Analisis Kedalaman Perluasan off-chain

1. Kebutuhan untuk Ekspansi

Visi masa depan blockchain adalah untuk mencapai desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas, tetapi biasanya hanya dapat memenuhi dua dari tiga secara bersamaan, yang dikenal sebagai masalah segitiga yang tidak mungkin dalam blockchain. Selama bertahun-tahun, orang telah mengeksplorasi bagaimana meningkatkan throughput dan kecepatan transaksi blockchain sambil memastikan desentralisasi dan keamanan, yaitu menyelesaikan masalah skalabilitas.

Desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas blockchain didefinisikan sebagai berikut:

• Desentralisasi: Siapa pun dapat berpartisipasi dalam produksi dan verifikasi sistem blockchain, semakin banyak jumlah node, semakin tinggi tingkat desentralisasinya.
• Keamanan: Semakin tinggi biaya untuk mendapatkan kontrol atas sistem blockchain, semakin tinggi keamanannya, dapat menahan proporsi serangan yang lebih besar.
• Skalabilitas: kemampuan blockchain untuk memproses sejumlah besar transaksi.

Jaringan Bitcoin dan Ethereum memilih untuk mengorbankan sebagian dari skalabilitas untuk menjaga keamanan dan desentralisasi jaringan. Namun, dengan munculnya aplikasi on-chain, permintaan pasar terhadap throughput terus meningkat, yang menyebabkan biaya transaksi meningkat, waktu penyelesaian menjadi lebih lama, dan sebagian besar DApps sulit untuk menanggung biaya operasional. Solusi skalabilitas yang ideal adalah: meningkatkan kecepatan transaksi dan throughput jaringan blockchain tanpa mengorbankan desentralisasi dan keamanan.

2. Kategori Rencana Perluasan

Rencana perluasan dapat dibagi menjadi dua kategori besar, yaitu perluasan on-chain dan perluasan off-chain, berdasarkan "apakah itu mengubah lapisan jaringan utama".

2.1擴容 on-chain

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

Solusi utama untuk skalabilitas di blockchain meliputi:

1. Memperbesar ruang blok, meningkatkan jumlah transaksi yang dikemas dalam setiap blok, tetapi akan meningkatkan persyaratan node dan mengurangi tingkat desentralisasi.

2. Sharding, membagi buku besar blockchain menjadi beberapa bagian, di mana node yang berbeda bertanggung jawab untuk pencatatan yang berbeda, dapat mengurangi tekanan pada node, meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi dan tingkat desentralisasi, tetapi dapat mengurangi keamanan seluruh jaringan.

Mengubah protokol jaringan utama dapat menghasilkan dampak negatif yang sulit diprediksi, dan setiap celah keamanan kecil yang ada di lapisan dasar dapat mengancam keamanan seluruh jaringan secara serius.

2.2 off-chain scaling

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

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

• Layer2: termasuk saluran status, sidechain, Plasma, Rollups, dan lain-lain.
• Solusi lain: termasuk Validium dan lain-lain.

3. Solusi untuk Kedalaman off-chain

3.1 Saluran Negara

3.1.1 Ringkasan

Saluran status menetapkan bahwa hanya saat saluran dibuka, ditutup, atau menyelesaikan sengketa, pengguna perlu berinteraksi dengan jaringan utama, 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, 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 peserta.

3.1.2 Garis Waktu

• 2015/02: Joseph Poon dan Thaddeus Dryja merilis draf white paper jaringan Lightning.
• 2015/11: Jeff Coleman pertama kali merangkum konsep State Channel secara sistematis.
• 2016/01: Joseph Poon dan Thaddeus Dryja secara resmi menerbitkan whitepaper jaringan Lightning Bitcoin.
• 2017/11: Mengusulkan spesifikasi desain State Channel pertama yang berbasis pada kerangka Payment Channel, yaitu Sprites.
• 2018/06: Counterfactual mengajukan desain Saluran Negara Generalisasi yang terperinci.
• 2018/10: Mengajukan konsep Jaringan Saluran Negara dan Saluran Virtual.
• 2019/02: Konsep saluran status diperluas ke N-Party Channels, Nitro adalah protokol pertama yang dibangun berdasarkan ide tersebut.
• 2019/10:Pisa mengembangkan konsep Watchtowers, menyelesaikan masalah peserta yang perlu tetap online.
• 2020/03: Hydra mengajukan Fast Isomorphic Channels.

3.1.3 Prinsip Teknik

Proses kerja saluran status adalah sebagai berikut:

1. Pengguna menyetor dana di kontrak pintar mainnet untuk membuka saluran.
2. Pengguna dapat melakukan transaksi tanpa batas kali di off-chain, berkomunikasi satu sama lain melalui pesan yang ditandatangani.
3. Saat menutup saluran, pengguna mengajukan status akhir ke kontrak. Jika kedua belah pihak menandatangani konfirmasi, kontrak akan mendistribusikan dana berdasarkan status akhir; jika ada sengketa, perlu menunggu periode tantangan berakhir.

3.1.4 Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan:

• Konfirmasi Instan
• Biaya rendah
• Privasi Tinggi
• Cocok untuk transaksi kecil yang sering

Kekurangan:

• Memerlukan penguncian dana sebelumnya
• Tidak berlaku untuk transaksi multi pihak
• Peserta harus tetap online
• Saat menutup saluran, perlu menunggu periode tantangan

3.1.5 Aplikasi

Aplikasi utama termasuk:

1. Jaringan Lightning Bitcoin: saluran pembayaran kecil di jaringan Bitcoin, memungkinkan transaksi cepat dengan biaya rendah.

2. Jaringan Lightning Ethereum: saluran pembayaran kecil yang berbasis Ethereum, bertujuan untuk mewujudkan pembayaran token ERC20 yang instan, dengan biaya rendah dan dapat diskalakan.

3. Celer Network: Menambahkan lapisan insentif pada jaringan Lightning, cocok untuk jenis DApps interaksi frekuensi tinggi.

3.1.6 Perbandingan Aplikasi

Jaringan Lightning Bitcoin, Jaringan Lightning Ethereum, dan Celer Network memiliki perbedaan tertentu dalam implementasi teknis, skenario aplikasi, dan perkembangan ekosistem. Jaringan Lightning Bitcoin terutama digunakan untuk pembayaran Bitcoin, Jaringan Lightning digunakan untuk pembayaran token Ethereum, sementara Celer Network memiliki jangkauan yang lebih luas.

3.2 Sidechains

3.2.1 Ringkasan

Sidechain adalah bentuk blockchain yang muncul untuk mempercepat transaksi di mainchain, dapat menggunakan kontrak yang lebih kompleks atau memperbaiki mekanisme konsensus. Hasil transaksi dari sidechain pada akhirnya akan dicatat di sisi validator mainchain.

3.2.2 Garis Waktu

• 2012/01: Konsep sidechain Bitcoin diperkenalkan dalam obrolan
• 2014/10: Publikasi makalah sidechain Bitcoin
• 2017/04:Jaringan POA jaringan uji coba online
• 2017/10:Jaringan Matic diluncurkan
• 2017/12: Peluncuran jaringan utama POA Network
• 2018/01: Skales testnet diluncurkan
• 2018/10:xDai Chain jaringan uji coba online
• 2020/06: Peluncuran mainnet Skale
• 2020/06: Peluncuran jaringan utama Matic PoS Chain di sisi Ethereum
• 2021/02: Jaringan Matic berganti nama menjadi Jaringan Polygon
• 2021/02: Jaringan utama Ronin dari permainan Axie Infinity beroperasi
• 2021/12:xDai Chain digabungkan dengan Gnosis Dao menjadi Gnosis Chain
• 2022/03: POA Network bergabung dengan Gnosis Chain

3.2.3 Prinsip Teknologi

Ada dua cara utama bagi sidechain untuk berkomunikasi dengan mainchain:

1. Double-Anchor ( Symmetric Pegged ): Verifikator di main chain dan side chain secara real-time mencatat informasi header blok satu sama lain.

2. Tidak seimbang pegang ( Asymmetric Pegged ): Validator side chain memantau aktivitas main chain, tetapi main chain tidak mencatat informasi side chain. Harus memperkenalkan mekanisme Certifiers untuk memvalidasi transaksi yang dikembalikan oleh side chain.

Ringkasan mekanisme sidechain:

• Aset dari rantai utama ke rantai samping: rantai utama mengunci aset, rantai samping menghasilkan aset yang dibungkus
• Aset dari sidechain ke mainchain: sidechain menghancurkan aset yang dibungkus, mainchain membuka aset

Keamanan aset sisi rantai tergantung pada mekanisme konsensus sisi rantai.

3.2.4 Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan:

• Throughput transaksi yang lebih tinggi
• Biaya transaksi yang lebih rendah
• Skenario aplikasi yang fleksibel
• Tidak mempengaruhi keamanan rantai utama

Kekurangan:

• Asumsi kepercayaan tambahan
• Jembatan lintas rantai mungkin memiliki risiko keamanan
• Penyebaran likuiditas

3.2.5 Aplikasi

Aplikasi utama termasuk:

1. xDai( sekarang Gnosis Chain): menggunakan $xDai sebagai biaya transaksi, mengadopsi mekanisme konsensus PoSDAO.

2. Polygon: Solusi perluasan Ethereum aggregator, menyediakan rantai PoS dan rantai Plasma.

3. Ronin: Sidechain yang dikembangkan untuk permainan Axie Infinity, menggunakan mekanisme konsensus PoA.

3.2.6 Perbandingan Aplikasi

xDai, Polygon, dan Ronin memiliki perbedaan dalam mekanisme konsensus, skenario aplikasi, dan pengembangan ekosistem. xDai terutama digunakan untuk pembayaran, Polygon adalah solusi perluasan multifungsi, dan Ronin berfokus pada aplikasi permainan.

3.3 Plasma

3.3.1 Ringkasan

Plasma adalah sebuah kerangka kerja untuk membangun DApp yang dapat diskalakan, bertujuan untuk meminimalkan kepercayaan pengguna terhadap Operator sidechain. Bahkan jika Operator berbuat jahat, Plasma dapat mencegah pencurian dana pengguna.

3.3.2 Garis Waktu

• 2017/08: Vitalik dan Joseph Poon mengajukan whitepaper Plasma
• 2018/01: Mengajukan Plasma MVP
• 2018/03: Mengusulkan Plasma Cash
• 2018/06: Mengajukan Plasma Debit
• 2018/11: Mengajukan Plasma Prime
• Sejak 2019: Komunitas Ethereum mulai menjelajahi solusi Rollups

3.3.3 Prinsip Teknologi

Ide inti dari Plasma:

• Eksekusi off-chain: Sebagian besar pekerjaan diproses di luar jaringan utama
• Komitmen Status: Operator secara berkala mengirimkan Merkle Root di jaringan utama
• Mekanisme keluar: Pengguna dapat menarik dana melalui Merkle Proof

Proses utama Plasma:

1. Pengguna menyetor dana di jaringan utama
2. Pengguna melakukan transaksi di jaringan Plasma
3. Operator meng打包交易, mengirimkan Merkle Root ke mainnet
4. Pengguna dapat keluar dari rantai Plasma melalui Bukti Merkle

3.3.4 Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan:

• Tingkat throughput yang tinggi
• Biaya transaksi rendah
• Mewarisi keamanan jaringan utama

Kekurangan:

• Mekanisme keluar yang kompleks
• Masalah ketersediaan data
• Penarikan besar-besaran dapat menyebabkan kemacetan
• Fitur kontrak pintar yang terbatas

3.3.5 Aplikasi

Aplikasi utama termasuk:

1. Plasma Group: setelah bertransformasi menjadi Optimism, fokus pada penelitian Optimistic Rollup

2. OMG Network: kemudian berganti nama menjadi Boba Network, beralih ke solusi Optimistic Rollup

3. Polygon: menyediakan rantai Plasma, kemudian beralih fokus ke teknologi Rollup

3.3.6 Ringkasan

Plasma adalah solusi teknologi transisi yang terbatas oleh teknologi dan belum banyak diterapkan. Sebagian besar proyek kemudian beralih ke solusi Rollup.

3.4 Rollups

3.4.1 Ringkasan

Ide inti dari Rollups adalah menempatkan perhitungan dan penyimpanan status di off-chain, sementara menyimpan komitmen status dan data transaksi terkompresi di on-chain. Terutama dibagi menjadi dua kategori yaitu Optimistic Rollups dan ZK Rollups.

3.4.2 Prinsip Teknis

Fitur teknis utama Rollups:

• Mesin virtual off-chain: menyelesaikan perhitungan transaksi dan perubahan status
• Kompresi transaksi: mengurangi jumlah data yang disimpan di on-chain
• Komitmen Status: Secara berkala mengirimkan akar status di mainnet
• Ketersediaan data: data transaksi disimpan dalam calldata mainnet

Biaya transaksi Rollups = Biaya penyimpanan data L1 + Biaya pemrosesan L2

3.4.3 Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan:

• Tingkat throughput yang tinggi
• Biaya transaksi rendah
• Mewarisi keamanan jaringan utama
• Hilangkan kepercayaan

Kekurangan:

• Penarikan ditunda