Bitcoinin skaalautuvuusongelman ratkaisuehdotukset

Abstract

Tämä kandidaatintutkielma käsittelee hajautettujen ja julkisten lohkoketjujen skaalautuvuuden ongelmaa bitcoinin näkökulmasta. Lohkoketjuteknologiat mahdollistavat ilman luotettuja osapuolia toimivan verkoston, jota voidaan hyödyntää esimerkiksi arvonsiirrossa ja toisaalta lohkoketjuilla on laaja-alaista soveltamispotentiaalia myös muihin tarkoituksiin. Lohkoketjuteknologioiden laajempaa hyödyntämistä rajoittaa kuitenkin vielä lohkoketjun suorituskyvyn eli skaalautuvuuden ongelma, joka esiintyy bitcoinissa ja on osin yleistettävissä muihin hajautettuihin ja julkisiin lohkoketjuihin. Tutkielma tehtiin kirjallisuuskartoituksena bitcoinin skaalautuvuusongelmasta ja siitä, millaisia on- ja off-chain-ratkaisuja tähän ongelmaan on esitetty. Tutkielmassa selvisi, että bitcoin ei ole suorituskyvyltään skaalautuva, vaan transaktiokapasiteettia rajoittaa lohkokoko, verkon latenssi ja käytössä oleva Proof-of-Work-konsensus algoritmi. Tutkielmassa ilmeni myös, etteivät nykyiset on-chain-ratkaisut sellaisenaan yllä riittävään skaalautumiseen, eikä uudelleenparametrisoimalla latenssia tai lohkokokoa saavuteta riittävää skaalautumista. Toisaalta selvisi, että off-chain-ratkaisut ovat keino huomattavasti lisätä bitcoinin skaalautuvuutta, vaikka on-chain skaalautumisen parantaminen on silti keskeinen ongelma ratkaistavaksi. Off-chain-ratkaisu lightning network näyttäytyi tutkielman valossa parhaalta osaratkaisulta skaalautuvuuden ongelmaan. Tieteellisestä aineistosta oli havaittavissa myös ajatus siitä, että lohkoketjuprotokollien fundamentaalinen uudelleensuunnittelu on tarpeen skaalautuvuuden parantamiseksi.

This bachelor's thesis focuses on the scalability problem of decentralized and public blockchains from the perspective of bitcoin. Blockchain technologies enable a trustless network which can be used in for instance monetary value transfers besides which blockchain has great potential to be applied in many fields. For the blockchain technologies to be more widely adopted it still is restricted by the low performance and scalability problem which can be seen in bitcoin and can partly be generalized into other decentralized and public blockchains. This thesis was written as a literature review about bitcoin's scalability problem and the proposed solutions to fix that problem from the on-chain and off-chain perspectives. It was found in this study that bitcoin is not scalable by its performance because transaction capacity is restricted by block size, block frequency and the used Proof-of-Work-consensus algorithm. It was also found in this study that the current on-chain solutions won't reach sufficient scalability or that it won't be reached by reparametrizing block frequency or block size. On the other hand it was found out that off-chain solutions are a way to significantly improve bitcoin's scalability although improving on-chain scalability still remains an essential problem to be solved. In light of this study the off-chain solution lightning network seemed to be the best solution to the scalability problem. The thought about the need for a total fundamental redesign of blockchain protocols to improve the scalability could also be seen in the scientific literature.