Analisis Kedalaman Ekspansi off-chain

1. Kebutuhan untuk Memperluas Kapasitas

Visi masa depan blockchain adalah desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas, tetapi biasanya hanya dua dari tiga yang dapat dicapai, ini dikenal sebagai masalah segitiga ketidakmungkinan blockchain. Selama bertahun-tahun, orang telah menjelajahi bagaimana meningkatkan throughput dan kecepatan transaksi blockchain sambil menjamin desentralisasi dan keamanan, yaitu menyelesaikan masalah skalabilitas, yang menjadi salah satu topik hangat dalam proses pengembangan blockchain saat ini.

Desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas blockchain didefinisikan sebagai berikut:

• Desentralisasi: Siapa pun dapat menjadi node untuk berpartisipasi dalam produksi dan verifikasi sistem blockchain, semakin banyak jumlah node, semakin tinggi tingkat desentralisasi, sehingga memastikan jaringan tidak berada di bawah kontrol sekelompok kecil.

• Keamanan: Semakin tinggi biaya yang dikeluarkan untuk menguasai sistem blockchain, semakin tinggi keamanannya, dan rantai dapat menahan serangan dari proporsi peserta yang lebih besar.

• Skalabilitas: Kemampuan blockchain untuk memproses sejumlah besar transaksi.

Forking besar pertama di jaringan Bitcoin berasal dari masalah skalabilitas. Seiring meningkatnya jumlah pengguna dan volume transaksi, jaringan Bitcoin dengan batas blok 1MB mulai menghadapi kemacetan; sejak 2015, komunitas Bitcoin telah memiliki perbedaan pendapat tentang masalah skalabilitas, satu pihak mendukung perluasan blok, sementara pihak lain mendukung penggunaan solusi Segwit untuk mengoptimalkan struktur rantai utama. Pada 1 Agustus 2017, pihak yang mendukung perluasan blok mengembangkan sistem klien blok 8MB yang mulai beroperasi, yang mengakibatkan fork besar pertama dalam sejarah Bitcoin, melahirkan jenis koin baru BCH.

Jaringan Ethereum juga memilih untuk mengorbankan sebagian dari skalabilitas untuk menjaga keamanan dan desentralisasi jaringan. Meskipun Ethereum tidak membatasi ukuran blok seperti Bitcoin, tetapi menetapkan batas atas untuk biaya bahan bakar yang dapat ditampung dalam satu blok, tujuannya adalah untuk mencapai konsensus tanpa kepercayaan dan memastikan penyebaran node yang luas.

Dari CryptoKitties pada tahun 2017, musim DeFi, hingga munculnya aplikasi on-chain seperti GameFi dan NFT, permintaan pasar terhadap kedalaman terus meningkat, tetapi Ethereum masih hanya dapat memproses 15-45 transaksi per detik. Ini mengakibatkan peningkatan biaya transaksi, waktu penyelesaian yang lebih lama, dan sebagian besar DApps sulit untuk menanggung biaya operasional, seluruh jaringan menjadi lambat dan mahal, masalah perluasan blockchain sangat mendesak untuk diselesaikan. Solusi perluasan yang ideal adalah: meningkatkan kecepatan transaksi dan kedalaman jaringan blockchain sebanyak mungkin tanpa mengorbankan desentralisasi dan keamanan.

2. Kategori Rencana Peningkatan Kapasitas

Kami membagi rencana skalabilitas menjadi dua kategori besar: skalabilitas on-chain dan skalabilitas off-chain, berdasarkan standar "apakah ada perubahan pada lapisan utama jaringan."

2.1 Perluasan on-chain

Konsep inti: solusi untuk mencapai efek peningkatan kapasitas dengan mengubah satu lapisan protokol jaringan utama, saat ini solusi utama adalah sharding.

Ada berbagai solusi untuk skalabilitas on-chain, artikel ini tidak akan membahasnya secara mendalam, hanya akan mencantumkan dua di antaranya:

• Rencana pertama adalah memperluas ruang blok, yaitu meningkatkan jumlah transaksi yang dikemas dalam setiap blok, tetapi ini akan meningkatkan persyaratan untuk perangkat node berkinerja tinggi, meningkatkan ambang batas untuk bergabungnya node, dan mengurangi tingkat "desentralisasi".

• Solusi kedua adalah sharding, membagi buku besar blockchain menjadi beberapa bagian, bukan setiap node yang berpartisipasi dalam semua pencatatan, tetapi berbeda sharding yaitu node yang berbeda bertanggung jawab untuk pencatatan yang berbeda, perhitungan paralel dapat menangani beberapa transaksi secara bersamaan; dengan cara ini dapat mengurangi tekanan perhitungan pada node dan ambang batas untuk bergabung, meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi dan tingkat desentralisasi; tetapi ini berarti kekuatan komputasi di seluruh jaringan terdistribusi, yang akan mengurangi "keamanan" seluruh jaringan.

Mengubah kode protokol mainnet lapisan satu dapat memiliki dampak negatif yang sulit diprediksi, karena setiap celah keamanan kecil yang mendasari dapat mengancam keamanan seluruh jaringan secara serius, dan jaringan mungkin terpaksa melakukan pemisahan atau menghentikan perbaikan pembaruan.

2.2 off-chain ekspansi

Konsep inti: solusi perluasan yang tidak mengubah protokol jaringan utama lapisan satu yang ada.

Solusi skalabilitas off-chain dapat dibagi lagi menjadi Layer2 dan solusi lainnya:

• Layer2: jaringan lapisan kedua yang dibangun di atas rantai utama, termasuk State Channels, Plasma, Rollups, dan lain-lain
• Solusi lain: Sidechains, Validium, dll

3. Rencana perluasan off-chain

3.1 Saluran Negara

3.1.1 Ringkasan

Saluran status menetapkan bahwa pengguna hanya perlu berinteraksi dengan jaringan utama saat saluran dibuka, ditutup, atau menyelesaikan sengketa, dengan interaksi antar pengguna dilakukan off-chain, untuk mengurangi waktu dan biaya transaksi, serta memungkinkan jumlah transaksi tidak terbatas.

Saluran status adalah protokol P2P sederhana yang cocok untuk "aplikasi berbasis giliran", seperti permainan catur dua orang. Setiap saluran dikelola oleh kontrak pintar multi-tanda tangan yang berjalan di jaringan utama, yang mengontrol aset yang disimpan dalam saluran, memverifikasi pembaruan status, dan mengadili sengketa antara para peserta. Setelah kontrak diterapkan di jaringan, peserta menyetor dana dan menguncinya, dan setelah keduanya menandatangani untuk mengonfirmasi, saluran secara resmi dibuka. Saluran memungkinkan peserta untuk melakukan transaksi off-chain gratis tanpa batasan jumlah selama nilai transfer bersih tidak melebihi total yang disetor. Peserta secara bergantian mengirim pembaruan status kepada satu sama lain, menunggu konfirmasi tanda tangan dari pihak lain. Begitu pihak lain memberikan konfirmasi tanda tangan, pembaruan status ini dianggap selesai. Dalam keadaan normal, pembaruan status yang disepakati oleh kedua belah pihak tidak diunggah ke jaringan utama, hanya jika terjadi sengketa atau penutupan saluran, baru akan bergantung pada konfirmasi jaringan utama. Ketika perlu menutup saluran, salah satu peserta dapat mengajukan permintaan transaksi di jaringan utama, jika mendapatkan persetujuan tanda tangan dari semua orang, maka akan dieksekusi segera di on-chain; jika peserta lain tidak memberikan persetujuan tanda tangan, maka semua orang harus menunggu "periode tantangan" berakhir sebelum menerima sisa dana.

Dengan demikian, solusi saluran status dapat secara signifikan mengurangi beban komputasi jaringan utama, meningkatkan kecepatan transaksi, dan menurunkan biaya transaksi.

(# 3.1.2 Garis Waktu

• 2015/02, Joseph Poon dan Thaddeus Dryja menerbitkan draf whitepaper jaringan Lightning.
• 2015/11, Jeff Coleman pertama kali secara sistematis merangkum konsep State Channel, mengusulkan bahwa Payment Channel di Bitcoin adalah sub-kasus dari State Channel.
• 2016/01, Joseph Poon dan Thaddeus Dryja secara resmi menerbitkan makalah berjudul "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments" yang mengusulkan solusi skalabilitas untuk jaringan Bitcoin, Payment Channel ) saluran pembayaran ###, solusi ini hanya digunakan untuk memproses pembayaran transfer di jaringan Bitcoin.
• 2017/11, spesifikasi desain State Channel pertama yang didasarkan pada kerangka Payment Channel, Sprites, diajukan.
• 2018/06, Counterfactual mengajukan desain Generalized State Channels yang rinci, ini adalah desain pertama yang sepenuhnya terkait dengan saluran status.
• 2018/10, artikel Generalised State Channel Networks memperkenalkan konsep State Channel Networks dan Virtual Channels.
• 2019/02, konsep saluran status diperluas menjadi N-Party Channels, Nitro adalah protokol pertama yang dibangun berdasarkan ide tersebut.
• 2019/10, Pisa untuk menyelesaikan masalah semua peserta yang perlu terus online, memperluas konsep Watchtowers.
• 2020/03, Hydra mengajukan Fast Isomorphic Channels.

(# 3.1.3 Prinsip Teknologi

Alur kerja umum dari saluran status adalah sebagai berikut:

1. Alice dan Bob menyetor dana dari EOA pribadi mereka ke alamat kontrak on-chain, dana ini terkunci di dalam kontrak sampai saluran ditutup dan dikembalikan kepada pengguna; setelah konfirmasi tanda tangan dari keduanya, saluran status di antara mereka resmi dibuka.

2. Alice dan Bob dapat melakukan transaksi tanpa batas di off-chain, peserta berkomunikasi satu sama lain melalui pesan tanda tangan terenkripsi ) alih-alih berkomunikasi dengan jaringan blockchain ###. Kedua belah pihak perlu menandatangani setiap transaksi untuk mencegah penipuan ganda. Melalui pesan-pesan ini, mereka mengajukan pembaruan status akun mereka dan menerima pembaruan status yang diajukan oleh pihak lain.

3. Jika Alice ingin menutup saluran dan mengakhiri transaksi dengan Bob, Alice perlu mengajukan status akhir akun dirinya ke kontrak. Jika Bob menandatangani dan menyetujui, kontrak akan melepaskan dana yang terkunci berdasarkan status akhir kembali kepada pengguna yang sesuai. Jika Bob tidak merespons tanda tangan, kontrak akan melepaskan dana yang terkunci kembali kepada pengguna yang sesuai setelah periode tantangan berakhir.

(# 3.1.4 Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan:

• Transaksi instan, throughput tinggi
• Biaya transaksi rendah
• Dapat mewujudkan transaksi privasi
• Keamanan dijamin oleh blockchain dasar

Kekurangan:

• Perlu mengunci dana
• Tidak cocok untuk perdagangan multi-pihak skala besar
• Pihak yang terlibat perlu online secara frekuensi tinggi
• Beberapa skenario dibatasi

)# 3.1.5 Aplikasi

Jaringan Lightning Bitcoin:

• Ringkasan: Jaringan Lightning adalah saluran pembayaran kecil di jaringan Bitcoin, evolusi teknologinya telah melalui saluran pembayaran satu arah, saluran pembayaran dua arah, hingga jaringan pembayaran multi-pihak. Melalui saluran pembayaran kecil off-chain, dengan bantuan perantara membentuk jaringan transaksi, dapat mengatasi masalah skalabilitas jaringan Bitcoin. Menggunakan proses yang mengikuti "setoran ### membangun saluran ###→transaksi jaringan Lightning ( memperbarui status saluran )→pengembalian/penyelesaian ( mengakhiri saluran )"; secara teori dapat memproses satu juta transaksi per detik.

• Garis waktu:

  • Februari 2015, menerbitkan draf white paper
  • Versi resmi whitepaper dirilis pada Januari 2016 dan mendirikan Lightning Labs
  • 15 Maret 2018, merilis versi mainnet pertama LND 0.4
  • Awal tahun 2021, kapasitas publik sekitar 40 juta dolar AS, sekitar 100 ribu pengguna
  • Pada bulan Juni 2021, El Salvador mengadopsi Bitcoin sebagai mata uang resmi, dan pada bulan September meluncurkan dompet Chivo yang berbasis pada jaringan Lightning.
  • Di tahun 2022, 26 platform pertukaran cryptocurrency mengumumkan dukungan untuk jaringan Lightning
  • Pada bulan Oktober 2022, Lightning Labs merilis versi alpha dari protokol Taro, yang akan dapat digunakan untuk mencetak, mengirim, dan menerima aset di jaringan Bitcoin.
  • Pada 23 November 2022, jaringan Lightning memiliki 76.236 saluran pembayaran, dengan total dana saluran sebesar 5049 BTC(81.8M dolar)

• Pengembangan ekosistem: Ekosistem jaringan Lightning dari bawah ke atas meliputi: jaringan BTC dasar, solusi infrastruktur inti (, layanan node dan likuiditas ), serta berbagai DApps. Hingga November 2022, DApps berbasis jaringan Lightning telah melebihi 20 kategori dan lebih dari 100 aplikasi, yang terutama mencakup pembayaran, dompet, manajemen node, ekstensi browser, podcast, dan streaming.

Jaringan Petir Ethereum:

• Ringkasan: Jaringan Thunder adalah saluran pembayaran kecil yang berbasis Ethereum, mirip dengan jaringan Lightning, yang memperluas transaksi di on-chain melalui pembentukan saluran status, dengan tujuan untuk mencapai pembayaran token ERC20 yang hampir instan, dengan biaya rendah dan dapat diperluas.

• Garis waktu:

  • Didirikan pada tahun 2017, pendiri Heiko Hees pernah menjadi pengembang inti Ethereum
  • 17 Oktober 2017 ICO mengumpulkan lebih dari 30 juta dolar AS
  • Klien Ringan Raiden pertama - Alderaan diluncurkan di jaringan utama Ethereum pada Mei 2020
  • Pada akhir 2021, beberapa bursa mencabut $RDN dari daftar

• Saat ini belum diadopsi secara luas, alasannya termasuk: 1( Penggunaan ambang batas terlalu tinggi: biaya Gas Ethereum terlalu tinggi, sehingga biaya membuka saluran menjadi terlalu tinggi 2) Teknologi skalabilitas yang lebih maju muncul: Solusi skalabilitas yang lebih baik seperti Rollup membatasi kasus penggunaan Jaringan Raiden

• Pengembangan ekosistem: Saat ini, perkembangan ekosistem lambat, tim sedang melakukan transformasi agar dapat berjalan di jaringan Ethereum Layer2 Rollup, untuk lebih mengurangi biaya Gas dalam membuat State Channel. Pada Mei 2022, diumumkan bahwa akan diluncurkan di Arbitrum, menjadi L2 yang berjalan di atas L2. Di masa depan, akan ada pergeseran yang berfokus pada Rollups, sebagai solusi pelengkap yang berdampingan dengan Rollups.

Celer Network:

• Ringkasan: Celer Network pada dasarnya adalah jaringan lightning yang menambahkan lapisan insentif ) token $CELR), yang dapat dibangun menggunakan teknologi perluasan off-chain dan model ekonomi insentif untuk menciptakan DApps blockchain jenis interaksi frekuensi tinggi yang cepat, mudah digunakan, biaya rendah, dan aman, seperti elektronik