Het blockchain trilemma is een probleem waar veel blockchains tegenaan lopen sinds het gebruik ervan is toegenomen. Dit trilemma beschrijft de drie belangrijkste kenmerken van een blockchain, terwijl een blockchain eigenlijk maar aan twee kan voldoen. Het gaat om de volgende drie kenmerken:
- Decentralisatie
- Schaalbaarheid
- Veiligheid
Een blockchain kan dus gedecentraliseerd en veilig zijn, maar ondervindt dan problemen op het gebied van schaalbaarheid. Wanneer een blockchain schaalbaar en veilig is, kan het problemen hebben met decentralisatie.
De term ‘blockchain trilemma’ ontstond omdat het opviel dat blockchains vaak aan maar twee kenmerken konden voldoen, maar het niet lukte om ook aan het derde kenmerk te voldoen. Zo zijn Bitcoin en Ethereum bijvoorbeeld gedecentraliseerd en veilig, maar lukt het niet om optimale schaalbaarheid te bereiken.
In veel gevallen wordt er gekeken of een blockchain aan deze drie kenmerken voldoet om te bepalen of de blockchain op grote schaal geadopteerd kan worden. Dit betekent niet dat een blockchain die last heeft van het blockchain trilemma buiten adoptie valt. Het gaat hier eerder om optimale werking van de blockchain, die bereikt kan worden wanneer de blockchain schaalbaar, decentraal en veilig is.
In het verleden heeft Bitcoin het schaalbaarheidsprobleem proberen op te lossen met verschillende updates, waaronder SegWit. Hierdoor is het probleem kleiner geworden, maar niet helemaal opgelost. Je kunt hier meer leren over SegWit.
Ook Ethereum is bezig om schaalbaar te worden met de upgrade naar Ethereum 2.0. Deze upgrade is naar verwachting in de loop van 2022 volledig uitgevoerd. Het is nog niet zeker of de blockchain van Ethereum na deze upgrade ook aanzienlijk opgeschaald kan worden. Wil je meer leren over Ethereum 2.0? Klik dan hier.
Decentralisatie
Decentralisatie is één van de belangrijkste kenmerken van een blockchain, omdat het is bedacht uit onvrede tegenover centrale systemen zoals banken. Je spreekt over decentralisatie wanneer het netwerk van een blockchain uit een grote groep onafhankelijke nodes bestaat.
Er zijn blockchains die uit een groot netwerk nodes bestaan, maar deze worden door een centrale partij beheerd. Het is dan lastig om als individu een eigen node in het netwerk te plaatsen. Dit doet afbreuk aan de decentralisatie van de blockchain.
Wanneer een blockchain veilig en schaalbaar is, heeft het vaak problemen met de decentralisatie van het netwerk. Dit is bijvoorbeeld het geval bij een project als Ripple. Waar een groot aantal nodes worden beheerd door Ripple zelf.
Schaalbaarheid
Is een blockchain veilig en decentraal? Dan heeft het vaak problemen met de schaalbaarheid. Met de schaalbaarheid wordt bedoeld dat het netwerk van de blockchain vrijwel evenveel transacties kan blijven verwerken ongeacht het aantal transacties dat gebruikers uitvoeren.
Bitcoin en Ethereum zijn perfecte voorbeelden van blockchains die ‘problemen’ met de schaalbaarheid hebben. Beide blockchains zijn decentraal en veilig, maar hebben de afgelopen jaren veel problemen gehad met de schaalbaarheid. Steeds meer mensen maakten gebruik van deze blockchains, waardoor ze op een gegeven moment het aantal transacties niet meer aankonden.
De blockchain van Ethereum kan bijvoorbeeld veertien transacties per seconde uitvoeren, terwijl Bitcoin er maar zeven per seconde kan verwerken. Dit kun je vergelijken met een snelweg waar te veel auto’s rijden. Op een gegeven moment ontstaat er een file. Binnen een blockchain wordt zo’n file ook wel ‘netwerkcongestie’ genoemd.
Het resultaat van een lage schaalbaarheid is dat gebruikers lang moeten wachten voordat hun transactie is uitgevoerd. Dit kan soms tientallen minuten duren. Een andere bijkomstigheid zijn de hoge transactiekosten. Zo moesten gebruikers in 2021 soms meer dan honderd euro aan transactiekosten betalen om een transactie op de blockchain van Ethereum uit te voeren.
Veiligheid
Het is belangrijk dat blockchains veilig zijn. Er staat gevoelige data op en de waarde van cryptocurrency’s zijn hoog. Eén geslaagde hack zou daarom al voor een schade kunnen zorgen die niet te overzien is.
Blockchains die schaalbaar en decentraal zijn, hebben vaak problemen met de veiligheid. Een voorbeeld hiervan is IOTA. Het netwerk van IOTA bestaat uit ‘slimme’ apparaten. Denk aan een smart tv, smart koelkast, etc. Het is dus ontzettend makkelijk om nieuwe apparaten toe te voegen aan het netwerk, wat het erg decentraal maakt. Ook kan het netwerk razendsnel transacties verwerken, waardoor het vrijwel oneindige schaalbaarheid biedt. Helaas is het netwerk van IOTA niet veilig en stabiel en zijn er in het verleden verschillende problemen op dit gebied geweest.
Er kan meer veiligheid worden bereikt met protocollen die controleren op het geleverde werk door de nodes. Dit maakt een blockchain vaak traag, waardoor het problemen heeft met de schaalbaarheid. Ook zal het ervoor zorgen dat nodes minder makkelijk toegang kunnen krijgen tot het netwerk, waardoor het project minder decentraal is.
Hoe kan het blockchain trilemma opgelost worden?
Voor bestaande blockchains is het lastig om het blockchain trilemma snel op te lossen. Wanneer ze een oplossing denken te hebben gevonden, komen ze erachter dat er een probleem ontstaat op een ander vlak.
Indien er een oplossing wordt gevonden waarbij alle drie kenmerken in tact blijven, wordt er eerst een update uitgevoerd. Alle nodes in het netwerk van de blockchain moeten deze update uitvoeren om het probleem te verhelpen. Doen ze dit niet, dan wordt het probleem niet verholpen.
Nodes kunnen verschillende redenen hebben om een update niet uit te voeren. Omdat ze bijvoorbeeld minder hoge beloningen ontvangen, of omdat ze nieuwe hardware moeten kopen om aan de nieuwste update te voldoen. Hieronder worden twee voorbeelden toegelicht over hoe Ethereum en Bitcoin proberen meer schaalbaar te worden.
Ethereum 2.0
Ethereum heeft problemen met schaalbaarheid. Het duurt lang voordat een transactie is verwerkt en gebruikers betalen soms meer dan honderd euro hiervoor. Daarom besloten de ontwikkelaars achter Ethereum om te upgraden naar Ethereum 2.0.
De belangrijkste verandering van Ethereum 2.0, is de overgang naar een ander consensus mechanisme. Ethereum maakt gebruik van Proof of Work, dat erg veilig en decentraal is. Het wordt echter gezien als een mechanisme dat de schaalbaarheid tegenwerkt. Daarom gaan ze over naar Proof of Stake.
Proof of Stake is een mechanisme dat schaalbaarder is, omdat transacties sneller verwerkt worden. Ook is er minder energie nodig, waardoor Ethereum duurzamer wordt. De enige onzekerheid is dat niemand weet of deze upgrade ook daadwerkelijk het schaalbaarheidsprobleem gaat oplossen.
Het Proof of Stake consensus mechanisme is nog niet eerder op zo’n grote schaal getest. De verwachting is dat de upgrade en de loop van 2022 volledig is afgerond. Dan zal duidelijk zijn of deze upgrade het schaalbaarheidsprobleem heeft opgelost.
SegWit
SegWit staat voor ‘segregated witness’ en was een belangrijke update voor het Bitcoin-netwerk om het schaalbaarheidsprobleem op te lossen. Met deze update zou de structuur van de blokken veranderen, waardoor er meer transacties in een blok passen.
Ondanks dat deze update ervoor zorgde dat er inderdaad meer transacties in een Bitcoin blok konden, werd het schaalbaarheidprobleem niet opgelost.
Nieuwe blockchain projecten
Voor veel nieuwe blockchain projecten wordt eerst onderzoek gedaan naar blockchains die problemen ondervinden met het blockchain trilemma. Zo willen ze ervoor zorgen dat ze deze problemen niet hebben bij hun eigen blockchain.
Cardano is bijvoorbeeld een project dat jarenlang onderzoek heeft gedaan. Zij hebben naar eigen zeggen een blockchain ontwikkeld die schaalbaar, decentraal en veilig is. Het is alleen nog niet op grote schaal ingezet en daarom valt er nog niet te zeggen of het is gelukt.
Conclusie
Decentralisatie, schaalbaarheid en veiligheid zijn kenmerken waar een blockchain aan moet voldoen om zonder problemen op grote schaal gebruikt te worden. Dit is makkelijker gezegd dan gedaan. Veel blockchains voldoen aan twee van deze kenmerken, maar lukt het niet om ook aan het derde kenmerk te voldoen:
- Is een blockchain veilig en decentraal? Dan heeft het vaak problemen met de schaalbaarheid, zoals Bitcoin en Ethereum.
- Is een blockchain decentraal en schaalbaar? Dan heeft het vaak problemen met de veiligheid, zoals IOTA.
- Is een blockchain schaalbaar en veilig? Dan heeft het vaak problemen met de decentralisatie, zoals Ripple.
Blockchains die deze problemen ondervinden, proberen oplossingen te vinden door updates uit te voeren. Zo heeft Bitcoin in het verleden de SegWit-update uitgevoerd en is Ethereum bezig met de upgrade naar 2.0. Nieuwe blockchain projecten zijn vooral gericht op voorkoming van het blockchain trilemma. Dat doen ze met onderzoek naar andere blockchains die tegen deze problemen aanlopen, om er zo voor te zorgen dat ze de problemen zelf niet zullen ondervinden.