Scalability issues in the Blockchain

Abstract

This degree thesis aims to guide the lector through the description of one the biggest issues Blockchain technology is facing nowadays, its inability to scale. This limitation needs to be overcome if the technology attempts to become mainstream. The following dissertation will introduce the problems and consequences of scalability issue experimented especially during the last year on the two biggest public Blockchains, Ethereum and Bitcoin, which can be extended to the rest of public chains. Afterward, the main community proposals to solve the problem will be explained including the well-known SegWit or Lightning Network, among others. Also, some indirect and non-Blockchain solutions will be mentioned. At this point, a new architecture of the Blockchain will be presented including some of the solutions already mentioned, making the technology capable of scaling and adapting to the future requirements of society. In addition to those proposals, a couple of author?s ideas will be detailed with the objective of extend the ability to scale of the previous design, dealing in conjunction with the centralization, slowness and expensiveness that the technology is currently facing. Finally, a complete theoretical implementation of a Lightning Network in Ethereum will be approached because this solution is considered one of the most promising options to fix the scalability issue. It will also be accompanied of a practical proof-of-concept of the Smart Contracts operation, which will rule the network behaviour and has helped to identify the critical points and peculiarities around this proposal.

Este trabajo de fin de grado tiene como objetivo guiar al lector a través de la descripción de uno de los mayores problemas al que la Blockchain se enfrenta estos días, su inhabilidad para escalar. Esta limitación ha de ser superada si la tecnología quiere convertirse en una opción generalizada. Este proyecto introducirá los problemas y consecuencias de la escalabilidad experimentados en dos de las mayores Blockchains públicas especialmente durante el último año, Bitcoin y Ethereum, que puede ser extendido al resto de chains públicas. Posteriormente, las principales propuestas de la comunidad para paliar esta limitación serán explicadas incluyendo los conocidos SegWit y Lightning Network, entre otros. Llegados a este momento, una nueva arquitectura de la Blockchain será expuesta incluyendo algunas de las soluciones previamente comentadas, haciendo que la tecnología sea capaz de escalar y adaptarse a los futuros requerimientos de la sociedad. Además de estas propuestas, dos ideas del autor serán incluidas con el objetivo de extender la habilidad para escalar del diseño previo, haciendo que la tecnología sea capaz en conjunto de afrontar la centralización, lentitud y el gran coste que la Blockchain sufre actualmente. Finalmente, una implementación teórica de una Lightning Network en Ethereum será abordada debido a que se la considera una de las opciones más prometedoras para acabar con el problema de la escalabilidad. Estará acompañada de una prueba de concepto práctica sobre el funcionamiento de los Smart Contracts, que gobiernan el comportamiento de la red y han ayudado a identificar los puntos críticos y peculiaridades alrededor de esta propuesta.

Aquest treball de fi de grau te com a objectiu guiar al lector a través de la descripció d'un dels majors problemes al que la Blockchain s'enfronta aquests dies, la seva inhabilitat per escalar. Aquesta limitació ha de ser superada si la tecnologia vol convertir-se en una opció generalitzada. Aquest projecte introduirà els problemes i conseqüències de l'escalabilitat experimentats a dues de les majors Blockchains públiques especialment durant l'últim any, Bitcoin i Ethereum, que pots ser estès a la resta de chains públiques. Posteriorment, les principals propostes de la comunitat per pal·liar aquesta limitació seran explicades incloent els coneguts SegWit i Lightning Network, entre d'altres. Arribats a aquest moment, una nova arquitectura de la Blockchain serà exposada incloent algunes de les solucions prèviament comentades, fent que la tecnologia sigui capaç d'escalar i adaptar-se als futurs requeriments de la societat. A més d'aquestes propostes, dues idees de l'autor seran incloses amb l'objectiu estendre l'habilitat per escalar del disseny previ, fent que la tecnologia sigui capaç en conjunt d'afrontar la centralització, lentitud i el gran cost que la Blockchain pateix actualment. Finalment, una implementació teòrica d'una Lightning Network a Ethereum serà abordada degut a que se la considera una de les opcions més prometedores per acabar amb el problema de l'escalabilitat. Estarà acompanyada d'una proba de concepte pràctica sobre el funcionament dels Smart Contracts, que governen el comportament de la xarxa i han ajudat a identificar els punts crítics i peculiaritats al voltant d'aquesta proposta.