Детальний розгляд рішення для розширення поза блокчейном: від State Channels до рішень Layer2

Поза блокчейном розширення Глибина аналізу

1. Необхідність розширення

Майбутнє блокчейну полягає в досягненні децентралізації, безпеки та масштабованості. Але зазвичай можливо досягти лише двох із цих трьох, що називається «непередбачуваним трикутником» блокчейну. Протягом багатьох років люди досліджували, як підвищити пропускну здатність та швидкість транзакцій блокчейну, гарантуючи децентралізацію та безпеку, тобто вирішуючи питання масштабування.

Децентралізація, безпека та масштабованість блокчейну визначаються наступним чином:

  • Децентралізація: будь-хто може стати вузлом для участі в виробництві та верифікації блокчейн-системи, чим більше вузлів, тим вищий рівень децентралізації.

  • Безпека: Чим вищі витрати на отримання контролю над системою блокчейна, тим вища безпека, і ланцюг може протистояти атакам з боку більшої частини учасників.

  • Масштабованість: здатність блокчейну обробляти велику кількість транзакцій.

! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз офчейн-експансії

Перше значне жорстке відгалуження мережі біткоїнів виникло через проблему розширення. З ростом кількості користувачів та обсягу транзакцій, мережа біткоїнів з обмеженням у 1 МБ на блок почала стикатися з заторами. З 2015 року в біткоїн-спільноті виникли розбіжності щодо проблеми розширення: одна сторона підтримувала збільшення блоку, інша вважала, що слід використовувати рішення Segwit для оптимізації структури основного ланцюга. 1 серпня 2017 року сторона, що підтримувала розширення блоку, самостійно розробила клієнтську систему з максимальною величиною блоку в 8 МБ, що призвело до першого значного жорсткого відгалуження в історії біткоїнів, одночасно виникнувши новий вид монет BCH.

Мережею Ethereum також було обрано пожертвувати частиною масштабованості, щоб забезпечити безпеку та децентралізацію мережі. Хоча Ethereum не обмежує обсяг транзакцій, як це робить Bitcoin, обмежуючи розмір блоку, а натомість опосередковано встановлює верхню межу на паливні витрати для одного блоку, мета однакова – досягти Trustless Consensus та забезпечити широке розповсюдження вузлів.

Від CryptoKitties у 2017 році, літа DeFi, до пізніших застосувань GameFi та NFT, що виникають поза блокчейном, ринок постійно зростає в потребах до пропускної здатності, але навіть Ethereum, який є Turing-повним, може обробляти лише 15~45 транзакцій на секунду (TPS). Це призводить до постійного зростання витрат на транзакції, часу розрахунку, більшість Dapps важко витримати витрати на експлуатацію, вся мережа стає повільною та дорогою для користувачів, проблема масштабування блокчейна потребує термінового вирішення. Ідеальне рішення для масштабування: підвищити швидкість транзакцій та пропускну здатність мережі блокчейн без шкоди для децентралізації та безпеки.

2. Категорії планів розширення

Ми розділили плани розширення на дві основні категорії: розширення на базі блокчейну та поза блокчейном, керуючись критерієм "чи змінюється основна мережа".

2.1 Розширення на ланцюгу

Основна концепція: рішення для розширення шляхом зміни одного рівня протоколу основної мережі, нинішнє основне рішення – це шардінг.

Існує кілька варіантів розширення поза блокчейном, у цій статті не буде розгорнуто, лише коротко наведено два:

  • Варіант перший - розширити простір блоків, збільшити кількість транзакцій, що упаковуються в кожен блок, але це підвищить вимоги до обладнання високопродуктивних вузлів, підвищить бар'єри для приєднання вузлів, зменшить ступінь "децентралізації".

  • Варіант два - це шардінг, який розділяє бухгалтерську книгу блокчейну на кілька частин, де різні шардінги, тобто різні вузли, відповідають за різне ведення обліку, а паралельні обчислення можуть одночасно обробляти кілька транзакцій; це може знизити навантаження на обчислення вузлів та бар'єри для приєднання, підвищуючи швидкість обробки транзакцій і рівень децентралізації; але це означає, що загальна обчислювальна потужність мережі розподіляється, що знижує "безпеку" всієї мережі.

Зміна коду основного протоколу мережі може викликати непередбачувані негативні наслідки, оскільки будь-яка незначна вразливість безпеки на нижньому рівні може серйозно загрожувати безпеці всієї мережі, і мережа може бути змушена здійснити форк або перервати ремонтне оновлення.

2.2 поза блокчейном розширення

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

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

  • Layer2: Державні канали, Плазма, Роллапи ( Оптимістичні Роллапи та ZK Роллапи )

  • Інше: Бічні ланцюги, Validium

万字Глибина研报:повне解析поза блокчейном扩容

3. поза блокчейном розширення

3.1 Державні канали

3.1.1 Огляд

Статевий канал передбачає, що користувачам потрібно взаємодіяти з основною мережею лише під час відкриття, закриття або вирішення суперечок, а взаємодії між користувачами відбуваються поза блокчейном, що дозволяє знизити час і витрати на транзакції, а також забезпечити необмежену кількість транзакцій.

Статевий канал є простим P2P-протоколом, який підходить для "додатків на основі раундів", таких як гра в шахи для двох осіб. Кожен канал управляється багатопідписним смарт-контрактом, що працює в основній мережі, який контролює активи, внесені в канал, перевіряє оновлення стану та арбітражить спори між учасниками. Після розгортання контракту на блокчейн-мережі учасники вносять кошти та блокують їх, після підтвердження підписом обох сторін канал офіційно відкривається. Канал дозволяє учасникам здійснювати необмежену кількість безкоштовних транзакцій поза блокчейном (, якщо чиста вартість переказу не перевищує загальну суму внесених токенів ). Учасники по черзі надсилають оновлення стану один одному, чекаючи підтвердження підписом з боку іншого учасника. Як тільки інший учасник підтверджує підписом, це оновлення стану вважається завершеним. У нормальних умовах оновлення стану, погоджені сторонами, не завантажуються в основну мережу, тільки у випадку виникнення суперечок або закриття каналу буде покладатися на підтвердження основної мережі. Коли потрібно закрити канал, будь-який учасник може подати запит на транзакцію в основній мережі, якщо запит на вихід отримав одностайну схвалення підписів, то на ланцюгу негайно виконується, тобто смарт-контракт розподіляє залишкові заблоковані кошти відповідно до залишків кожного учасника за остаточним станом каналу; якщо інші учасники не схвалили підписом, то всім потрібно чекати закінчення "періоду виклику", щоб отримати залишкові кошти.

Отже, рішення з каналу стану може значно зменшити обсяг обчислень у основній мережі, підвищити швидкість транзакцій та знизити витрати на транзакції.

3.1.2 Хронологія

  • 2015/02, Джозеф Пун і Таддеус Дріджа опублікували чернетку білого паперу про мережу Lightning.

  • 2015/11, Джефф Коулман вперше системно підсумував концепцію State Channel, запропонувавши, що Payment Channel біткойна 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 було запропоновано рішення для масштабування біткойн-мережі - Payment Channel (, яке призначене лише для обробки платежів у біткойн-мережі.

  • 2017/11, перша специфікація дизайну State Channel на основі фреймворку Payment Channel, відома як Sprites, була запропонована.

  • 2018/06, Counterfactual запропонував детальний дизайн Generalized State Channels, це перший повністю пов'язаний з каналами стану дизайн.

  • У жовтні 2018 року в статті «Узагальнені державні мережі каналів» була запропонована концепція мереж державних каналів і віртуальних каналів.

  • 2019/02, концепція каналів стану була розширена до N-Party Channels, Nitro є першим протоколом, створеним на основі цієї ідеї.

  • 2019/10, Pisa розширила концепцію Watchtowers, щоб вирішити питання постійного онлайн-статусу всіх учасників.

  • 2020/03, Hydra запропонувала Швидкі ізоморфні канали.

)# 3.1.3 Технічні принципи

Традиційний робочий процес на ланцюзі: Аліса і Боб взаємодіють із смарт-контрактом, розгорнутим в основній мережі, користувачі змінюють стан смарт-контракту, надсилаючи транзакції на ланцюг. Недолік полягає в тому, що це може призвести до проблем з часом і витратами.

Загальний робочий процес, якому слідують більшість протоколів каналів стану:

  1. Аліса та Боб вносять кошти з особистої EOA на адрес контракту поза блокчейном, ці кошти блокуються в контракті, поки канал не закриється, після чого вони повертаються користувачеві; після підтвердження підписами між ними статус каналу офіційно відкривається.

  2. Аліса та Боб теоретично можуть здійснювати необмежену кількість транзакцій поза блокчейном через цей канал, учасники спілкуються між собою за допомогою зашифрованих підписаних повідомлень. Обидва користувачі повинні підписувати кожну транзакцію, щоб запобігти подвійним витратам. Через ці повідомлення вони пропонують оновлення стану своїх рахунків і приймають запропоновані оновлення стану від іншого.

  3. Якщо Аліса хоче закрити канал і завершити угоду з Бобом, Аліса повинна подати остаточний стан свого рахунку до контракту. Якщо Боб підпише та схвалить, контракт звільнить заблоковані кошти та поверне їх відповідному користувачу на основі остаточного стану. Якщо Боб не відповість на підпис, контракт звільнить заблоковані кошти та поверне їх відповідному користувачу після закінчення періоду оскарження.

! [Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ead28de03be9fc22dcfe3f679ee36bc5.webp(

Процес роботи каналу стану в песимістичному випадку: спочатку два учасники вносять кошти, а потім починають обмінюватися оновленнями стану. Припустимо, в певний момент часу Боб не відповідає на підписане оновлення стану від Аліси під час свого ходу, в цей момент Аліса може ініціювати виклик, подавши до контракту своє останнє дійсне стан, яке також містить підпис Боба, щоб довести, що остання транзакція вже отримала схвалення Боба, а останній стан вже отримав підтвердження від Боба. Потім контракт дозволяє Бобу протягом певного часу реагувати, подавши наступний стан до контракту; якщо Боб відповідає, обидва можуть продовжувати торгівлю в каналі стану; якщо Боб не відповідає в цей період часу, контракт автоматично закриває канал стану та повертає кошти Алісі.

)# 3.1.4 Плюси та мінуси

Переваги:

  • Миттєвість: торгівля майже завершена миттєво.
  • Висока пропускна здатність: теоретично може безмежно розширюватися
  • Низька вартість: поза блокчейном交易 майже немає витрат
  • Приватність: взаємодія з блокчейном потрібна лише під час відкриття та закриття каналу

Недоліки:

  • Низька ефективність капіталу: потрібно блокувати кошти
  • Онлайн вимоги: учасники повинні бути постійно онлайн
  • Обмежені сценарії застосування: більше підходить для частих взаємодій між фіксованими учасниками
  • Складність закриття каналів та вирішення суперечок
  • Проблема ліквідності мережі каналів

3.1.5 Застосування

Біткоїн-мережа блискавки:

Огляд: Мережа Lightning є каналом малих платежів в мережі Bitcoin, а її загальна еволюція технології пройшла шлях: 2/2 багатопідписне створення одностороннього платіжного каналу, після додавання RSMC можна створити двосторонній платіжний канал, а потім, після додавання HTLC, можна підключити платіжні канали для розширення до багатоплатежів, врешті-решт створивши платіжну мережу, тобто мережу Lightning. Завдяки позаблокчейновим малим платіжним каналам, а потім за допомогою посередників формується торгова мережа, що може вирішити проблему масштабування мережі Bitcoin. Загальне використання мережі Lightning дотримується процесу "депозит ### створення каналу ( → транзакція в мережі Lightning ) оновлення стану каналу ( → повернення/розрахунок ) закриття каналу ("; теоретично мережа Lightning може обробляти один мільйон транзакцій на секунду.

Часова лінія:

  • У лютому 2015 року Джозеф Пун і Таддеус Дріджа опублікували чернетку білого паперу про мережу Lightning.
  • У січні 2016 року опубліковано офіційну версію білого документа та засновано Lightning Labs
  • 15 березня 2018 року компанія Lightning Labs випустила першу версію основної мережі Lightning Network LND 0.4
  • На початку 2021 року публічна ємність мережі Lightning )TVL( становила лише близько 40 мільйонів доларів, і приблизно 100 тисяч користувачів користувалися нею.
  • У червні 2021 року Сальвадор оголосив про прийняття біткоїна як законного платіжного засобу, у вересні було випущено гаманець Chivo на базі мережі Lightning.
  • У 2022 році Cash App та 26 платформ для торгівлі криптовалютами, включаючи OKX, Kraken, Bitfinex, оголосили про підтримку мережі Lightning.
  • Жовтень 2022 року, Lightning Labs випустила новий протокол Taro protocol)alpha версії(, заснований на Taproot, який наразі тестується в тестовій мережі.
  • 23 листопада 2022 року в мережі Lightning було 76 236 платіжних каналів, кошти в каналах 5049 $BTC)$81.8M(

Екологічний розвиток: Екосистема BTC Lightning Network від нижчого до вищого виглядає так: базовий рівень BTC мережі---основна інфраструктура---різноманітні Dapps.

Основна інфраструктура включає:

  • Рішення для мережі Lightning: особи та підприємства можуть запускати та підключатися до програмного забезпечення мережі Lightning, найбільшу частку ринку займає Lightning Labs.
  • Вузли та послуги ліквідності: оскільки користувачам складно самостійно запускати свої вузли, потрібно надати більш зручний інтерфейс для користувачів, щоб допомогти в управлінні каналами миттєвих платежів.

Основна інфраструктура підтримує різні платіжні та фінансові послуги, а також програми, такі як Strike, яка базується на рішенні LND, що дозволяє користувачам купувати та продавати BTC, використовувати BTC для винагороди творців на Twitter та дозволяти торговцям Shopify приймати BTC.

Станом на листопад 2022 року,

BTC0.75%
Переглянути оригінал
Ця сторінка може містити контент третіх осіб, який надається виключно в інформаційних цілях (не в якості запевнень/гарантій) і не повинен розглядатися як схвалення його поглядів компанією Gate, а також як фінансова або професійна консультація. Див. Застереження для отримання детальної інформації.
  • Нагородити
  • 5
  • Поділіться
Прокоментувати
0/400
CryptoWageSlavevip
· 08-05 15:53
Розширення вже на порозі
Переглянути оригіналвідповісти на0
ConsensusBotvip
· 08-05 15:52
Дорога до розширення ще дуже далека.
Переглянути оригіналвідповісти на0
CryptoGoldminevip
· 08-05 15:52
Консенсус вартість повного оцінювання
Переглянути оригіналвідповісти на0
GigaBrainAnonvip
· 08-05 15:44
Трикутна проблема важко вирішити
Переглянути оригіналвідповісти на0
MeltdownSurvivalistvip
· 08-05 15:42
Трикутник все ще триває
Переглянути оригіналвідповісти на0
  • Закріпити