поза блокчейном розширення Глибина аналізу

Автори: Еллейн Сюй, Хетті Цзян, Джун Ван, Уолон Лін, Іліу Лін

1. Необхідність розширення

Проблема неможливого трикутника, з якою стикається блокчейн: децентралізація, безпека та масштабованість важко задовольнити одночасно. Однією з гарячих тем розвитку блокчейну є те, як підвищити пропускну здатність і швидкість транзакцій блокчейну за умови забезпечення децентралізації та безпеки, тобто вирішення проблеми масштабування.

Визначення децентралізації, безпеки та масштабованості блокчейну:

• Децентралізація: чим більше вузлів, тим вищий рівень децентралізації, мережа не підлягає контролю з боку невеликих груп.
• Безпека: Чим вищі витрати на отримання контролю над блокчейн-системою, тим вища безпека, здатна протистояти атакам значної частини учасників.
• Масштабованість: здатність блокчейну обробляти велику кількість транзакцій.

Перше значне жорстке розгалуження мережі біткоїн виникло через проблему масштабування. 1 серпня 2017 року, Bitcoin ABC самостійно розробив клієнтську систему з блоками обсягом 8MB, що призвело до першого значного жорсткого розгалуження в історії біткоїн, внаслідок чого з’явилася нова монета BCH.

Мережа Ethereum обмежує обсяг транзакцій, встановлюючи максимальну плату за паливо для одного блоку, щоб досягти бездоверчого консенсусу та забезпечити широкий розподіл вузлів. Зростання застосувань на ланцюгу викликало зростаючий попит на пропускну спроможність, але Ethereum може обробляти лише 15-45 транзакцій на секунду, що призводить до зростання витрат на транзакції, подовження часу розрахунків, а більшості Dapps важко витримати витрати на експлуатацію, мережа стає повільною та дорогою, проблема масштабування блокчейна потребує термінового вирішення.

2. Категорії планів розширення

Згідно з критерієм “чи змінюється основна мережа”, розділіть плани розширення на дві основні категорії: розширення на базі блокчейну та поза блокчейном.

2.1 розширення в ланцюгу

Основна концепція: рішення, що досягає ефекту масштабування шляхом зміни одного з основних протоколів мережі, в даний час основним рішенням є шардінг.

Розширення поза блокчейном має кілька варіантів, у цій статті не буде розглянуто детально, нижче коротко наведено два варіанти:

• Варіант перший полягає в розширенні простору блоків, тобто у збільшенні кількості транзакцій, які упаковуються в кожен блок, але це підвищить вимоги до обладнання високопродуктивних вузлів, підвищить бар’єри для приєднання вузлів, зменшивши рівень “децентралізації”.
• Варіант два - це шардінг, який розділяє блокчейн-реєстр на кілька частин, не дозволяючи кожному вузлу брати участь у всіх записах, а різні шардінги, тобто різні вузли, відповідають за різні записи. Паралельні обчислення можуть обробляти кілька транзакцій одночасно; це знижує обчислювальне навантаження на вузли та бар’єри входження, підвищуючи швидкість обробки транзакцій та рівень децентралізації; але це означає, що обчислювальна потужність усієї мережі розподіляється, що знижує “безпеку” всієї мережі.

Зміна коду протоколу основної мережі може призвести до непередбачуваних негативних наслідків, оскільки будь-яка незначна уразливість безпеки на базовому рівні серйозно загрожуватиме безпеці всієї мережі; мережа може бути змушена здійснити форк або перервати ремонтне оновлення.

2.2 поза блокчейном розширення

Основна концепція: рішення для розширення, яке не змінює існуючий протокол основної мережі першого рівня.

поза блокчейном рішення для масштабування можна далі поділити на Layer2 та інші рішення:

• Layer2: Державні канали, Плазма, Роллапи( Оптимістичні Роллапи, ZK Роллапи)
• Інші рішення: Бокові ланцюги, Validium

3. Поза блокчейном розширення方案

3.1 Державні канали

3.1.1 Резюме

Статевий канал передбачає, що користувачі повинні взаємодіяти з основною мережею лише під час відкриття, закриття або вирішення суперечок, а взаємодію між користувачами виконують поза блокчейном, щоб зменшити час і фінансові витрати на транзакції, а також забезпечити необмежену кількість транзакцій.

Статеві канали – це простий P2P протокол, який підходить для “застосунків на основі раундів”, наприклад, для гри в шахи між двома гравцями. Кожен канал управляється мультипідписним смарт-контрактом, що працює в основній мережі, який контролює активи, що зберігаються в каналі, перевіряє оновлення статусу та арбітрує спори між учасниками ( на основі доказів шахрайства з підписом та часовою міткою ).

3.1.2 Часова лінія

• 2015/02, Джозеф Пун і Таддеус Дріджа опублікували чернетку білого паперу про мережу Lightning.
• 2015/11, Джефф Коулман вперше систематично узагальнив концепцію State Channel і запропонував, що Payment Channel біткоїна є підвипадком концепції State Channel.
• 2016/01, Joseph Poon та Thaddeus Dryja офіційно опублікували білу книгу «The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments», в якій представили рішення для масштабування біткойн-мережі – Payment Channel(, яке використовується лише для обробки платежів у мережі біткойн.
• 2017/11, перша специфікація дизайну State Channel на основі фреймворку Payment Channel, відома як Sprites, була запропонована.
• 2018/06, Counterfactual запропонував дуже детальний дизайн Генералізованих Станових Каналів, це перший повністю пов’язаний із станом каналів дизайн.
• У жовтні 2018 року в статті «Узагальнені державні мережі каналів» була запропонована концепція мереж державних каналів і віртуальних каналів.
• 2019/02, концепція статус-каналів була розширена до N-Party Channels, Nitro є першим протоколом, побудованим на цій ідеї.
• 2019/10, Pisa для вирішення питання необхідності постійного онлайн-режиму для всіх учасників розширила концепцію Watchtowers.
• 2020/03, Hydra запропонувала Швидкі ізоморфні канали.

![Тисячослівний звіт про глибину: всебічний аналіз розширення поза блокчейном])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(

)# 3.1.3 Технічні принципи

Робочий процес каналу стану:

1. Користувач вносить кошти в смарт-контракт на блокчейні та блокує їх, канал відкрито.
2. Користувач проводить транзакції поза блокчейном, підтверджуючи кожну транзакцію підписом.
3. Під час закриття каналу необхідно надіслати остаточний стан до смарт-контракту на блокчейні.
4. Якщо є спір, можна перейти до періоду оскарження, подати докази.
5. Контракт повертає кошти користувачу відповідно до остаточного стану або результату виклику.

! [Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-815c5eb2bdba725e04eebe67b22d42aa.webp(

)# 3.1.4 Плюси та мінуси

Переваги:

• Миттєве підтвердження
• Низькі комісії
• Висока конфіденційність
• Висока пропускна здатність

Недоліки:

• Потрібен постійний моніторинг онлайн
• Не може впоратися з масовим виходом
• Обмежена ємність каналу
• Низька ліквідність
• Відсутність універсальності

! [Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз офчейн-експансії]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-010d7309e0cc697da400d07e6948a16e.webp(

)# 3.1.5 Застосування

Біткоїн-мережа Lightning:

• Це канал для невеликих платежів у мережі біткоїн
• Через поза блокчейном канали малих платежів і посередників утворюється торгова мережа, що вирішує проблему масштабування мережі біткойнів.
• Теоретично можна обробляти один мільйон транзакцій на секунду
• Екосистема постійно розвивається, застосування охоплює кілька категорій, включаючи платежі, гаманці, управління вузлами тощо.

Ефірний штормовий мережа:

• Канал малих платежів на основі Ethereum
• Наразі ця технологія не отримала широкого вживання
• Команда модифікує Raiden Network, щоб він працював на мережі Ethereum Layer2 Rollup

Мережа Celer:

• По суті, це мережа блискавки, яка отримала додатковий шар стимулювання.
• Можна побудувати швидкі, зручні, низьковартісні та безпечні Dapps на базі блокчейну типу високочастотних взаємодій за допомогою технології розширення поза блокчейном та стимулюючих економічних моделей.
• Було випущено крос-ланцюговий активний міст cBridge та інші продукти

! [Звіт про глибоке дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a4480736fad06464a18b1727f6ab08fd.webp(

) 3.2 Бічні ланцюги

3.2.1 Загальний огляд

Боковий ланцюг - це форма блокчейну, що виникла для прискорення транзакцій біткоїнів, яка може використовувати більш складні контракти або покращувати механізм консенсусу ###, як PoS (, або параметри блоку, щоб боковий ланцюг відповідав певним функціям. Результати транзакцій бокового ланцюга в кінцевому підсумку записуються на стороні валідаторів, коли вони передаються назад до основного ланцюга. Ця модель блокчейну не є новою формою блокчейну, а є інфраструктурою, що прикріплюється до основного ланцюга та допомагає основному ланцюгу вирішувати проблеми.

! [Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-1de870028e6093bdc65cf457fae9fe5f.webp(

)# 3.2.2 Таймлайн

• 2012/01, концепція бічної ланцюга біткоїна була запропонована в чаті
• 2014/10, вперше опубліковано статтю про біткойн-сторони: Симетричний та асиметричний пегі.
• 2017/04, тестова мережа побічної ланцюга POA Network, що базується на консенсусі Proof of Authentication на базі Ethereum
• 2017/10, запущено Matic Network
• 2017/12, запуск основної мережі POA Network
• 2018/01, запущено тестову мережу Skales
• 2018/10, запуск тестової мережі xDai Chain
• 2020/06, запущено основну мережу Skale
• 2020/06, основна мережа Matic PoS Chain на стороні Ethereum запущена
• 2021/02, бренд Matic Network був перейменований на Polygon Network
• 2021/02, запущено основну мережу Ronin, бічну мережу гри Axie Infinity
• 2021/12, xDai Chain об’єдналася з Gnosis Dao і утворила Gnosis Chain
• 2022/03, POA Network об’єднується з Gnosis Chain

! [Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-779b8baeed69bf439a173ac56813cead.webp(

)# 3.2.3 Технічні принципи

Два основних механізми бічного ланцюга:

1. Двостороннє закріплення ### Симетричне закріплення (: Валідатори основного ланцюга та побічного ланцюга в реальному часі фіксують стан один одного. Коли токен основного ланцюга переміщається на побічний ланцюг, генерується спеціальний вихід, який може бути розблокований лише валідаторами побічного ланцюга.

2. Несинхронізоване якорення ) Асиметричне прив’язування (: Валідатори побічного ланцюга моніторять активність основного ланцюга, можуть активно фіксувати транзакції з основного ланцюга на побічний. Але коли йдеться про транзакції з побічного ланцюга на основний, основний ланцюг не може підтвердити стан побічного ланцюга, тому необхідно ввести механізм сертифікаторів.

Простіше кажучи, механізм бічного ланцюга:

• Основна ланка до бічної ланки: основна ланка блокує активи, бічна ланка генерує обгорнуті активи
• Бічний ланцюг до головного ланцюга: бічний ланцюг знищує обгорнуті активи, головний ланцюг розблоковує активи

Безпека активів на побічному ланцюгу залежить від механізму консенсусу побічного ланцюга.

! [Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-1faa24d9c7da38a7eb8139e1dbfd0b48.webp(

)# 3.2.4 Плюси та мінуси

Переваги:

• Висока налаштовуваність
• Активи головного ланцюга можуть використовуватись
• Не впливає на основний ланцюг
• Можна реалізувати складні функції

Недоліки:

• безпечність нижча
• Низький рівень децентралізації
• Диверсифікація ліквідності
• Відсутність рідних активів

! [Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз офчейн-експансії]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-869d06f1266b024a04fe5267dea23e21.webp(

)# 3.2.5 Застосування

xDai тепер ### Gnosis Chain(:

• Токен $xDai закріплений 1:1 до $Dai
• Використання механізму консенсусу PoSDAO
• Об’єднано з Gnosis

Багатокутник:

• Агрегатор рішень для масштабування Ethereum
• Забезпечення Polygon PoS побічної лінії та різних рішень Rollup
• Екосистема швидко розвивається, має велику кількість Dapp та користувачів

Ронін:

• Бічний ланцюг гри Axie Infinity
• Використання механізму консенсусу PoA
• Зазнав серйозних хакерських атак

![Ван字 Глибина дослідження: всебічний аналіз поза блокчейном])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d8b974e2f3c984bbd6ccbc8576953d75.webp(

) 3.3 Плазма

3.3.1 Огляд

Plasma є фреймворком для створення масштабованих Dapp. Він з’явився як еволюційне рішення для побічних ланцюгів, з метою зменшити довіру користувачів до операторів побічних ланцюгів до мінімуму.