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Análise completa da escalabilidade fora da cadeia: Comparação detalhada entre State Channels, Sidechains e Plasma.
Explicação Profunda da Expansão Fora da Cadeia
1. A necessidade de escalabilidade
A visão futura da blockchain é descentralização, segurança e escalabilidade, mas geralmente só é possível realizar duas dessas, que é o problema do triângulo impossível da blockchain. Ao longo dos anos, as pessoas têm explorado como aumentar a capacidade de processamento e a velocidade das transações da blockchain, garantindo a descentralização e a segurança, ou seja, resolver o problema da escalabilidade.
Vamos primeiro definir a descentralização, a segurança e a escalabilidade da blockchain:
A primeira grande bifurcação dura na rede Bitcoin surgiu devido a problemas de escalabilidade. À medida que o número de usuários e o volume de transações aumentavam, a rede Bitcoin com um limite de bloco de 1MB começou a enfrentar problemas de congestionamento. Desde 2015, a comunidade Bitcoin tinha divergências sobre a questão da escalabilidade, o que acabou levando à primeira grande bifurcação dura na história do Bitcoin em 1 de agosto de 2017, resultando na criação de uma nova criptomoeda, o BCH.
Da mesma forma, a rede Ethereum também optou por sacrificar uma parte da sua escalabilidade para garantir a segurança e a descentralização da rede. Embora o Ethereum não limite o tamanho dos blocos como o Bitcoin, estabelece um limite indireto nas taxas de gás que podem ser acomodadas em um único bloco, com o objetivo de alcançar um Consenso Sem Confiança e garantir a ampla distribuição dos nós.
Desde os CryptoKitties de 2017, o verão DeFi, até o surgimento posterior de aplicações on-chain como GameFi e NFT, a demanda do mercado por profundidade tem aumentado continuamente, mas o Ethereum ainda consegue processar apenas 15-45 transações por segundo. Isso leva ao aumento dos custos de transação, ao prolongamento do tempo de liquidação, e a maioria das DApps não consegue suportar os custos operacionais, tornando toda a rede lenta e cara para os usuários, sendo urgente resolver o problema de escalabilidade da blockchain. A solução de escalabilidade ideal é: aumentar a velocidade e a profundidade das transações da rede tanto quanto possível, sem sacrificar a descentralização e a segurança.
2. Tipos de soluções de escalabilidade
Nós classificamos os planos de escalabilidade em duas grandes categorias: escalabilidade em cadeia e escalabilidade fora da cadeia, com base no critério "se altera uma camada da mainnet".
2.1 expansão na cadeia
Conceito central: uma solução que alcança o efeito de escalabilidade através da alteração de uma camada do protocolo da rede principal, sendo a principal solução atualmente a fragmentação.
A escalabilidade em cadeia possui várias soluções, este artigo não irá se aprofundar, apenas listará brevemente duas:
A opção um é expandir o espaço do bloco, ou seja, aumentar o número de transações que cada bloco pode agrupar, mas isso aumentará os requisitos para dispositivos de nós de alto desempenho, diminuindo o grau de "descentralização".
A opção dois é o sharding, que divide o livro-razão da blockchain em várias partes, sendo que diferentes nós são responsáveis por diferentes registros. Isso pode reduzir a pressão computacional sobre os nós e o limiar de entrada, aumentando a velocidade de processamento das transações e o grau de descentralização; mas significa que a potência computacional da rede é dispersa, o que pode reduzir a "segurança" de toda a rede.
Alterar um protocolo de camada principal da rede pode ter impactos negativos imprevisíveis, uma vez que qualquer pequena vulnerabilidade de segurança na camada inferior pode ameaçar gravemente a segurança de toda a rede.
2.2 fora da cadeia expansão
Conceito central: solução de escalabilidade que não altera o protocolo da mainnet de camada 1 existente.
A solução de escalabilidade fora da cadeia pode ser subdividida em Layer2 e outras soluções:
3. Profundidade da solução de expansão fora da cadeia
Canais de Estado 3.1
3.1.1 Resumo
Os canais de estado estabelecem que os usuários só precisam interagir com a rede principal ao abrir, fechar ou resolver disputas no canal, realizando as interações entre os usuários fora da cadeia para reduzir o tempo e o custo monetário das transações, e permitindo um número ilimitado de transações.
Os canais de estado são protocolos P2P simples, adequados para "aplicações baseadas em turnos", como jogos de xadrez para duas pessoas. Cada canal é gerido por um contrato inteligente multi-assinatura que opera na rede principal, o qual controla os ativos depositados no canal, verifica as atualizações de estado e arbitra disputas entre os participantes. Após a implementação do contrato na rede, os participantes depositam fundos e bloqueiam, e após a confirmação da assinatura de ambas as partes, o canal é oficialmente aberto. O canal permite transações gratuitas fora da cadeia entre os participantes sem limites de número, desde que o valor líquido da transferência não exceda o total de tokens depositados. Os participantes alternam o envio de atualizações de estado um ao outro, aguardando a confirmação da assinatura do outro. Normalmente, as atualizações de estado acordadas por ambas as partes não são carregadas na rede principal; apenas em caso de disputa ou encerramento do canal é que se recorre à confirmação da rede principal. Ao encerrar o canal, qualquer participante pode solicitar uma transação na rede principal; se obter a aprovação de todas as assinaturas, a transação é executada imediatamente; caso contrário, deve aguardar o término do "período de contestação" para receber os fundos restantes.
Em suma, a solução de canais de estado pode reduzir significativamente a carga computacional da rede principal, aumentar a velocidade das transações e diminuir os custos das transações.
(# 3.1.2 Linha do tempo
)# 3.1.3 Princípio técnico
Fluxo de trabalho do canal de estado:
Alice e Bob depositam fundos do EOA pessoal para o endereço do contrato na cadeia, e esses fundos são bloqueados no contrato. Após a confirmação da assinatura de ambos, o canal de estado é oficialmente aberto.
Alice e Bob podem realizar transações ilimitadas fora da cadeia, comunicando-se através de mensagens assinadas criptograficamente. Ambas as partes precisam assinar cada transação para evitar fraudes de gasto duplo. Através dessas mensagens, eles propõem atualizações de estado de suas contas e aceitam as atualizações de estado propostas um pelo outro.
Se Alice quiser fechar o canal e encerrar a transação, deve submeter o estado final da sua conta ao contrato. Se Bob assinar a aprovação, o contrato devolverá os fundos bloqueados ao usuário correspondente com base no estado final. Se Bob não responder à assinatura, o contrato devolverá os fundos ao usuário correspondente após o término do período de desafio.
![Relatório de pesquisa em profundidade: Análise abrangente da expansão fora da cadeia]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ead28de03be9fc22dcfe3f679ee36bc5.webp###
(# 3.1.4 Vantagens e desvantagens
Vantagens:
Desvantagens:
)# 3.1.5 Aplicação
Rede Lightning do Bitcoin:
Rede Lightning do Ethereum:
Celer Network:
3.2 Sidechains
3.2.1 Resumo
O conceito de sidechain foi proposto pela primeira vez em 2012, como uma forma de blockchain que surgiu para acelerar as transações de Bitcoin. As sidechains podem usar contratos mais complexos, ou melhorar o mecanismo de consenso ### como PoS ###, ou parâmetros de bloco para que a sidechain atenda a funções específicas. Os resultados das transações da sidechain são finalmente registrados do lado do validador quando são enviados de volta para a cadeia principal. Esse modelo de blockchain não é uma nova forma de blockchain, mas sim uma infraestrutura que se anexa à cadeia principal e ajuda a resolver problemas da cadeia principal.
(# 3.2.2 Linha do tempo
)# 3.2.3 Princípios Técnicos
Os princípios técnicos das sidechains incluem duas principais tecnologias de cross-chain:
Simétrico Atado:
Pegado Assimétrico:
Resumo do mecanismo de cadeia lateral:
A segurança dos ativos da sidechain depende do mecanismo de consenso da sidechain. Se alguém criar ativos do nada na sidechain, pode haver o risco de roubo de fundos.
(# 3.2.4 Vantagens e desvantagens
Vantagens:
Desvantagens:
)# 3.2.5 Aplicação
xDai### agora Gnosis Chain###:
Polygon:
Ronin: