поза блокчейном розширення Глибина аналізу

1. Необхідність розширення

Майбутнє блокчейну полягає в децентралізації, безпеці та масштабованості, але зазвичай можна досягти лише двох з цих цілей, що називається проблемою неможливого трикутника блокчейну. Протягом багатьох років люди досліджують, як підвищити пропускну здатність та швидкість транзакцій блокчейну за умови забезпечення децентралізації та безпеки, тобто вирішити проблему масштабування, що є однією з гарячих тем у процесі розвитку блокчейну сьогодні.

Децентралізація, безпека та масштабованість блокчейну визначаються наступним чином:

• Децентралізація: будь-хто може стати вузлом, щоб взяти участь у виробництві та верифікації блокчейн-системи, чим більше вузлів, тим вищий рівень децентралізації, що забезпечує, щоб мережа не контролювалася невеликою групою.

• Безпека: чим вищі витрати на отримання контролю над системою блокчейну, тим вища безпека, ланцюг може протистояти атакам більшої частини учасників.

• Масштабованість: здатність блокчейну обробляти велику кількість транзакцій.

Перше велике жорстке розгалуження мережі Біткойн виникло через проблему масштабування. Зі збільшенням кількості користувачів та обсягу транзакцій мережа Біткойн з обмеженням блоку у 1 МБ почала стикатися з заторами; з 2015 року в спільноті Біткойн існували розбіжності щодо масштабування: одна сторона підтримувала розширення блоку, а інша – використання рішення Segwit для оптимізації структури основного ланцюга. 1 серпня 2017 року сторона, що підтримує масштабування, самостійно розробила клієнтську систему з 8 МБ блоку, що призвело до першого великого жорсткого розгалуження в історії Біткойна, в результаті якого з'явилася нова монета BCH.

Мережа Ethereum також обирає жертвувати частиною масштабованості для забезпечення безпеки та децентралізації мережі. Хоча Ethereum не обмежує розмір блоку, як це робить Bitcoin, а встановлює межу на плату за газ, яку може вмістити один блок, мета обидвох полягає в досягненні бездоказової консенсусу та забезпеченні широкого розподілу вузлів.

Від CryptoKitties 2017 року, через літо DeFi до подальшого зростання таких ланцюгових додатків, як GameFi та NFT, ринок постійно збільшує попит на пропускну спроможність, але Ethereum все ще може обробляти лише 15-45 транзакцій на секунду. Це призводить до зростання вартості транзакцій, часу розрахунків, більшість DApps важко витримують витрати на експлуатацію, вся мережа стає повільною та дорогою, проблема масштабування блокчейна терміново потребує вирішення. Ідеальним рішенням для масштабування є: максимально підвищити швидкість транзакцій та пропускну здатність блокчейн-мережі без жертвування децентралізацією та безпекою.

2. Категорії планів розширення

Ми поділяємо плани розширення на два основні типи: розширення на основному ланцюгу та розширення поза блокчейном, за критерієм "чи змінюється один рівень основної мережі".

2.1 Розширення на блокчейні

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

Існує багато варіантів масштабування в блокчейні, у цій статті не будемо їх розглядати, коротко наведемо два з них:

• Варіант один - це розширення блочного простору, тобто збільшення кількості транзакцій, які упаковуються в кожному блоці, але це підвищить вимоги до високопродуктивних вузлів, підвищить поріг входження для вузлів та знизить рівень "децентралізації".

• Варіант два - це шардінг, розподіл блокчейн-реєстру на кілька частин, коли не кожен вузол бере участь у всіх облікових записах, а різні шардінги, тобто різні вузли, відповідають за різні облікові записи, паралельні обчислення можуть одночасно обробляти кілька транзакцій; це може зменшити обчислювальне навантаження на вузли та поріг входження, підвищити швидкість обробки транзакцій та рівень децентралізації; але це означає, що обчислювальна потужність всієї мережі розподіляється, що знижує "безпеку" всієї мережі.

Зміна коду протоколу основної мережі може призвести до непередбачуваних негативних наслідків, оскільки будь-які тонкі вразливості безпеки на нижньому рівні можуть серйозно загрожувати безпеці всієї мережі, що може призвести до необхідності розгалуження або перерви в ремонті оновлення.

2.2 поза блокчейном розширення

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

поза блокчейном розширення можна додатково поділити на Layer2 та інші рішення:

• Layer2: Друга мережа, що будується поверх основного блокчейну, включаючи State Channels, Plasma, Rollups тощо
• Інші рішення: Sidechains, Validium тощо

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

3. Поза блокчейном розширення рішення

3.1 Державні канали

3.1.1 Огляд

Статевий канал передбачає, що користувачі повинні взаємодіяти з основною мережею тільки під час відкриття, закриття або вирішення суперечок, а взаємодію між користувачами слід проводити поза блокчейном, що дозволяє знизити час та витрати на транзакції, а також досягти необмеженої кількості транзакцій.

Стан каналу - це простий P2P протокол, який підходить для "заснованих на ходах додатків", таких як гра в шахи для двох. Кожен канал керується багатопідписним смарт-контрактом, що працює в основній мережі, який контролює активи, що вносяться в канал, перевіряє оновлення стану та арбітражує спори між учасниками. Учасники після розгортання контракту в мережі вносять кошти та блокують їх, після підписання обома сторонами, канал офіційно відкривається. Канал дозволяє учасникам проводити необмежену кількість безкоштовних транзакцій поза блокчейном (, якщо чиста вартість переказу не перевищує загальної суми, внесеної ). Учасники по черзі надсилають оновлення стану один одному, чекаючи підтвердження підпису з боку іншого. Як тільки інша сторона підтверджує підпис, це оновлення стану вважається завершеним. У нормальних умовах, узгоджені оновлення стану не завантажуються в основну мережу, тільки у разі спору або закриття каналу, буде покладено на підтвердження основної мережі. Коли потрібно закрити канал, будь-який учасник може подати запит на транзакцію в основній мережі, якщо отримає одностайне підтвердження підпису, то на ланцюгу негайно виконується; якщо інші учасники не надали підтвердження підпису, то всім потрібно чекати закінчення "періоду оскарження", щоб отримати залишкові кошти.

Отже, рішення зі статус-каналів може значно зменшити обсяги обчислень у основній мережі, підвищити швидкість транзакцій та знизити витрати на транзакції.

3.1.2 Хронологія

• 2015/02, Джозеф Пун і Таддеус Дріджа опублікували проект білого паперу про мережу Lightning.
• 2015/11, Джефф Коулман вперше систематично узагальнив концепцію State Channel, запропонувавши, що платіжний канал біткойна є підвипадком State Channel.
• 2016/01, Joseph Poon та Thaddeus Dryja офіційно опублікували білу книгу «The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments», в якій запропонували рішення для масштабування біткойн-мережі Payment Channel( платіжний канал), яке використовується лише для обробки транзакцій на біткойн-мережі.
• 2017/11, перша специфікація дизайну State Channel на основі Payment Channel, відома як Sprites, була запропонована.
• 2018/06, Counterfactual представив 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 статус-каналів розширюється на N-Party Channels, Nitro є першим протоколом, створеним на основі цієї ідеї.
• 2019/10, Pisa розширив концепцію Watchtowers, щоб вирішити питання, яке полягає в необхідності постійної онлайн-активності всіх учасників.
• 2020/03, Hydra запропонував Швидкі ізоморфні канали.

3.1.3 Технічний принцип

Загальний робочий процес каналів стану виглядає наступним чином:

1. Аліса та Боб вносять кошти з особистих EOA на адреси контрактів; ці кошти заморожуються в контракті і повертаються користувачеві лише після закриття каналу; після підписання обидва сторони підтверджують, що канал між ними офіційно відкритий.

2. Аліса та Боб можуть здійснювати необмежену кількість транзакцій поза блокчейном, учасники спілкуються через зашифровані підписані повідомлення (, а не з мережею блокчейну ). Обидві сторони повинні підписати кожну транзакцію, щоб запобігти подвійним витратам. Через ці повідомлення вони пропонують оновлення стану своїх рахунків і приймають запропоновані оновлення стану один одного.

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 відповідно до остаточного стану. Якщо Боб не відповість на підпис, контракт звільнить заблоковані кошти та поверне їх відповідному користувачу після закінчення періоду оскарження.

3.1.4 Переваги та недоліки

Переваги:

• Миттєві торги, висока пропускна здатність
• Низькі торгові витрати
• Можливість проведення приватних транзакцій
• Безпека гарантується базовим блокчейном

Недоліки:

• Потрібно заблокувати кошти
• Не підходить для масових багатосторонніх угод
• Учасники повинні часто бути онлайн
• Деякі сцени обмежені

3.1.5 Застосування

Біткойн-мережа Lightning:

• Огляд: Мережа Lightning є каналом малих платежів у мережі Bitcoin, технологічна еволюція пройшла від одностороннього платіжного каналу до двостороннього платіжного каналу, а потім до мережі багатосторонніх платежів. Через поза блокчейном канали малих платежів, за допомогою посередників створюється мережа транзакцій, що може вирішити проблему масштабування мережі Bitcoin. Використовується процес, що відповідає "депозит ( створення каналу )→ транзакції мережі Lightning ( оновлення стану каналу )→ повернення/розрахунок ( закриття каналу )"; теоретично можна обробляти мільйон транзакцій на секунду.

• Часова лінія:

  • Лютий 2015 року, опубліковано проект білої книги
  • У січні 2016 року був випущений офіційний варіант білого документу та заснована Lightning Labs
  • 15 березня 2018 року, випущено першу версію основної мережі LND 0.4
  • На початку 2021 року, загальна місткість становила близько 40 мільйонів доларів США, приблизно 100 тисяч користувачів
  • У червні 2021 року Сальвадор прийняв біткойн як законний платіжний засіб, у вересні випустив гаманець Chivo на основі мережі Lightning.
  • У 2022 році 26 криптовалютних бірж оголосили про підтримку мережі Lightning.
  • У жовтні 2022 року Lightning Labs випустила альфа-версію протоколу Taro, який у майбутньому буде використовуватися для випуску, відправлення та отримання активів у мережі Bitcoin.
  • 23 листопада 2022 року в мережі Lightning було 76,236 платіжних каналів, кошти каналу 5049 BTC(81.8M доларів)

• Екологічний розвиток: Екосистема мережі Lightning складається з: основної мережі BTC, рішень для інфраструктури (, послуг вузлів і ліквідності ), різних DApps. Станом на листопад 2022 року, кількість DApps на базі мережі Lightning перевищила 20 категорій і понад 100 додатків, основними з яких є платіжні системи, гаманці, управління вузлами, розширення для браузерів, подкасти та потокове відео.

Мережа Ethereum Thunderbolt:

• Огляд: Мережа Лайтнінг заснована на Ethereum є каналом мікроплатежів, подібно до мережі Lightning, яка розширює on-chain транзакції шляхом створення каналів стану, з метою досягнення майже миттєвих, низьких витрат та масштабованих платежів ERC20 токенами.

• Хронологія:

  • Заснована в 2017 році, засновник Heiko Hees був основним розробником Ethereum.
  • 17 жовтня 2017 року ICO зібрало понад 30 мільйонів доларів США
  • Перший Raiden Light Client - Alderaan запущено в мережі Ethereum в травні 2020 року
  • Наприкінці 2021 року кілька бірж зняли $RDN з торгів.

• Наразі не отримав широкого застосування, причини включають:

  1. Використання порогу занадто високий: коли комісії за газ Ethereum занадто високі, вартість відкриття каналу занадто висока
  2. З'являються більш просунуті технології масштабування: такі як Rollup, кращі рішення для масштабування обмежують випадки використання Raiden Network

• Екологічний розвиток: Наразі екосистема розвивається повільно, команда перетворює її для роботи в мережі Ethereum Layer2 Rollup, щоб далі знизити витрати на Gas для створення State Channel. У травні 2022 року було оголошено про запуск на Arbitrum, ставши L2, що працює над L2. У майбутньому буде здійснено перехід в центрі на Rollups як доповнююче рішення, що співіснує з Rollups.

Мережа Celer:

• Огляд: Celer Network по суті є збільшеним рівнем стимулювання ( токена $CELR) блискавичної мережі, яка може будувати швидкі, зручні, економічно вигідні та безпечні високочастотні інтерактивні типи блокчейн DApps, такі як електронні