## Коли мережа задихається: проблема перевантаження блокчейну

Перевантаження блокчейн-мережі – це явище, яке виникає, коли обсяг транзакцій, що надходять у мережу, перевищує її можливості обробки. Це створює серйозні проблеми для користувачів: зростають комісії за транзакції, сповільнюється їх підтвердження, і погіршується якість обслуговування. В основі цієї проблеми лежать як технічні обмеження мережі, так і зовнішні фактори, пов'язані з активністю користувачів.

## Як функціонує система обробки транзакцій

Щоб зрозуміти, чому мережа може перевантажитися, необхідно дослідити механізм, за допомогою якого транзакції потрапляють у блокчейн.

Блокчейн – це послідовність блоків, захищена криптографією. Кожен блок містить дані про транзакції, створені користувачами. Нові блоки додаються до ланцюга постійно та незмінно, розповсюджуючись по децентралізованій мережі вузлів, які зберігають копію всього блокчейну.

**Мемпул – це зона очікування для транзакцій.** Коли користувач відправляє транзакцію, вона не миттєво додається до блокчейну. Спочатку вона потрапляє в мемпул (пул пам'яті) – набір непідтверджених транзакцій, які очікують включення до наступного блоку. Тут транзакції затримуються до того моменту, доки не будуть оброблені.

**Блоки-кандидати – це пропоновані блоки для додавання.** Майнери або валідатори відбирають непідтверджені транзакції з мемпулу і формують з них блоки-кандидати. Ці блоки мають пройти верифікацію відповідно до механізму консенсусу мережі.

У Bitcoin використовується механізм **Proof of Work (PoW)** – майнери змагаються у вирішенні складної математичної головоломки. Перший, хто вирішить її, додасть свій блок-кандидат до блокчейну й отримає винагороду.

Ethereum використовував PoW, але у 2022 році перейшов на **Proof of Stake (PoS)**, де валідатори вибираються випадково для пропозиції блоків, а інші валідатори їх підтверджують.

**Завершеність – коли транзакція стає незмінною.** Після того як транзакція додана до блоку, вона вважається підтвердженою. З кожним новим блоком, що додається після неї, рівень завершеності зростає. Для Bitcoin зазвичай потрібно шість додаткових блоків для досягнення повної завершеності. Ethereum рекомендує більше підтверджень через коротший час блоку.

## Що викликає перевантаження мережі

Перевантаження це складне явище, що виникає з кількох причин одночасно.

**Раптовий сплеск активності.** Коли ціна криптовалюти різко змінюється або з'являється новий популярний токен, користувачі масово відправляють транзакції. Це може перевищити можливості мережі оброблювати їх. На весну 2023 року це відбулося з Bitcoin, коли популярність токенів BRC-20 призвела до залізниці непідтверджених операцій – майже 400 000 транзакцій чекали на включення. Комісії зросли більш ніж на 300% за кілька тижнів.

**Технічні обмеження мережі.** Кожен блокчейн має власний розмір блоку, що визначає максимальну кількість даних, які можна включити в один блок. Bitcoin спочатку був розроблений з обмеженням у 1 мегабайт. У 2017 році було впроваджено оновлення Segregated Witness (SegWit), що теоретично збільшило межу до 4 МБ. Якщо транзакцій надходить більше, ніж може обробити один блок, вони накопичуються.

**Повільний час додавання блоків.** Bitcoin додає новий блок приблизно кожні 10 хвилин. Якщо транзакції створюються набагато швидше, виникає відставання і затори в мемпулі.

## Наслідки для користувачів і мережі

Перевантаження мережі призводить до серйозних проблем, які впливають на якість обслуговування.

**Зростання комісій за транзакції.** Майнери обирають для обробки транзакції з вищими комісіями, оскільки це вигідніше. Під час перевантаження користувачам доводиться платити значно більше, щоб прискорити підтвердження своєї операції. Це робить використання мережі дорожчим, особливо для дрібних транзакцій.

**Затримання підтвердження.** У крайніх ситуаціях транзакції можуть очікувати на підтвердження кілька годин, днів або навіть довше. Це викликає розчарування у користувачів та зменшує практичність використання блокчейну.

**Ризик для безпеки та централізації.** Тривалі затримки підтвердження збільшують можливість атак подвійних витрат. Високі комісії можуть призвести до концентрації потужності майнінгу у великих гравців, посилюючи централізацію.

**Волатильність на ринку.** Коли користувачи не можуть швидко продати активи через перевантажену мережу, це може спровокувати паніку і прискорити падіння ціни.

## Історичні приклади перевантажень

**Bitcoin у кінці 2017 – початку 2018.** Історичний ріст ціни Bitcoin призвів до найзначніщого для свого часу перевантаження. Середня комісія за транзакцію в якийсь момент перевищила 50 доларів. Це привернуло увагу всієї індустрії до проблеми масштабування.

**Ethereum та CryptoKitties.** У 2017 році децентралізований проект CryptoKitties став вірусним, заповнивши мережу Ethereum. Це значно сповільнило роботу мережі. Пізніше бум DeFi (децентралізованих фінансів) знову призвів до перевантаження і зростання вартості газу.

**Bitcoin BRC-20 токени у 2023.** Коли популярність токенів BRC-20 почала зростати, мережа Bitcoin опинилася під тиском. Майже 400 000 непідтверджених транзакцій накопичилися в мемпулі, а комісії зросли на 300% за короткий період.

## Як розв'язати проблему

Існує кілька підходів до зменшення перевантаження, але кожен має свої переваги та недоліки.

**Збільшення розміру блоку.** Дозволяє обробляти більше операцій за раз, підвищуючи пропускну здатність. Однак більші блоки розповсюджуються довше, збільшуючи ризик розгалужень мережі. Крім того, більшим блокам потрібно більше місця для зберігання, що може посилити централізацію.

**Скорочення часу блоку.** Дозволяє мережі швидше оброблювати транзакції, але коротший інтервал може збільшити кількість застарілих блоків і поставити під загрозу безпеку.

**Рішення другого рівня (Layer 2).** Це офчейн-рішення, які обробляють транзакції поза основним блокчейном, а потім записують кінцевий стан на ланцюг. Для Bitcoin це Lightning Network, для Ethereum – Plasma та інші рішення. Вони значно підвищують масштабованість, але складніші в реалізації та потребують додаткового аналізу безпеки.

**Шардинг.** Це метод розділення блокчейну на кілька менших шардів, кожен з яких здатен оброблювати транзакції. Це може значно збільшити пропускну здатність, але також усложнює систему та створює нові ризики.

**Інші рішення.** Розглядаються також оптимістичні ролапи, ролапи з нульовим розголошенням і коригування комісій. Механізми Proof of Stake зазвичай швидші за Proof of Work, що також сприяє менш частим перевантаженням.

## Висновки

Перевантаження це один з головних викликів, який блокчейн-мережи мають розв'язати для масового прийняття. Оскільки кількість користувачів продовжує зростати, здатність ефективно обробляти великі обсяги транзакцій стає критично важливою – особливо для систем, що прагнуть забезпечити повсякденні операції в реальному часі.

Попри серйозність проблеми, спільнота розробляє нові рішення для пом'якшення перевантажень. Підвищення масштабованості блокчейну залишається однією з найпріоритетніших задач індустрії, і прогрес у цьому напрямку визначатиме майбутнє криптовалютних мереж.