поза блокчейном розширення планів Глибина аналізу: від State Channels до Lighting Network

Поглиблений аналіз масштабування поза блокчейном

1. Необхідність розширення

Майбутнє блокчейну передбачає децентралізацію, безпеку та масштабованість. Але зазвичай можливо досягти лише двох з цих трьох аспектів, що називається неможливим трикутником блокчейну. Протягом багатьох років люди досліджують, як вирішити цю проблему, як підвищити пропускну здатність та швидкість транзакцій блокчейну, забезпечуючи децентралізацію та безпеку, тобто вирішення проблеми масштабування, є однією з актуальних тем у процесі розвитку блокчейну.

Визначення децентралізації, безпеки та масштабованості блокчейну:

  • Децентралізація: будь-хто може стати вузлом і брати участь у виробництві та верифікації блокчейн-системи, чим більше вузлів, тим вищий рівень децентралізації, що забезпечує недоступність мережі для контролю з боку невеликих груп.

  • Безпека: Чим вищі витрати на отримання контролю над блокчейн-системою, тим вища безпека, ланцюг може протистояти атакам значної частини учасників.

  • Масштабованість: здатність блокчейну обробляти велику кількість транзакцій.

Перший суттєвий хард-форк мережі біткойн виник через проблему розширення. З ростом кількості користувачів біткойна та обсягу транзакцій, мережа, обмежена до 1 МБ на блок, почала стикатися з заторами; з 2015 року в спільноті біткойна існували розбіжності щодо проблеми розширення: одна сторона підтримувала розширення блоку, а інша вважала, що слід використовувати рішення Segwit для оптимізації структури основного ланцюга. 1 серпня 2017 року, одна сторона, що підтримувала розширення блоку, самостійно запустила новий клієнт, що призвело до першого в історії біткойна суттєвого хард-форку, в результаті якого з'явилася нова монета BCH.

Те ж саме, мережа Ethereum також вибрала жертвувати частиною масштабованості для забезпечення безпеки мережі та децентралізації. Хоча вона не обмежує розмір блоків, як це робить мережа Bitcoin, але опосередковано встановлює межу для плати за газ, яка може бути включена в окремий блок, мета якого - забезпечити Trustless Consensus і гарантувати широке розповсюдження вузлів.

З 2017 року з появою CryptoKitties, літа DeFi, а потім GameFi та NFT на основі блокчейна, ринок постійно зростає у потребі в пропускній спроможності. Але навіть Тюринг-повний Ethereum може обробляти лише 15-45 транзакцій на секунду (TPS), що призводить до збільшення витрат на транзакції, подовження часу розрахунків, більшість Dapps важко витримують витрати на обслуговування, вся мережа стає повільною та дорогою для користувачів. Проблема масштабування блокчейна потребує термінового вирішення. Ідеальним рішенням для масштабування є: максимально підвищити швидкість та пропускну спроможність блокчейн-мережі без шкоди для децентралізації та безпеки.

Тисячослівний звіт: всебічний аналіз поза блокчейном розширення

2. Категорії планів розширення

Відповідно до стандарту "чи змінюється один рівень основної мережі", варіанти розширення можна поділити на два основних типи: розширення на ланцюгу та розширення поза блокчейном.

2.1 розширення на ланцюгу

Основна концепція: рішення, що досягає ефекту розширення шляхом зміни одного рівня протоколу основної мережі, наразі основним рішенням є шардінг.

Існує кілька варіантів розширення в ланцюгу, у цій статті не розглядатимемо їх докладно, коротко перерахую два з них:

  • Варіант перший – розширити простір блоків, тобто збільшити кількість транзакцій, упакованих в кожен блок, але це підвищить вимоги до обладнання високопродуктивних вузлів, підвищить поріг входження для вузлів і знизить рівень "децентралізації".

  • Варіант другий - це шардінг, розділення бухгалтерської книги блокчейну на кілька частин, коли не кожен вузол бере участь у всіх записах, а різні шардінги, тобто різні вузли, відповідають за різні записи. Паралельні обчислення можуть одночасно обробляти кілька транзакцій; це може знизити обчислювальне навантаження на вузли та зменшити поріг входження, підвищуючи швидкість обробки транзакцій та рівень децентралізації; але це означає, що загальна обчислювальна потужність мережі розподіляється, що знижує "безпеку" всієї мережі.

Зміна коду протоколу основної мережі може призвести до непередбачуваних негативних наслідків, будь-яка незначна вразливість безпеки на нижньому рівні може серйозно загрожувати безпеці всієї мережі, мережа може бути змушена до розгалуження або перерви для виправлення оновлень.

2.2 поза блокчейном розширення

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

поза блокчейном розширення можна детально розділити на Layer2 та інші рішення:

Шар 2:

  • Державні канали
  • Плазма
  • Ролапи
    • Оптимістичні роллери
    • ZK Rollups

Інше:

  • Бічні ланцюги
  • Валідіум

! Звіт про глибоке дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз офчейн-експансії

3. Поза блокчейном розширення

3.1 Державні канали

3.1.1 Резюме

Статевий канал передбачає, що користувачам потрібно взаємодіяти з основною мережею лише під час відкриття, закриття або вирішення суперечок каналу, а взаємодія між користувачами здійснюється поза блокчейном, що дозволяє зменшити час та витрати на транзакції, реалізуючи необмежену кількість транзакцій.

Статевий канал — це простий P2P-протокол, що підходить для "заснованих на раундах додатків", таких як гра в шахи для двох. Кожен канал управляється багатопідписним смарт-контрактом, що працює в основній мережі, цей контракт контролює активи, внесені в канал, перевіряє оновлення стану та арбітражує спори між учасниками ( на основі доказів шахрайства з підписом та часовою міткою ). Після розгортання контракту в мережі учасники вносять кошти та блокують їх, після підписання обома сторонами канал офіційно відкривається. Канал дозволяє учасникам здійснювати необмежену кількість безкоштовних транзакцій поза блокчейном (, за умови, що чиста вартість переказу не перевищує загальну суму внесених токенів ). Учасники по черзі надсилають оновлення стану один одному, чекаючи підтвердження підписом іншої сторони. Як тільки інша сторона підтверджує підписом, це оновлення стану вважається завершеним. У нормальних умовах, узгоджені оновлення стану не завантажуються в основну мережу, лише у разі спірних ситуацій або закриття каналу, основна мережа підтверджує. При закритті каналу будь-який учасник може подати запит на транзакцію в основній мережі, якщо отримано загальне схвалення підписів, то в ланцюзі негайно виконується, тобто контракт розподіляє залишкові заблоковані кошти відповідно до залишків кожного учасника на фінальному стані каналу; якщо інші учасники не підписали схвалення, то всім потрібно дочекатися завершення "періоду оскарження", перш ніж отримати залишкові кошти.

Отже, рішення зі статусними каналами можуть значно зменшити обчислювальні витрати основної мережі, підвищити швидкість транзакцій та зменшити витрати на транзакції.

! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею

3.1.2 Таймлайн

  • 2015/02, Джозеф Пун і Таддеус Дріджа опублікували проект білої книги мережі Lightning.

  • 2015/11, Джефф Коулман вперше систематично підсумував концепцію State Channel, зазначивши, що Payment Channel біткоїна є підвипадком концепції State Channel.

  • 2016/01, Джозеф Пун і Тадеуш Дрія офіційно опублікували білу книгу «The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments», у якій було запропоновано рішення для масштабування мережі біткойнів Payment Channel(, що призначене лише для обробки платежів у мережі біткойнів.

  • 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, побудованим на основі цієї ідеї.

  • 2019/10, Pisa розширила концепцію Watchtowers для вирішення проблеми, що всі учасники повинні залишатися онлайн.

  • 2020/03, Hydra запропонувала Швидкі ізоморфні канали.

)# 3.1.3 Технічні принципи

Традиційний робочий процес на ланцюзі: Аліса та Боб взаємодіють з смарт-контрактом, розгорнутим у головній мережі, користувачі змінюють стан смарт-контракту, надсилаючи транзакції на ланцюзі. Недолік полягає в тому, що це призводить до проблем з часом і витратами, про які йшлося раніше.

Загальний робочий процес, якого дотримуються більшість протоколів каналів стану: у оптимістичному випадку, Аліса та Боб повинні виконати ті ж дії, що і раніше, але цього разу з використанням каналу стану, без взаємодії з контрактом на ланцюгу.

  • Перший крок: Аліса та Боб вносять кошти з особистого EOA на адрес контракту поза блокчейном, ці кошти блокуються в контракті і повертаються користувачу тільки після закриття каналу; після підтвердження підпису обидва учасники офіційно відкривають канал стану між собою.

  • Другий крок, Аліса та Боб теоретично можуть проводити необмежену кількість транзакцій поза блокчейном через цей канал, учасники спілкуються один з одним за допомогою зашифрованих підписаних повідомлень ###, а не з мережею блокчейну (. Обидва користувачі повинні підписувати кожну транзакцію, щоб запобігти зловживанню подвійними витратами. За допомогою цих повідомлень вони пропонують оновлення стану своїх рахунків і приймають запропоновані оновлення стану від іншого.

  • Третій крок, якщо Аліса хоче закрити канал і завершити угоду з Бобом, Аліса повинна подати остаточний стан свого рахунку до контракту. Якщо Боб підпише і схвалить, контракт звільнить заблоковані кошти відповідному користувачу відповідно до остаточного стану. Якщо Боб не відповість на підпис, контракт звільнить заблоковані кошти відповідному користувачу після завершення періоду оскарження.

Процес роботи каналу стану в умовах песимізму: спочатку двоє учасників вносять кошти, а потім починають обмінюватися оновленнями стану. Припустимо, в якийсь момент часу Боб не реагує на підписані оновлення стану, надіслані Елісою. У цей час Еліса може запустити виклик, подавши останній дійсний стан до контракту, який також містить попередній підпис Боба, щоб довести, що остання транзакція була схвалена Бобом, і що останній стан був підтверджений Бобом. Потім контракт дозволяє Бобу протягом певного часу відреагувати, подавши наступний стан до контракту; якщо Боб реагує, то обидва можуть продовжити торгівлю в каналі стану; якщо Боб не реагує протягом цього періоду, контракт автоматично закриває канал стану і повертає кошти Елісі.

! [Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(

)# 3.1.4 Плюси та мінуси

Переваги:

  • Миттєве підтвердження транзакції
  • Дуже низькі торгові витрати
  • Хороша масштабованість, теоретично безмежна TPS
  • Добра конфіденційність, тільки кінцевий стан поза блокчейном
  • Гнучке оновлення статусу

Недоліки:

  • Потрібно заздалегідь заблокувати кошти
  • Учасники повинні постійно моніторити онлайн
  • Під час закриття каналу потрібно чекати період виклику
  • Створення складного багатостороннього каналу
  • Не підходить для масових переказів вартості

![Тисячослівний глибокий звіт: всебічний аналіз поза блокчейном розширення]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-815c5eb2bdba725e04eebe67b22d42aa.webp(

)# 3.1.5 Застосування

Біткоїн-мережа швидких платежів:

Огляд: Мережева блискавка є каналом малих платежів у мережі Bitcoin, загальна еволюція технології пройшла: побудова одностороннього платіжного каналу за допомогою 2/2 мультипідпису, після додавання RSMC можна побудувати двосторонній платіжний канал, а потім, після додавання HTLC, підключити платіжний канал для розширення на багатьох учасників, врешті-решт побудувати платіжну мережу, тобто мережу блискавки. Через позаблокчейн канали малих платежів, а потім за допомогою посередника утворюється мережа транзакцій, що може вирішити проблему розширення мережі Bitcoin. Мережева блискавка використовує процес "депозит ### створення каналу ( → транзакція мережі блискавки ) оновлення стану каналу ( → повернення/розрахунок ) закриття каналу ("; теоретично може обробляти мільйон транзакцій на секунду.

Часова лінія:

  • У лютому 2015 року Джозеф Пун і Тадеуш Дрідя опублікували чернетку білого паперу мережі Lightning.
  • У січні 2016 року випущено офіційну версію білого паперу та засновано Lightning Labs
  • 15 березня 2018 року, Lightning Labs випустила першу стабільну версію основної мережі Lightning Network Daemon )LND( версії 0.4
  • На початку 2021 року, публічна ємність мережі Lightning )TVL( становила близько 40 мільйонів доларів, приблизно 100 тисяч користувачів використовували.
  • У червні 2021 року Сальвадор оголосив про прийняття біткойна в якості законного платіжного засобу, у вересні випустив гаманець Chivo на базі мережі Lightning.
  • У 2022 році Cash App та 26 криптовалютних торгових платформ, включаючи OKX, Kraken, Bitfinex, оголосили про підтримку мережі Lightning, що дозволяє здійснювати миттєві та дешеві операції з BTC, такі як депозит, зняття та переказ.
  • У жовтні 2022 року Lightning Labs випустила новий протокол Taro protocol) alpha на базі Taproot(, який наразі проходить тестування в тестовій мережі. У майбутньому він буде використовуватися для карбування, відправки та отримання активів в мережі Bitcoin, а також для виконання миттєвих, великих та дешевих транзакцій через мережу Lightning.
  • 23 листопада 2022 року, згідно з 1ml.com, у мережі Lightning є 76 236 платіжних каналів, обсяг каналів 5049 $BTC)$81.8M(

Екологічний розвиток: Екосистема BTC Lightning Network знизу вгору складається з: базового BTC-мережі -- основної інфраструктури -- різних Dapps.

Основна інфраструктура включає:

  • Рішення мережі Lightning: особи та підприємства можуть запускати, підключатися до
BTC1.67%
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
  • 3
  • Поділіться
Прокоментувати
0/400
LiquidationWatchervip
· 18год тому
Layer2 дуже зручний у використанні
Переглянути оригіналвідповісти на0
LiquidityWitchvip
· 18год тому
Розширення - це питання, яке варто обговорити.
Переглянути оригіналвідповісти на0
SchrodingerGasvip
· 18год тому
Трикутність виглядає вічно
Переглянути оригіналвідповісти на0
  • Закріпити