Майбутнє блокчейну передбачає досягнення децентралізації, безпеки та масштабованості, але зазвичай можливо одночасно задовольнити лише дві з цих вимог, що називається проблемою неможливого трикутника блокчейну. Протягом багатьох років люди досліджують, як підвищити пропускну здатність та швидкість транзакцій блокчейну, забезпечуючи при цьому децентралізацію та безпеку, тобто вирішувати проблему масштабування, що є однією з актуальних тем розвитку блокчейну сьогодні.
Децентралізація, безпека та масштабованість блокчейну можуть бути в основному визначені як:
Децентралізація: будь-хто може стати вузлом для участі в виробництві та перевірці блокчейн-системи, чим більше вузлів, тим вищий рівень децентралізації.
Безпека: Чим вищі витрати на отримання контролю над системою блокчейн, тим вища безпека, мережа може протистояти атакам значної частини учасників.
Масштабованість: здатність блокчейну обробляти велику кількість транзакцій.
Перше велике хард-форк у мережі Біткойн виникло через проблему масштабування. Зі збільшенням кількості користувачів і обсягу транзакцій мережа Біткойн з обмеженням в 1 МБ почала стикатися з переповненням. З 2015 року у спільноті Біткойн виникли розбіжності щодо проблеми масштабування, що врешті-решт призвело до першого великого хард-форка в історії Біткойн 1 серпня 2017 року, внаслідок чого з'явилася нова монета BCH.
Те ж саме, мережа Ethereum також обирає пожертвувати частиною масштабованості для забезпечення безпеки та децентралізації. Хоча Ethereum безпосередньо не обмежує розмір блоку, але встановлює верхню межу на витрати пального для окремого блоку, мета полягає в досягненні бездоказового консенсусу та забезпеченні широкого розподілу вузлів.
Від CryptoKitties у 2017 році до подальшого зростання застосувань DeFi, GameFi та NFT, ринок постійно зростає в попиті на пропускну здатність. Але навіть Ethereum, який є тьюрінгом, може обробляти лише 15-45 транзакцій на секунду, що призводить до зростання витрат на транзакції, подовження часу розрахунку, і більшості DApps важко витримати витрати на експлуатацію, внаслідок чого вся мережа стає повільною і дорогою. Тому проблему масштабування блокчейна необхідно терміново вирішити. Ідеальне рішення для масштабування - це підвищення швидкості транзакцій і пропускної здатності, не жертвуючи децентралізацією та безпекою.
Ми можемо розділити варіанти розширення на дві основні категорії: розширення на базі блокчейну та розширення поза блокчейном, за стандартом "чи змінюється один шар основної мережі".
2.1 Розширення на ланцюгу
Ключова концепція: рішення, що досягає ефекту масштабування шляхом зміни одного рівня основного мережевого протоколу, наразі основним рішенням є шардінг.
Розширення ланцюга має кілька варіантів, у цій статті не буде розгорнутого обговорення, а просто перераховано два з них:
Варіант перший - це розширення блочного простору, тобто збільшення кількості транзакцій, що пакетуються в кожному блоці, але це підвищить вимоги до обладнання високопродуктивних вузлів, підвищить бар'єр для приєднання вузлів і знизить рівень децентралізації.
План два - це шардінг, що розділяє блокчейн-реєстр на кілька частин, де різні шардінги відповідають за різні записи, паралельні обчислення можуть одночасно обробляти кілька транзакцій; це може знизити обчислювальне навантаження на вузли та бар'єри для входу, підвищити швидкість обробки транзакцій та ступінь децентралізації; але це означає, що обчислювальна потужність всієї мережі розподіляється, що знижує загальну безпеку мережі.
Зміна основного протоколу мережі може призвести до непередбачуваних негативних наслідків, оскільки будь-які вразливості безпеки на нижньому рівні можуть серйозно загрожувати безпеці всієї мережі.
2.2 поза блокчейном розширення
Основна концепція: рішення для масштабування, яке не змінює існуючий протокол основної мережі першого рівня.
поза блокчейном рішення для розширення можна поділити на Layer2 та інші рішення:
Статевий канал передбачає, що лише під час відкриття, закриття або вирішення суперечок користувачам потрібно взаємодіяти з основною мережею, а взаємодії між користувачами проходять поза блокчейном, щоб зменшити час та витрати на транзакції, забезпечуючи необмежену кількість транзакцій.
Стан каналу є простим P2P-протоколом, що підходить для "додатків на основі раундів", таких як гра в шахи для двох осіб. Кожен канал управляється багатопідписним смарт-контрактом, що працює в основній мережі, який контролює активи, що вносяться до каналу, перевіряє оновлення стану та арбітрує суперечки між учасниками. Після розгортання контракту учасники вносять кошти та блокують їх, після підтвердження підписом обох сторін канал офіційно відкривається. Канал дозволяє учасникам здійснювати необмежену кількість безкоштовних транзакцій поза блокчейном (, якщо чиста вартість переказу не перевищує загальну суму токенів, внесених ). Учасники по черзі надсилають оновлення стану один одному, чекаючи підтвердження підписом іншого. Як тільки інший учасник підтверджує підпис, це оновлення стану вважається завершеним. У нормальних умовах погоджені оновлення стану не завантажуються в основну мережу, лише в разі виникнення суперечок або закриття каналу вони залежать від підтвердження основної мережі. При закритті каналу будь-який учасник може подати запит на транзакцію в основну мережу; якщо буде отримано схвалення підпису від усіх, транзакція виконується негайно; в іншому випадку необхідно дочекатися закінчення "періоду оскарження", щоб отримати залишкові кошти.
Отже, рішення зі статусними каналами може значно зменшити обчислювальне навантаження основної мережі, підвищити швидкість транзакцій та знизити витрати на транзакції.
3.1.2 Часова лінія
2015/02: Джозеф Пун та Таддеус Дріджа опублікували проект білої книги про мережу Lightning.
2015/11: Джефф Коулман вперше систематично узагальнив концепцію State Channel, запропонувавши, що Payment Channel у біткоїні є підвипадком концепції State Channel.
2016/01: Джозеф Пун і Таддеус Дріджа офіційно опублікували білу книгу «The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments», в якій запропонували рішення для масштабування біткойн-мережі через Payment Channel.
2017/11: Представлено першу специфікацію дизайну State Channel на основі фреймворку Payment Channel, Sprites.
2018/06:Counterfactual представив детальний дизайн Generalized State Channels, це перший повністю пов'язаний з станом каналів дизайн.
2018/10: У статті «Узагальнені державні канальні мережі» пропонуються концепції державних канальних мереж і віртуальних каналів.
2019/02: концепція каналів стану розширена до N-Party Channels, Nitro є першим протоколом, створеним на основі цієї ідеї.
2019/10:Pisa розширив концепцію Watchtowers, щоб вирішити проблему постійної онлайн-явки всіх учасників.
2020/03:Hydra запропонував Швидкі ізоморфні канали.
3.1.3 Технічні принципи
Загальний робочий процес статус-каналу виглядає так:
Аліса та Боб через внесення коштів з особистого EOA на адресу контракту в мережі, ці кошти блокуються в контракті, поки канал не буде закрито, після чого вони повертаються користувачу; після підписання обома сторонами, канал офіційно відкривається.
Аліса та Боб можуть проводити необмежену кількість транзакцій поза блокчейном, учасники спілкуються один з одним через зашифровані підписані повідомлення. Обидві сторони повинні підписувати кожну транзакцію, щоб запобігти подвійним витратам. Через ці повідомлення вони пропонують оновлення стану своїх рахунків і приймають запропоновані оновлення стану від іншої сторони.
Якщо Аліса хоче закрити канал, їй потрібно подати остаточний стан свого рахунку до контракту. Якщо Боб підпише та затвердить, контракт звільнить заблоковані кошти та поверне їх відповідному користувачу відповідно до остаточного стану. Якщо Боб не відповість на підпис, контракт звільнить кошти та поверне їх відповідному користувачу після закінчення періоду оскарження.
У песимістичному сценарії, якщо Боб у певний момент не відповість на підпис оновлення статусу, надісланий Алісою, Аліса може ініціювати виклик, подавши до контракту свій останній дійсний статус. Потім контракт дозволяє Бобу протягом певного часу відповісти, подавши наступний статус до контракту; якщо Боб відповідає, вони можуть продовжити торгівлю в каналі статусу; якщо Боб не відповідає в цей період, контракт автоматично закриває канал статусу і повертає кошти Алісі.
3.1.4 Плюси та мінуси
Переваги:
Миттєва торгівля: без необхідності чекати підтвердження блоку
Висока пропускна здатність: поза блокчейном кількість транзакцій не обмежена
Низька вартість: плата за транзакції в мережі необхідна лише під час відкриття та закриття каналу
Приватність: деталі поза блокчейном не будуть оприлюднені
Недоліки:
Замороження коштів: під час відкриття каналу кошти заморожуються
Онлайн вимоги: учасники повинні залишатися онлайн для підписання оновлень статусу
Погана комбінованість: не підходить для складних багатосторонніх взаємодій
Залежність від безпеки: залежність від зовнішніх моніторингових сервісів (, таких як Watchtowers ), для запобігання зловмисності.
3.1.5 Застосування
Біткоїн-мережа блискавки:
Платіжний канал малих платежів, що базується на мережі біткойнів, використовує 2/2 мультипідпис для побудови одностороннього платіжного каналу, потім, після додавання RSMC, створюється двосторонній платіжний канал, а після додавання HTLC платіжний канал розширюється до багатокористувацьких платежів, в результаті чого створюється платіжна мережа.
У лютому 2015 року був представлений проект білого паперу, у січні 2016 року було опубліковано офіційну версію білого паперу.
Першу версію основної мережі було випущено в березні 2018 року.
У 2021 році Сальвадор прийняв біткоїн як законний платіжний засіб та випустив гаманець Chivo на основі мережі Lightning.
У 2022 році було 76,236 платіжних каналів, обсяг коштів у каналах склав 5049 BTC.
Екологічний розвиток: від базового BTC мережі до основних інфраструктурних ( рішень, вузлів та послуг ліквідності ), а також до різноманітних платіжних та фінансових послуг і додатків.
Ефірний грозовий мережа:
Невеликі платіжні канали на основі Ethereum, подібні до мережі Lightning.
Заснована в 2017 році, в жовтні того ж року проведено ICO.
Перший Raiden Light Client був запущений на основній мережі Ethereum у травні 2020 року.
Наразі не отримав широкого впровадження, причини включають високий поріг використання, появу більш просунутих технологій розширення тощо.
Перетворюється на роботу в мережі Ethereum Layer2 Rollup, зменшуючи витрати на газ для створення State Channel.
Мережа Celer:
По суті, це збільшення шару стимулів ( токена $CELR) мережі Lightning, що будує блокчейн DApps типу високочастотних взаємодій за допомогою технології розширення поза блокчейном та економічної моделі стимулювання.
Підходить для платформ електронного спорту та інших сценаріїв високочастотної взаємодії.
Заснована в 2018 році, у березні 2019 року токен $CELR був випущений на Launchpad Binance.
На даний момент вже запущено продукти, такі як DeFi-протокол Layer2.finance, інформаційний кросчейн-протокол Celer IM та міст активів cBridge.
Біткоїн-мережа Lightning, мережа Lightning Ethereum та Celer Network мають схожий підхід до проектування, оскільки всі вони є позаблокчейном рішеннями для розширення на основі каналу стану. Основна різниця полягає в тому:
Базовий блокчейн: Біткойн-мережа Lightning базується на Біткойні, мережа Lightning і Celer Network базуються на Ефірі.
Сценарії використання:
Мережа Lightning в основному використовується для малих платежів біткойнами
Мережа Lightning має на меті підтримку платежів токенами ERC20 на Ethereum
Celer Network має ширшу мету, підтримує DApps з високою частотою взаємодії
Технічні характеристики:
Мережева технологія Lightning використовує HTLC для реалізації багатоступеневих платежів
Мережа Лайтнінг використовує подібний механізм
Celer Network додав рівень стимулювання та рівень маршрутизації стану
Етап розвитку:
Мережа Lightning вже досить зріла, екосистема добре розвивається
Розвиток мережі Lightning відбувається повільно, рівень використання невисокий
Celer Network переходить до багаточанового платформи агрегації.
Токеноміка:
Мережа блискавки без рідного токена
Мережа Lightning та Celer Network випустили свої токени
3.2 Бічні ланцюги
3.2.1 Резюме
Концепція бокового ланцюга вперше була запропонована у 2012 році в чаті розробників Bitcoin, а в 2014 році дослідник Blockstream написав першу статтю на цю тему.
Бічний ланцюг є формою блокчейну, яка з'явилася для прискорення транзакцій з біткойном. Він може використовувати більш складні контракти або покращити механізм консенсусу (, та налаштувати параметри блоку, щоб зробити бічний ланцюг придатним для конкретних цілей. Результати транзакцій бічного ланцюга в кінцевому підсумку реєструються на головному ланцюзі під час передачі.
Переглянути оригінал
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.
15 лайків
Нагородити
15
5
Поділіться
Прокоментувати
0/400
LiquidationAlert
· 07-01 16:29
Не панікуйте, ви ж живі, хоча на початку втратили гроші?
Аналіз варіантів розширення поза блокчейном: технологічні принципи та порівняння застосування State Channels і Sidechains
Поза блокчейном розширення Глибина аналізу
1. Необхідність розширення
Майбутнє блокчейну передбачає досягнення децентралізації, безпеки та масштабованості, але зазвичай можливо одночасно задовольнити лише дві з цих вимог, що називається проблемою неможливого трикутника блокчейну. Протягом багатьох років люди досліджують, як підвищити пропускну здатність та швидкість транзакцій блокчейну, забезпечуючи при цьому децентралізацію та безпеку, тобто вирішувати проблему масштабування, що є однією з актуальних тем розвитку блокчейну сьогодні.
Децентралізація, безпека та масштабованість блокчейну можуть бути в основному визначені як:
Перше велике хард-форк у мережі Біткойн виникло через проблему масштабування. Зі збільшенням кількості користувачів і обсягу транзакцій мережа Біткойн з обмеженням в 1 МБ почала стикатися з переповненням. З 2015 року у спільноті Біткойн виникли розбіжності щодо проблеми масштабування, що врешті-решт призвело до першого великого хард-форка в історії Біткойн 1 серпня 2017 року, внаслідок чого з'явилася нова монета BCH.
Те ж саме, мережа Ethereum також обирає пожертвувати частиною масштабованості для забезпечення безпеки та децентралізації. Хоча Ethereum безпосередньо не обмежує розмір блоку, але встановлює верхню межу на витрати пального для окремого блоку, мета полягає в досягненні бездоказового консенсусу та забезпеченні широкого розподілу вузлів.
Від CryptoKitties у 2017 році до подальшого зростання застосувань DeFi, GameFi та NFT, ринок постійно зростає в попиті на пропускну здатність. Але навіть Ethereum, який є тьюрінгом, може обробляти лише 15-45 транзакцій на секунду, що призводить до зростання витрат на транзакції, подовження часу розрахунку, і більшості DApps важко витримати витрати на експлуатацію, внаслідок чого вся мережа стає повільною і дорогою. Тому проблему масштабування блокчейна необхідно терміново вирішити. Ідеальне рішення для масштабування - це підвищення швидкості транзакцій і пропускної здатності, не жертвуючи децентралізацією та безпекою.
! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз офчейн-експансії
2. Категорії рішень для розширення
Ми можемо розділити варіанти розширення на дві основні категорії: розширення на базі блокчейну та розширення поза блокчейном, за стандартом "чи змінюється один шар основної мережі".
2.1 Розширення на ланцюгу
Ключова концепція: рішення, що досягає ефекту масштабування шляхом зміни одного рівня основного мережевого протоколу, наразі основним рішенням є шардінг.
Розширення ланцюга має кілька варіантів, у цій статті не буде розгорнутого обговорення, а просто перераховано два з них:
Варіант перший - це розширення блочного простору, тобто збільшення кількості транзакцій, що пакетуються в кожному блоці, але це підвищить вимоги до обладнання високопродуктивних вузлів, підвищить бар'єр для приєднання вузлів і знизить рівень децентралізації.
План два - це шардінг, що розділяє блокчейн-реєстр на кілька частин, де різні шардінги відповідають за різні записи, паралельні обчислення можуть одночасно обробляти кілька транзакцій; це може знизити обчислювальне навантаження на вузли та бар'єри для входу, підвищити швидкість обробки транзакцій та ступінь децентралізації; але це означає, що обчислювальна потужність всієї мережі розподіляється, що знижує загальну безпеку мережі.
Зміна основного протоколу мережі може призвести до непередбачуваних негативних наслідків, оскільки будь-які вразливості безпеки на нижньому рівні можуть серйозно загрожувати безпеці всієї мережі.
2.2 поза блокчейном розширення
Основна концепція: рішення для масштабування, яке не змінює існуючий протокол основної мережі першого рівня.
поза блокчейном рішення для розширення можна поділити на Layer2 та інші рішення:
! Звіт про глибоке дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз офчейн-експансії
3. Поза блокчейном розширення схеми
3.1 Державні канали
3.1.1 Резюме
Статевий канал передбачає, що лише під час відкриття, закриття або вирішення суперечок користувачам потрібно взаємодіяти з основною мережею, а взаємодії між користувачами проходять поза блокчейном, щоб зменшити час та витрати на транзакції, забезпечуючи необмежену кількість транзакцій.
Стан каналу є простим P2P-протоколом, що підходить для "додатків на основі раундів", таких як гра в шахи для двох осіб. Кожен канал управляється багатопідписним смарт-контрактом, що працює в основній мережі, який контролює активи, що вносяться до каналу, перевіряє оновлення стану та арбітрує суперечки між учасниками. Після розгортання контракту учасники вносять кошти та блокують їх, після підтвердження підписом обох сторін канал офіційно відкривається. Канал дозволяє учасникам здійснювати необмежену кількість безкоштовних транзакцій поза блокчейном (, якщо чиста вартість переказу не перевищує загальну суму токенів, внесених ). Учасники по черзі надсилають оновлення стану один одному, чекаючи підтвердження підписом іншого. Як тільки інший учасник підтверджує підпис, це оновлення стану вважається завершеним. У нормальних умовах погоджені оновлення стану не завантажуються в основну мережу, лише в разі виникнення суперечок або закриття каналу вони залежать від підтвердження основної мережі. При закритті каналу будь-який учасник може подати запит на транзакцію в основну мережу; якщо буде отримано схвалення підпису від усіх, транзакція виконується негайно; в іншому випадку необхідно дочекатися закінчення "періоду оскарження", щоб отримати залишкові кошти.
Отже, рішення зі статусними каналами може значно зменшити обчислювальне навантаження основної мережі, підвищити швидкість транзакцій та знизити витрати на транзакції.
3.1.2 Часова лінія
3.1.3 Технічні принципи
Загальний робочий процес статус-каналу виглядає так:
Аліса та Боб через внесення коштів з особистого EOA на адресу контракту в мережі, ці кошти блокуються в контракті, поки канал не буде закрито, після чого вони повертаються користувачу; після підписання обома сторонами, канал офіційно відкривається.
Аліса та Боб можуть проводити необмежену кількість транзакцій поза блокчейном, учасники спілкуються один з одним через зашифровані підписані повідомлення. Обидві сторони повинні підписувати кожну транзакцію, щоб запобігти подвійним витратам. Через ці повідомлення вони пропонують оновлення стану своїх рахунків і приймають запропоновані оновлення стану від іншої сторони.
Якщо Аліса хоче закрити канал, їй потрібно подати остаточний стан свого рахунку до контракту. Якщо Боб підпише та затвердить, контракт звільнить заблоковані кошти та поверне їх відповідному користувачу відповідно до остаточного стану. Якщо Боб не відповість на підпис, контракт звільнить кошти та поверне їх відповідному користувачу після закінчення періоду оскарження.
У песимістичному сценарії, якщо Боб у певний момент не відповість на підпис оновлення статусу, надісланий Алісою, Аліса може ініціювати виклик, подавши до контракту свій останній дійсний статус. Потім контракт дозволяє Бобу протягом певного часу відповісти, подавши наступний статус до контракту; якщо Боб відповідає, вони можуть продовжити торгівлю в каналі статусу; якщо Боб не відповідає в цей період, контракт автоматично закриває канал статусу і повертає кошти Алісі.
3.1.4 Плюси та мінуси
Переваги:
Недоліки:
3.1.5 Застосування
Біткоїн-мережа блискавки:
Ефірний грозовий мережа:
Мережа Celer:
! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею
3.1.6 Порівняння застосувань
Біткоїн-мережа Lightning, мережа Lightning Ethereum та Celer Network мають схожий підхід до проектування, оскільки всі вони є позаблокчейном рішеннями для розширення на основі каналу стану. Основна різниця полягає в тому:
Базовий блокчейн: Біткойн-мережа Lightning базується на Біткойні, мережа Lightning і Celer Network базуються на Ефірі.
Сценарії використання:
Технічні характеристики:
Етап розвитку:
Токеноміка:
3.2 Бічні ланцюги
3.2.1 Резюме
Концепція бокового ланцюга вперше була запропонована у 2012 році в чаті розробників Bitcoin, а в 2014 році дослідник Blockstream написав першу статтю на цю тему.
Бічний ланцюг є формою блокчейну, яка з'явилася для прискорення транзакцій з біткойном. Він може використовувати більш складні контракти або покращити механізм консенсусу (, та налаштувати параметри блоку, щоб зробити бічний ланцюг придатним для конкретних цілей. Результати транзакцій бічного ланцюга в кінцевому підсумку реєструються на головному ланцюзі під час передачі.