Глубокий анализ расширения вне блокчейна

Автор: Элейн Сюй, Хетти Цзян, Юнь Ван, Уалон Лин, Илю Лин

1. Необходимость увеличения пропускной способности

Проблема невозможного треугольника, с которой сталкивается блокчейн: децентрализация, безопасность и масштабируемость трудно удовлетворить одновременно. В настоящее время одной из горячих тем развития блокчейна является то, как повысить пропускную способность и скорость транзакций блокчейна при обеспечении децентрализации и безопасности, то есть решить проблему масштабирования.

Определение децентрализации, безопасности и масштабируемости блокчейна:

• Децентрализация: чем больше количество узлов, тем выше степень децентрализации, сеть не контролируется небольшой группой.
• Безопасность: Чем выше стоимость получения контроля над блокчейн-системой, тем выше безопасность, тем более она устойчива к атакам значительного процента участников.
• Масштабируемость: способность блокчейна обрабатывать большое количество транзакций.

Первый значительный хард-форк сети Биткойн произошел из-за проблемы с масштабированием. 1 августа 2017 года клиентская система Bitcoin ABC, разработанная самостоятельно с размером блока 8 МБ, начала функционировать, что привело к первому значительному хард-форку в истории Биткойна и появлению новой криптовалюты BCH.

Сеть Эфириум ограничивает объем транзакций, устанавливая предел на сумму топливных сборов, которые могут быть включены в один блок, чтобы достичь доверительной консенсуса и обеспечить широкое распределение узлов. С ростом числа приложений на цепочке, рыночный спрос на пропускную способность постоянно увеличивается, но Эфириум может обрабатывать только 15-45 транзакций в секунду, что приводит к росту затрат на транзакции, увеличению времени расчета, и большинству Dapps трудно выдерживать операционные расходы, сеть становится медленной и дорогой, проблема масштабируемости блокчейна требует срочного решения.

! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети

2. Категории решений по масштабированию

Согласно критерию “изменение основного сетевого уровня”, планы по расширению делятся на две большие категории: расширение в блокчейне и расширение вне блокчейна.

2.1 Масштабирование в блокчейне

Основная концепция: решение, достигающее эффекта масштабирования за счет изменения одного уровня протокола основной сети, в настоящее время основное решение — это шarding.

Существует множество решений для масштабирования в блокчейне, в этой статье не будет подробного изложения, ниже кратко перечислены два решения:

• Решение первое заключается в увеличении пространства блока, то есть увеличении количества транзакций, упакованных в каждом блоке, но это повысит требования к устройствам высокопроизводительных узлов, повысит порог входа для узлов и снизит степень “децентрализации”.
• Решение два - это шардирование, которое разделяет блокчейн-реестр на несколько частей, при этом не каждый узел участвует в учете всех транзакций, а разные шардирования, то есть разные узлы, отвечают за разные записи, параллельные вычисления могут одновременно обрабатывать несколько транзакций; это может снизить вычислительную нагрузку на узлы и порог входа, повысить скорость обработки транзакций и уровень децентрализации; но это означает, что вся вычислительная мощность сети будет распределена, что снизит “безопасность” всей сети.

Изменение кода протокола основного сетевого уровня может привести к непредсказуемым негативным последствиям, так как любые незначительные уязвимости в безопасности на нижнем уровне могут серьезно угрожать безопасности всей сети, и сеть может быть вынуждена провести форк или прервать обновление для исправления.

2.2 вне блокчейна расширение

Основная концепция: решение для масштабирования, не изменяющее существующий протокол основной сети первого уровня.

вне блокчейна расширение решения можно дополнительно разделить на Layer2 и другие решения:

• Layer2: Государственные каналы, Плазма, Роллапсы ( Оптимистичные роллапсы, ZK роллапсы )
• Другие решения: Сайдчейны, Валиум

! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети

3.方案 вне блокчейна расширения

3.1 Государственные каналы

3.1.1 Обзор

Состояние канала предполагает, что пользователям необходимо взаимодействовать с основной сетью только при открытии, закрытии или разрешении споров, а взаимодействие между пользователями осуществляется вне блокчейна, что позволяет снизить временные и финансовые затраты пользователей на транзакции и реализовать неограниченное количество транзакций.

Статус-канал является простым P2P-протоколом, подходящим для “приложений, основанных на раундах”, например, для игры в шахматы на двоих. Каждый канал управляется многоподписным смарт-контрактом, работающим в основной сети, который контролирует активы, внесенные в канал, проверяет обновления статуса и разрешает споры между участниками ( на основе доказательства мошенничества с подписью и временной меткой ).

! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

3.1.2 Хронология

• 2015/02, Джозеф Пун и Таддеус Дрия опубликовали черновик белой книги по сети Lightning.
• В ноябре 2015 года Джефф Коулман впервые систематически изложил концепцию State Channel и предложил, что Payment Channel биткойна является подкатегорией концепции State Channel.
• 2016/01, Joseph Poon и Thaddeus Dryja официально опубликовали белую книгу «Сеть мгновенных платежей Bitcoin Lightning: масштабируемые вне блокчейна мгновенные платежи», в которой предложено решение для масштабирования сети Bitcoin - Payment Channel (, данное решение предназначено только для обработки переводов и платежей в сети Bitcoin.
• Ноябрь 2017 года, первая спецификация дизайна State Channel на основе фреймворка Payment Channel под названием Sprites была предложена.
• 2018/06, Counterfactual предложила очень подробный дизайн Обобщенных Каналов Состояния, это первый полностью связанный с состоянием каналов дизайн.
• В октябре 2018 года статья Generalised State Channel Networks представила концепции State Channel Networks и Virtual Channels.
• 2019/02, концепция состояния канала расширена до N-Party Channels, Nitro является первым протоколом, основанным на этой идее.
• 2019/10, Pisa расширила концепцию Watchtowers, чтобы решить проблему постоянного онлайн-режима для всех участников.
• 2020/03, Hydra предложила Быстрые Изоморфные Каналы.

! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(

)# 3.1.3 Технические принципы

Рабочий процесс каналов состояния:

1. Пользователь вносит средства в смарт-контракт на блокчейне и блокирует их, канал открывается.
2. Пользователь проводит сделки вне блокчейна, подтверждая каждую транзакцию с помощью подписи.
3. При необходимости закрыть канал, отправьте окончательное состояние на смарт-контракт в блокчейне.
4. Если возникнет спор, можно перейти в период оспаривания и представить доказательства.
5. Контракт возвращает средства пользователю в зависимости от окончательного состояния или результата вызова.

! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-815c5eb2bdba725e04eebe67b22d42aa.webp(

)# 3.1.4 Достоинства и недостатки

Преимущества:

• Мгновенное подтверждение
• Низкие комиссии
• Высокая конфиденциальность
• Высокая пропускная способность

Недостатки:

• Необходимо постоянное онлайн-мониторинг
• Невозможно справиться с массовым выходом
• Ограниченная ёмкость канала
• Низкая ликвидность
• Недостаток универсальности

! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-010d7309e0cc697da400d07e6948a16e.webp(

)# 3.1.5 Приложение

Биткойн-Лайтнинг-сеть:

• это канал малых платежей в сети Биткойн
• Создание торговой сети через вне блокчейна малые платежные каналы и посредников для решения проблемы масштабируемости сети Биткойн
• Теоретически можно обрабатывать миллион транзакций в секунду
• Экосистема постоянно развивается, приложения охватывают несколько категорий, включая платежи, кошельки, управление узлами и др.

Эфириум Лайтнинг Сеть:

• Канал малых платежей на основе Эфириума
• В настоящее время эта технология не получила широкого применения
• Команда преобразует Raiden Network, чтобы она работала на сети Rollup второго уровня Ethereum.

Сеть Celer:

• По сути, это сеть молний с добавленным уровнем стимулов
• Можно создавать быстрые, удобные, недорогие и безопасные Dapps на блокчейне с высокой частотой взаимодействия с использованием технологий вне блокчейна и стимулирующих экономических моделей.
• Запущен кросс-цепочный мост активов cBridge и другие продукты

! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a4480736fad06464a18b1727f6ab08fd.webp(

) 3.2 Сайдчейны

3.2.1 Обзор

Сайдчейн — это форма блокчейна, появившаяся для ускорения транзакций биткойна, которая может использовать более сложные контракты или улучшить механизм консенсуса ###, например, через PoS (, или параметры блока, чтобы сайдчейн соответствовал определенной функции. Результаты транзакций сайдчейна в конечном итоге записываются на стороне валидаторов при передаче обратно в основную цепь. Эта модель блокчейна не является новой формой блокчейна, а представляет собой инфраструктуру, прикрепленную к основной цепи и помогающую основной цепи решать проблемы.

! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-1de870028e6093bdc65cf457fae9fe5f.webp(

)# 3.2.2 Линия времени

• Январь 2012 года, концепция побочной цепи Биткойна была предложена в чате
• 2014/10, статья о побочных цепочках биткойна впервые опубликована: Симметрично привязанные и Ассиметрично привязанные
• 2017/04, в тестовой сети запущен побочный блокчейн POA Network на основе консенсуса Proof of Authentication Ethereum.
• 2017/10, Запуск сети Matic
• 2017/12, запущена основная сеть POA Network
• 2018/01, запуск тестовой сети Skales
• 2018/10, тестовая сеть xDai Chain запущена
• 06/2020, Запуск основной сети Skale
• 2020/06, основной сети Matic PoS Chain на базе Ethereum запущена
• 2021/02, бренд Matic Network был переименован в Polygon Network
• 2021/02, запустилась основная сеть Ronin, сайдчейн игры Axie Infinity
• 2021/12, xDai Chain объединилась с Gnosis Dao в Gnosis Chain
• 2022/03, POA Network объединился с Gnosis Chain

! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-779b8baeed69bf439a173ac56813cead.webp(

)# 3.2.3 Технические принципы

Два основных механизма побочной цепи:

1. Двусторонняя привязка ### Симметричная привязка (: Валидаторы основной цепи и побочной цепи в реальном времени фиксируют состояние друг друга. Когда токены основной цепи перемещаются на побочную цепь, это создает специальный вывод, который может разблокировать только валидатор побочной цепи.

2. Несогласованное якорение ) Ассиметричное привязывание (: Валидаторы побочной цепи контролируют деятельность основной цепи и могут активно фиксировать транзакции от основной цепи к побочной. Однако при переходе от побочной цепи к основной, основная цепь не может подтвердить состояние побочной цепи, необходимо внедрение механизма сертификаторов.

Простыми словами механизм побочной цепи:

• От основной цепи к побочной цепи: основная цепь блокирует активы, побочная цепь создает обернутый актив.
• Сайдчейн к основной цепи: сайдчейн уничтожает обернутый актив, основная цепь разблокирует актив

Безопасность активов в сайдчейне зависит от механизма консенсуса сайдчейна.

! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-1faa24d9c7da38a7eb8139e1dbfd0b48.webp(

)# 3.2.4 Достоинства и недостатки

Преимущества:

• Высокая степень настройки
• Активы главной цепочки можно использовать
• Не влияет на основную цепь
• Может реализовать сложные функции

Недостатки:

• безопасность ниже
• Низкий уровень децентрализации
• Распределенная ликвидность
• Недостаток нативных активов

! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-869d06f1266b024a04fe5267dea23e21.webp(

)# 3.2.5 Приложение

xDai теперь ### Gnosis Chain(:

• Токен $xDai привязан к $Dai в соотношении 1:1
• Использование механизмаConsensus PoSDAO
• Объединено с Gnosis

Многоугольник:

• Агрегатор решений по масштабированию Эфириума
• Предоставление Polygon PoS побочной цепи и различных решений Rollup
• Экосистема быстро развивается, имеет множество Dapp и пользователей

Ронин:

• Боковая цепь игры Axie Infinity
• Использование механизма консенсуса PoA
• Подвергался серьезной хакерской атаке

! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d8b974e2f3c984bbd6ccbc8576953d75.webp(

) 3.3 Плазма

3.3.1 Обзор

Plasma — это фреймворк для создания масштабируемых Dapp. Он появился как эволюционное решение для побочных цепей, направленное на минимизацию доверия пользователей к операторам побочных цепей.