na wielu blockchainach warstwy 1 w sposób równoległy. Pozwala to na obsługę dziesiątek tysięcy transakcji na sekundę.

Wszystkie parachainy podłączone do łańcucha przekaźnikowego współdzielą ten sam stan bezpieczeństwa, co oznacza, że założenia dotyczące zaufania przyjmowane przez parachainy muszą polegać tylko na zestawie walidatorów łańcucha przekaźnikowego. Ponieważ łańcuch przekaźnikowy jest zabezpieczony znaczącym udziałem DOT lub KSM, architektura ta pozwala na realizację projektów parachainowych o wysokim stopniu bezpieczeństwa bez konieczności projektowania własnych systemów od podstaw.

Parachainy są w stanie komunikować się i dokonywać transakcji z każdym innym parachainem podłączonym do tego samego łańcucha przekaźnikowego, a także z niektórymi sieciami zewnętrznymi. To odblokowuje potężną interoperacyjność w zakresie nie tylko tokenów, ale także innych typów danych, takich jak inteligentne kontrakty Ethereum (ETH), weryfikowalne poświadczenia, takie jak Ontology (ONT), i sieci wyroczni, takie jak Chainlink (LINK). Dzięki interoperacyjności, parachainy chronią przed rozproszeniem blockchainów i stwarzają nowe możliwości dla innowacyjnych, zintegrowanych usług.

Projekty parachain zyskują również dostęp do modułowej natury i mechanizmów zarządzania on-chain Polkadot i Kusama. Umożliwia to większą elastyczność w zakresie zarządzania parachainem, znacznie zmniejszając zagrożenie wystąpienia hard forków w trakcie rozwoju.

Czym są role konsensusu parachaina?

Podobnie do sieci proof-of-stake, Kusama i Polkadot polegają na szeregu ról, które zabezpieczają łańcuch przekaźnikowy i utrzymują konsensus w całym parachainie. Role są motywowane poprzez nagrody w KSM lub DOT. Użytkownicy są też karani za złe zachowanie poprzez redukcję ich stakowanych zasobów.

• Nominatorzy są bezwęzłowymi uczestnikami, którzy zabezpieczają łańcuch przekaźnikowy poprzez stakowanie swoich KSM lub DOT w celu wybrania walidatorów i w zamian otrzymują część nagród ze stakowania tego walidatora. Nominujący są zachęcani do wybierania godnych zaufania walidatorów, ponieważ ich stawka jest również zmniejszana, jeśli walidator okaże się nieuczciwy.
• Walidatorzy to węzły, które zabezpieczają łańcuch przekaźników poprzez staking swoich KSM lub DOT, osiąganie konsensusu z innymi walidatorami i walidację dowodów od weryfikatorów. Walidatorzy odgrywają kluczową rolę w zawieraniu transakcji między łańcuchami i gwarantują, że każdy parachain przestrzega unikalnych zasad swojej implementacji. Aby uczestniczyć w wykuwaniu kolejnego bloku łańcucha przekaźnikowego, walidatorzy muszą zostać wybrani przez nominatorów. Gdy nowy blok zostanie wydobyty, walidator pobiera część nagrody (prowizję), a następnie dzieli się resztą ze swoimi nominatorami.
• Kolatorzy to węzły, które utrzymują poszczególne parachainy poprzez zbieranie transakcji od użytkowników, produkowanie dowodów wymaganych przez walidatorów w łańcuchu przekaźnikowym oraz wydobywanie bloków na parachainie. Sieci parachain są w stanie zapewnić konsensus, ponieważ kolatorowi nie wolno tworzyć nowych bloków na powiązanym z nim parachainie, dopóki nie zostaną zatwierdzone jego dowody.
• Rybacy są węzłami, które monitorują kolatorów, aby upewnić się, że nie doszło do wykroczenia podczas tworzenia kolejnego bloku . Rybak przesyła do sieci raport o nieważności, gdy wykryje niewłaściwe działanie kolatora, a następnie jest nagradzany znaczącą premią, jeśli jego raport okaże się poprawny. Podobnie jak w przypadku walidatorów, węzły rybaków wymagają stakowania KSM lub DOT. Środki są redukowane, jeśli okaże się, że rybak złożył niedokładny raport. Węzły rybaków nie są obecnie zaimplementowane ani na KSM ani na DOT, ale są planowane w przyszłych wersjach.

Co to jest aukcja parachainów?

Ponieważ łańcuch przekaźnikowy obsługuje tylko ograniczoną ilość slotów, każdy projekt, który chce zostać parachainem musi najpierw wygrać dzierżawę slotu parachaina poprzez aukcję. Projekty mogą sfinansować swoje oferty poprzez zebranie własnych KSM/DOT lub poprzez pożyczki społecznościowe, w których "inwestorzy" są zachęcani do wniesienia swojego KSM/DOT do oferty, zazwyczaj z odpowiednią ilością rodzimego tokena projektu.

Aby chronić inwestorów, tokeny zebrane poprzez pożyczki społecznościowe nigdy nie są przechowywane przez sam projekt. Zamiast tego, łańcuch przekaźnikowy przechowuje tokeny podczas procesu aukcji i dzierżawy, a następnie zwraca je bezpośrednio do inwestorów po zakończeniu dzierżawy (lub nieudanej aukcji).

Tylko jeden slot parachain może być licytowany w tym samym czasie, a każda aukcja trwa siedem dni na Kusamie i dwa tygodnie na Polkadot. Aby zabezpieczyć się przed "snajperami", obie sieci stosują zmodyfikowaną wersję aukcji świecowej. Aukcja zaczyna się i kończy w określonym publicznym czasie, ale dzierżawa jest przyznawana projektowi, który złożył najwyższą ofertę w czasie retroaktywnego zakończenia, ukrytym czasie ustalonym z góry przez funkcję randomizacji.

Zwycięzca licytacji otrzymuje dzierżawę parachaina, czyli umowę blokującą ofertę KSM lub DOT na określony czas (od sześciu do 48 tygodni w przypadku Kusama lub od trzech do 24 miesięcy w przypadku Polkadot). Projekty mogą składać oferty na dzierżawę tylko w określonych (sześciotygodniowych lub trzymiesięcznych) przedziałach, co oznacza, że projekt nie może złożyć oferty na siedmiomiesięczną dzierżawę Polkadot. Po wygaśnięciu dzierżawy parachaina, cały zablokowany KSM/DOT jest zwracany projektowi i/lub jego inwestorom z crowdfundingu.

Projekty, którym nie powiedzie się lub nie opłaca się nabyć dzierżawy parachaina, mogą zamiast tego działać jako parathreads. Parathreads uzyskują dostęp do wszystkich tych samych wspólnych korzyści co parachainy, z tą różnicą, że działają w modelu pay-as-you-go. Parathreads są przydatne dla projektów, które nie wymagają ciągłego połączenia z łańcuchem przekaźnikowym i mogą służyć jako off-ramp dla tych, którzy nie potrzebują dedykowanego slotu parachaina.

Jaki jest przykład parachaina?

Karuna (KAR), siostrzana sieć dla projektu Polkadot Acala (ACA), jest pierwszym projektem, który wygrał aukcję parachain. Karuna pozycjonuje się jako platforma DeFi typu all-in-one dla sieci Kusama. Projekt oferuje użytkownikom pakiet aplikacji DeFi, takich jak Trustless Staking, wielołańcuchowy zabezpieczony stablecoin oraz zautomatyzowany animator rynku (AMM).

Parachain zapewnia Karunie współdzielony model bezpieczeństwa, możliwość bezwarunkowej aktualizacji oraz kompatybilność cross-chain z Ethereum. Ponieważ sparachainy nie płacą opłat za interakcję z łańcuchem przekaźnikowym, Kusama pozwala Karunie zapewnić użytkownikom znacznie niższe opłaty niż typowe projekty Ethereum. Opłaty za gaz są wymagane tylko przy wycofywaniu się do sieci Ethereum, co oznacza, że parachain chroni również Karunę przed nagłymi wzrostami opłat - problemem, który od dawna nęka aplikacje DeFi.

Podsumowanie

Parachainy zapewniają projektom możliwość skalowania bez konieczności stosowania rozwiązań warstwy drugiej i pozwalają na dalszą specjalizację blockchaina poprzez oszczędzanie czasu i wysiłku wymaganego do zaprojektowania poszczególnych systemów. Zapewniając interoperacyjność pomiędzy parachainami, Polkadot i Kusama odblokowują potencjał dla potężnych integracji blockchain i usług, które nie mogłyby być zrealizowane poprzez sieci silosowe.

Z długo oczekiwaną aktualizacją Ethereum 2.0 wciąż na horyzoncie, parachainy oferują rozpaczliwie potrzebne rozwiązanie dla wysokich opłat za gaz nękających ERC-20 i inne projekty inteligentnych kontraktów. Zapotrzebowanie na tę technologię jest wysokie, szczególnie w przestrzeni DeFi, której rozwój został poważnie zablokowany przez powolny czas transakcji i wysokie opłaty za gaz.

Biorąc pod uwagę, że pierwsza migracja parachain została zakończona dopiero pod koniec czerwca, można śmiało powiedzieć, że technologia ta jest jeszcze w początkowej fazie rozwoju. Oczekuje się, że Polkadot pójdzie w ślady Kusamy i rozpocznie wdrażanie parachain po zakończeniu pełnego zewnętrznego wdrożenia. Wydajność pierwszych pełnoprawnych parachain w ciągu najbliższych kilku miesięcy prawdopodobnie powie nam, na ile rzeczywiście jest to gotowa technologia.