1. Необходимость увеличения пропускной способности
Проблема невозможного треугольника, с которой сталкивается блокчейн: децентрализация, безопасность и масштабируемость трудно удовлетворить одновременно. В настоящее время одной из горячих тем развития блокчейна является то, как повысить пропускную способность и скорость транзакций блокчейна при обеспечении децентрализации и безопасности, то есть решить проблему масштабирования.
Определение децентрализации, безопасности и масштабируемости блокчейна:
Децентрализация: чем больше количество узлов, тем выше степень децентрализации, сеть не контролируется небольшой группой.
Безопасность: Чем выше стоимость получения контроля над блокчейн-системой, тем выше безопасность, тем более она устойчива к атакам значительного процента участников.
Масштабируемость: способность блокчейна обрабатывать большое количество транзакций.
Первый значительный хард-форк сети Биткойн произошел из-за проблемы с масштабированием. 1 августа 2017 года клиентская система Bitcoin ABC, разработанная самостоятельно с размером блока 8 МБ, начала функционировать, что привело к первому значительному хард-форку в истории Биткойна и появлению новой криптовалюты BCH.
Сеть Эфириум ограничивает объем транзакций, устанавливая предел на сумму топливных сборов, которые могут быть включены в один блок, чтобы достичь доверительной консенсуса и обеспечить широкое распределение узлов. С ростом числа приложений на цепочке, рыночный спрос на пропускную способность постоянно увеличивается, но Эфириум может обрабатывать только 15-45 транзакций в секунду, что приводит к росту затрат на транзакции, увеличению времени расчета, и большинству Dapps трудно выдерживать операционные расходы, сеть становится медленной и дорогой, проблема масштабируемости блокчейна требует срочного решения.
Согласно критерию "изменение основного сетевого уровня", планы по расширению делятся на две большие категории: расширение в блокчейне и расширение вне блокчейна.
2.1 Масштабирование в блокчейне
Основная концепция: решение, достигающее эффекта масштабирования за счет изменения одного уровня протокола основной сети, в настоящее время основное решение — это шarding.
Существует множество решений для масштабирования в блокчейне, в этой статье не будет подробного изложения, ниже кратко перечислены два решения:
Решение первое заключается в увеличении пространства блока, то есть увеличении количества транзакций, упакованных в каждом блоке, но это повысит требования к устройствам высокопроизводительных узлов, повысит порог входа для узлов и снизит степень "децентрализации".
Решение два - это шардирование, которое разделяет блокчейн-реестр на несколько частей, при этом не каждый узел участвует в учете всех транзакций, а разные шардирования, то есть разные узлы, отвечают за разные записи, параллельные вычисления могут одновременно обрабатывать несколько транзакций; это может снизить вычислительную нагрузку на узлы и порог входа, повысить скорость обработки транзакций и уровень децентрализации; но это означает, что вся вычислительная мощность сети будет распределена, что снизит "безопасность" всей сети.
Изменение кода протокола основного сетевого уровня может привести к непредсказуемым негативным последствиям, так как любые незначительные уязвимости в безопасности на нижнем уровне могут серьезно угрожать безопасности всей сети, и сеть может быть вынуждена провести форк или прервать обновление для исправления.
2.2 вне блокчейна расширение
Основная концепция: решение для масштабирования, не изменяющее существующий протокол основной сети первого уровня.
вне блокчейна расширение решения можно дополнительно разделить на Layer2 и другие решения:
Состояние канала предполагает, что пользователям необходимо взаимодействовать с основной сетью только при открытии, закрытии или разрешении споров, а взаимодействие между пользователями осуществляется вне блокчейна, что позволяет снизить временные и финансовые затраты пользователей на транзакции и реализовать неограниченное количество транзакций.
Статус-канал является простым P2P-протоколом, подходящим для "приложений, основанных на раундах", например, для игры в шахматы на двоих. Каждый канал управляется многоподписным смарт-контрактом, работающим в основной сети, который контролирует активы, внесенные в канал, проверяет обновления статуса и разрешает споры между участниками ( на основе доказательства мошенничества с подписью и временной меткой ).
2015/02, Джозеф Пун и Таддеус Дрия опубликовали черновик белой книги по сети Lightning.
В ноябре 2015 года Джефф Коулман впервые систематически изложил концепцию State Channel и предложил, что Payment Channel биткойна является подкатегорией концепции State Channel.
2016/01, Joseph Poon и Thaddeus Dryja официально опубликовали белую книгу «Сеть мгновенных платежей Bitcoin Lightning: масштабируемые вне блокчейна мгновенные платежи», в которой предложено решение для масштабирования сети Bitcoin - Payment Channel (, данное решение предназначено только для обработки переводов и платежей в сети Bitcoin.
Ноябрь 2017 года, первая спецификация дизайна State Channel на основе фреймворка Payment Channel под названием Sprites была предложена.
2018/06, Counterfactual предложила очень подробный дизайн Обобщенных Каналов Состояния, это первый полностью связанный с состоянием каналов дизайн.
В октябре 2018 года статья Generalised State Channel Networks представила концепции State Channel Networks и Virtual Channels.
2019/02, концепция состояния канала расширена до N-Party Channels, Nitro является первым протоколом, основанным на этой идее.
2019/10, Pisa расширила концепцию Watchtowers, чтобы решить проблему постоянного онлайн-режима для всех участников.
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(
)# 3.1.3 Технические принципы
Рабочий процесс каналов состояния:
Пользователь вносит средства в смарт-контракт на блокчейне и блокирует их, канал открывается.
Пользователь проводит сделки вне блокчейна, подтверждая каждую транзакцию с помощью подписи.
При необходимости закрыть канал, отправьте окончательное состояние на смарт-контракт в блокчейне.
Если возникнет спор, можно перейти в период оспаривания и представить доказательства.
Контракт возвращает средства пользователю в зависимости от окончательного состояния или результата вызова.
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-815c5eb2bdba725e04eebe67b22d42aa.webp(
)# 3.1.4 Достоинства и недостатки
Преимущества:
Мгновенное подтверждение
Низкие комиссии
Высокая конфиденциальность
Высокая пропускная способность
Недостатки:
Необходимо постоянное онлайн-мониторинг
Невозможно справиться с массовым выходом
Ограниченная ёмкость канала
Низкая ликвидность
Недостаток универсальности
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-010d7309e0cc697da400d07e6948a16e.webp(
)# 3.1.5 Приложение
Биткойн-Лайтнинг-сеть:
это канал малых платежей в сети Биткойн
Создание торговой сети через вне блокчейна малые платежные каналы и посредников для решения проблемы масштабируемости сети Биткойн
Теоретически можно обрабатывать миллион транзакций в секунду
Экосистема постоянно развивается, приложения охватывают несколько категорий, включая платежи, кошельки, управление узлами и др.
Эфириум Лайтнинг Сеть:
Канал малых платежей на основе Эфириума
В настоящее время эта технология не получила широкого применения
Команда преобразует Raiden Network, чтобы она работала на сети Rollup второго уровня Ethereum.
Сеть Celer:
По сути, это сеть молний с добавленным уровнем стимулов
Можно создавать быстрые, удобные, недорогие и безопасные Dapps на блокчейне с высокой частотой взаимодействия с использованием технологий вне блокчейна и стимулирующих экономических моделей.
Запущен кросс-цепочный мост активов cBridge и другие продукты
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a4480736fad06464a18b1727f6ab08fd.webp(
) 3.2 Сайдчейны
3.2.1 Обзор
Сайдчейн — это форма блокчейна, появившаяся для ускорения транзакций биткойна, которая может использовать более сложные контракты или улучшить механизм консенсуса ###, например, через PoS (, или параметры блока, чтобы сайдчейн соответствовал определенной функции. Результаты транзакций сайдчейна в конечном итоге записываются на стороне валидаторов при передаче обратно в основную цепь. Эта модель блокчейна не является новой формой блокчейна, а представляет собой инфраструктуру, прикрепленную к основной цепи и помогающую основной цепи решать проблемы.
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-1de870028e6093bdc65cf457fae9fe5f.webp(
)# 3.2.2 Линия времени
Январь 2012 года, концепция побочной цепи Биткойна была предложена в чате
2014/10, статья о побочных цепочках биткойна впервые опубликована: Симметрично привязанные и Ассиметрично привязанные
2017/04, в тестовой сети запущен побочный блокчейн POA Network на основе консенсуса Proof of Authentication Ethereum.
2017/10, Запуск сети Matic
2017/12, запущена основная сеть POA Network
2018/01, запуск тестовой сети Skales
2018/10, тестовая сеть xDai Chain запущена
06/2020, Запуск основной сети Skale
2020/06, основной сети Matic PoS Chain на базе Ethereum запущена
2021/02, бренд Matic Network был переименован в Polygon Network
2021/02, запустилась основная сеть Ronin, сайдчейн игры Axie Infinity
2021/12, xDai Chain объединилась с Gnosis Dao в Gnosis Chain
2022/03, POA Network объединился с Gnosis Chain
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-779b8baeed69bf439a173ac56813cead.webp(
)# 3.2.3 Технические принципы
Два основных механизма побочной цепи:
Двусторонняя привязка ### Симметричная привязка (:
Валидаторы основной цепи и побочной цепи в реальном времени фиксируют состояние друг друга. Когда токены основной цепи перемещаются на побочную цепь, это создает специальный вывод, который может разблокировать только валидатор побочной цепи.
Несогласованное якорение ) Ассиметричное привязывание (:
Валидаторы побочной цепи контролируют деятельность основной цепи и могут активно фиксировать транзакции от основной цепи к побочной. Однако при переходе от побочной цепи к основной, основная цепь не может подтвердить состояние побочной цепи, необходимо внедрение механизма сертификаторов.
Простыми словами механизм побочной цепи:
От основной цепи к побочной цепи: основная цепь блокирует активы, побочная цепь создает обернутый актив.
Сайдчейн к основной цепи: сайдчейн уничтожает обернутый актив, основная цепь разблокирует актив
Безопасность активов в сайдчейне зависит от механизма консенсуса сайдчейна.
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-1faa24d9c7da38a7eb8139e1dbfd0b48.webp(
)# 3.2.4 Достоинства и недостатки
Преимущества:
Высокая степень настройки
Активы главной цепочки можно использовать
Не влияет на основную цепь
Может реализовать сложные функции
Недостатки:
безопасность ниже
Низкий уровень децентрализации
Распределенная ликвидность
Недостаток нативных активов
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-869d06f1266b024a04fe5267dea23e21.webp(
)# 3.2.5 Приложение
xDai теперь ### Gnosis Chain(:
Токен $xDai привязан к $Dai в соотношении 1:1
Использование механизмаConsensus PoSDAO
Объединено с Gnosis
Многоугольник:
Агрегатор решений по масштабированию Эфириума
Предоставление Polygon PoS побочной цепи и различных решений Rollup
Экосистема быстро развивается, имеет множество Dapp и пользователей
Ронин:
Боковая цепь игры Axie Infinity
Использование механизма консенсуса PoA
Подвергался серьезной хакерской атаке
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d8b974e2f3c984bbd6ccbc8576953d75.webp(
) 3.3 Плазма
3.3.1 Обзор
Plasma — это фреймворк для создания масштабируемых Dapp. Он появился как эволюционное решение для побочных цепей, направленное на минимизацию доверия пользователей к операторам побочных цепей.
Посмотреть Оригинал
This page may contain third-party content, which is provided for information purposes only (not representations/warranties) and should not be considered as an endorsement of its views by Gate, nor as financial or professional advice. See Disclaimer for details.
Глубина анализа расширения вне блокчейна: Полное сравнение решений State Channels, Sidechains, Plasma и Rollups
Глубокий анализ расширения вне блокчейна
Автор: Элейн Сюй, Хетти Цзян, Юнь Ван, Уалон Лин, Илю Лин
1. Необходимость увеличения пропускной способности
Проблема невозможного треугольника, с которой сталкивается блокчейн: децентрализация, безопасность и масштабируемость трудно удовлетворить одновременно. В настоящее время одной из горячих тем развития блокчейна является то, как повысить пропускную способность и скорость транзакций блокчейна при обеспечении децентрализации и безопасности, то есть решить проблему масштабирования.
Определение децентрализации, безопасности и масштабируемости блокчейна:
Первый значительный хард-форк сети Биткойн произошел из-за проблемы с масштабированием. 1 августа 2017 года клиентская система Bitcoin ABC, разработанная самостоятельно с размером блока 8 МБ, начала функционировать, что привело к первому значительному хард-форку в истории Биткойна и появлению новой криптовалюты BCH.
Сеть Эфириум ограничивает объем транзакций, устанавливая предел на сумму топливных сборов, которые могут быть включены в один блок, чтобы достичь доверительной консенсуса и обеспечить широкое распределение узлов. С ростом числа приложений на цепочке, рыночный спрос на пропускную способность постоянно увеличивается, но Эфириум может обрабатывать только 15-45 транзакций в секунду, что приводит к росту затрат на транзакции, увеличению времени расчета, и большинству Dapps трудно выдерживать операционные расходы, сеть становится медленной и дорогой, проблема масштабируемости блокчейна требует срочного решения.
! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети
2. Категории решений по масштабированию
Согласно критерию "изменение основного сетевого уровня", планы по расширению делятся на две большие категории: расширение в блокчейне и расширение вне блокчейна.
2.1 Масштабирование в блокчейне
Основная концепция: решение, достигающее эффекта масштабирования за счет изменения одного уровня протокола основной сети, в настоящее время основное решение — это шarding.
Существует множество решений для масштабирования в блокчейне, в этой статье не будет подробного изложения, ниже кратко перечислены два решения:
Изменение кода протокола основного сетевого уровня может привести к непредсказуемым негативным последствиям, так как любые незначительные уязвимости в безопасности на нижнем уровне могут серьезно угрожать безопасности всей сети, и сеть может быть вынуждена провести форк или прервать обновление для исправления.
2.2 вне блокчейна расширение
Основная концепция: решение для масштабирования, не изменяющее существующий протокол основной сети первого уровня.
вне блокчейна расширение решения можно дополнительно разделить на Layer2 и другие решения:
! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети
3.方案 вне блокчейна расширения
3.1 Государственные каналы
3.1.1 Обзор
Состояние канала предполагает, что пользователям необходимо взаимодействовать с основной сетью только при открытии, закрытии или разрешении споров, а взаимодействие между пользователями осуществляется вне блокчейна, что позволяет снизить временные и финансовые затраты пользователей на транзакции и реализовать неограниченное количество транзакций.
Статус-канал является простым P2P-протоколом, подходящим для "приложений, основанных на раундах", например, для игры в шахматы на двоих. Каждый канал управляется многоподписным смарт-контрактом, работающим в основной сети, который контролирует активы, внесенные в канал, проверяет обновления статуса и разрешает споры между участниками ( на основе доказательства мошенничества с подписью и временной меткой ).
! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети
3.1.2 Хронология
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(
)# 3.1.3 Технические принципы
Рабочий процесс каналов состояния:
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-815c5eb2bdba725e04eebe67b22d42aa.webp(
)# 3.1.4 Достоинства и недостатки
Преимущества:
Недостатки:
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-010d7309e0cc697da400d07e6948a16e.webp(
)# 3.1.5 Приложение
Биткойн-Лайтнинг-сеть:
Эфириум Лайтнинг Сеть:
Сеть Celer:
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a4480736fad06464a18b1727f6ab08fd.webp(
) 3.2 Сайдчейны
3.2.1 Обзор
Сайдчейн — это форма блокчейна, появившаяся для ускорения транзакций биткойна, которая может использовать более сложные контракты или улучшить механизм консенсуса ###, например, через PoS (, или параметры блока, чтобы сайдчейн соответствовал определенной функции. Результаты транзакций сайдчейна в конечном итоге записываются на стороне валидаторов при передаче обратно в основную цепь. Эта модель блокчейна не является новой формой блокчейна, а представляет собой инфраструктуру, прикрепленную к основной цепи и помогающую основной цепи решать проблемы.
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-1de870028e6093bdc65cf457fae9fe5f.webp(
)# 3.2.2 Линия времени
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-779b8baeed69bf439a173ac56813cead.webp(
)# 3.2.3 Технические принципы
Два основных механизма побочной цепи:
Двусторонняя привязка ### Симметричная привязка (: Валидаторы основной цепи и побочной цепи в реальном времени фиксируют состояние друг друга. Когда токены основной цепи перемещаются на побочную цепь, это создает специальный вывод, который может разблокировать только валидатор побочной цепи.
Несогласованное якорение ) Ассиметричное привязывание (: Валидаторы побочной цепи контролируют деятельность основной цепи и могут активно фиксировать транзакции от основной цепи к побочной. Однако при переходе от побочной цепи к основной, основная цепь не может подтвердить состояние побочной цепи, необходимо внедрение механизма сертификаторов.
Простыми словами механизм побочной цепи:
Безопасность активов в сайдчейне зависит от механизма консенсуса сайдчейна.
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-1faa24d9c7da38a7eb8139e1dbfd0b48.webp(
)# 3.2.4 Достоинства и недостатки
Преимущества:
Недостатки:
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-869d06f1266b024a04fe5267dea23e21.webp(
)# 3.2.5 Приложение
xDai теперь ### Gnosis Chain(:
Многоугольник:
Ронин:
! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d8b974e2f3c984bbd6ccbc8576953d75.webp(
) 3.3 Плазма
3.3.1 Обзор
Plasma — это фреймворк для создания масштабируемых Dapp. Он появился как эволюционное решение для побочных цепей, направленное на минимизацию доверия пользователей к операторам побочных цепей.