Поза блокчейном розширення Глибина аналізу

1. Необхідність розширення

Майбутнє блокчейну полягає в досягненні децентралізації, безпеки та масштабованості, але зазвичай можливо одночасно задовольнити лише два з цих вимог, що називається проблемою неможливого трикутника блокчейну. Протягом багатьох років люди досліджували, як підвищити пропускну здатність блокчейну та швидкість транзакцій за умови забезпечення децентралізації та безпеки, тобто вирішення проблеми масштабування.

Децентралізація, безпека та масштабованість блокчейну визначаються наступним чином:

• Децентралізація: будь-хто може брати участь у виробництві та верифікації блокчейн-системи, чим більше вузлів, тим вищий рівень децентралізації.
• Безпека: Чим більші витрати на отримання контролю над блокчейн-системою, тим вища безпека, здатна протистояти значній частині атак.
• Масштабованість: здатність блокчейну обробляти велику кількість транзакцій.

Мережі біткоїн та ефір вибрали часткову жертву масштабованості для забезпечення безпеки та децентралізації мережі. Але з ростом поза блокчейном застосувань, ринок стикається з постійно зростаючим попитом на пропускну здатність, що призводить до збільшення витрат на транзакції, подовження часу розрахунків і робить більшість DApps важкими для підтримки з точки зору витрат. Ідеальним рішенням для масштабування є: збільшити швидкість транзакцій та пропускну здатність блокчейн-мережі без шкоди для децентралізації та безпеки.

2. Категорії планів розширення

Плани розширення можна поділити на дві основні категорії: розширення на блокчейні та розширення поза блокчейном, в залежності від того, чи змінюється основна мережа.

2.1 розширення в ланцюгу

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

Основні рішення для розширення можливостей поза блокчейном включають:

1. Розширення простору блоку, збільшення кількості транзакцій, які упаковуються в кожен блок, але це підвищить вимоги до вузлів і знизить рівень децентралізації.

2. Фрагментація, розподіл бухгалтерської книги блокчейну на кілька частин, за які відповідають різні вузли, може знизити навантаження на вузли, підвищити швидкість обробки транзакцій та рівень децентралізації, але знизить загальну безпеку мережі.

Зміна протоколу основної мережі може спричинити непередбачувані негативні наслідки; будь-яка незначна уразливість безпеки на нижньому рівні серйозно загрожує безпеці всієї мережі.

2.2 поза блокчейном розширення

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

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

• Layer2: включає канали стану, бокові ланцюги, Plasma, Rollups тощо.
• Інші рішення: включаючи 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 користувачам потрібно взаємодіяти з основною мережею лише при відкритті, закритті або вирішенні суперечок, а взаємодію між користувачами проводити поза блокчейном, щоб знизити час та витрати на транзакції, а також забезпечити необмежену кількість транзакцій.

Стан каналу – це простий P2P протокол, придатний для "застосунків на основі раундів", таких як шахи для двох. Кожен канал управляється мультипідписним смарт-контрактом, що працює в основній мережі, який контролює активи, що вносяться до каналу, перевіряє оновлення стану та арбітрує спори між учасниками.

3.1.2 Часова лінія

• 2015/02: Джозеф Пун і Тадеуш Дрія опублікували проект білого паперу про блискавичну мережу.
• 2015/11: Джефф Коулман вперше систематично узагальнив концепцію State Channel.
• 2016/01: Джозеф Пун і Таддеус Дріджа офіційно опублікували білий документ про біткойн-мережу блискавки.
• 2017/11:提出 перший стандарт проектування State Channel на основі основи Payment Channel Sprites.
• 2018/06: Counterfactual запропонував детальний дизайн Generalized State Channels.
• 2018/10: Концептуалізація державних мереж каналів та віртуальних каналів.
• 2019/02: Концепція статусних каналів розширена до N-Party Channels, Nitro є першим протоколом, створеним на основі цієї ідеї.
• 2019/10: Pisa розширила концепцію Watchtowers, вирішивши проблему, що учасники повинні бути постійно онлайн.
• 2020/03:Hydra запропонував Швидкі ізоморфні канали.

3.1.3 Технічні принципи

Процес роботи каналів стану є наступним:

1. Користувач вносить кошти в смарт-контракт основної мережі для відкриття каналу.
2. Користувач може здійснювати необмежену кількість угод поза блокчейном, спілкуючись через підписані повідомлення.
3. При закритті каналу користувач подає контракту остаточний стан. Якщо обидві сторони підтверджують підписом, контракт розподіляє кошти відповідно до остаточного стану; у разі суперечки потрібно дочекатися закінчення періоду оскарження.

3.1.4 Переваги та недоліки

Переваги:

• Миттєве підтвердження
• Низькі комісії
• Висока конфіденційність
• Підходить для частих дрібних транзакцій

Недоліки:

• Потрібно заздалегідь заблокувати кошти
• Не підходить для багатосторонньої торгівлі
• Учасники повинні залишатися онлайн
• Під час закриття каналу потрібно чекати період виклику

3.1.5 Додаток

Основні застосування включають:

1. Біткоїн-ліхтарна мережа: канал дрібних платежів у мережі Біткоїн, що дозволяє здійснювати швидкі та дешеві транзакції.

2. Ethereum Lightning Network: платіжний канал на основі Ethereum, мета якого полягає в досягненні миттєвих, низьковартісних та масштабованих платежів токенами ERC20.

3. Celer Network: додаткова шарова мережа блискавки, що підходить для DApps типу з високою частотою взаємодії.

3.1.6 Порівняння застосувань

Біткоїн-мережа Lightning, мережа Lightning Ethereum та Celer Network мають певні відмінності в технічній реалізації, сценаріях використання та розвитку екосистеми. Біткоїн-мережа Lightning в основному використовується для платежів у біткоїнах, мережа Lightning використовується для платежів токенами Ethereum, тоді як Celer Network має ширший діапазон застосування.

3.2 Бічні ланцюги

3.2.1 Огляд

Бічний ланцюг – це форма блокчейну, яка з'явилася для прискорення транзакцій основного ланцюга, може використовувати більш складні контракти або покращувати механізм консенсусу. Результати транзакцій бічного ланцюга в кінцевому підсумку будуть зафіксовані на стороні валідаторів основного ланцюга.

3.2.2 Хронологія

• 2012/01: Концепція бічних ланцюгів біткойна була представлена в чаті
• 2014/10: Опубліковано документ про бічні ланцюги Bitcoin
• 2017/04: Запуск тестової мережі POA Network
• 2017/10: Запуск Matic Network
• 2017/12: Запуск основної мережі POA Network
• 2018/01:Запуск тестової мережі Skales
• 2018/10: запущено тестову мережу xDai Chain
• 2020/06:Запуск основної мережі Skale
• 2020/06: Запуск основної мережі Ethereum sidechain Matic PoS Chain
• 2021/02:Matic Network перейменовано на Polygon Network
• 2021/02: Запуск основної мережі Ronin, бічної мережі гри Axie Infinity
• 2021/12: xDai Chain об'єдналася з Gnosis Dao і утворила Gnosis Chain
• 2022/03: Мережу POA об'єднано з Gnosis Chain

3.2.3 Технічні принципи

Бічні ланцюги мають два основні способи комунікації з головним ланцюгом:

1. Двостороннє закріплення ( Симетричне закріплення ): валідатори основного ланцюга та бічного ланцюга в реальному часі записують заголовки блоків один одного.

2. Некомплектний анкер ( Асиметричне прив'язування ): валідатори бічної мережі моніторять активність головної мережі, але головна мережа не реєструє інформацію бічної мережі. Потрібно ввести механізм Сертифікаторів для перевірки транзакцій, що повертаються з бічної мережі.

Підсумок механізму бічного ланцюга:

• Активи з основної мережі до бокової: основна мережа блокує активи, бокова мережа генерує упаковані активи
• Активи з бічної мережі на основну мережу: бічна мережа знищує запаковані активи, основна мережа розблокує активи

Безпека активів на бічному ланцюзі залежить від механізму консенсусу бічного ланцюга.

! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею

3.2.4 Плюси та мінуси

Переваги:

• Вищий обсяг торгівлі
• Нижчі комісії за транзакції
• Гнучкі сценарії застосування
• Не впливає на безпеку основного ланцюга

Недоліки:

• Додаткові припущення довіри
• Мости між ланцюгами можуть мати проблеми з безпекою
• Дисперсія ліквідності

3.2.5 Застосування

Основні застосування включають:

1. xDai( тепер Gnosis Chain): використовуємо $xDai як комісії за транзакції, використовує PoSDAO механізм консенсусу.

2. Polygon: агрегатор рішень для розширення Ethereum, що пропонує PoS бокову ланцюг та Plasma ланцюг.

3. Ronin: бічна ланка, розроблена для гри Axie Infinity, що використовує механізм консенсусу PoA.

3.2.6 Порівняння застосувань

xDai, Polygon та Ronin мають відмінності в механізмах консенсусу, сценаріях використання та розвитку екосистеми. xDai в основному використовується для платежів, Polygon є багатофункціональним рішенням для масштабування, Ronin зосереджений на ігрових додатках.

! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз офчейн-експансії

3.3 Плазма

3.3.1 Огляд

Plasma є фреймворком для створення масштабованих DApp, що має на меті знизити довіру користувачів до операторів побічних ланцюгів до мінімуму. Навіть якщо оператор вчинить злочин, Plasma може запобігти крадіжці коштів користувачів.

3.3.2 Часова лінія

• 2017/08:Віталік та Джозеф Пун представили білий документ Plasma
• 2018/01: представлено Plasma MVP
• 2018/03: запропоновано Plasma Cash
• 2018/06: запропоновано Plasma Debit
• 2018/11: запропоновано Plasma Prime
• З 2019 року: спільнота Ethereum почала вивчати рішення Rollups

3.3.3 Технічні принципи

Основна ідея Plasma:

• поза блокчейном виконання: більшість роботи обробляється поза основною мережею
• Статус зобов'язання: Оператор регулярно подає Merkle Root в основній мережі
• Механізм виходу: користувач може витягти кошти за допомогою Merkle Proof

Основний процес Plasma:

1. Користувач вносить кошти в основну мережу
2. Користувач здійснює交易 на Plasma链上
3. Оператор упаковує транзакцію та подає корінь Меркла до основної мережі
4. Користувач може вийти з Plasma-ланцюга через Merkle Proof

3.3.4 Плюси та мінуси

Переваги:

• Висока пропускна спроможність
• Низькі торговельні витрати
• Спадкування безпеки основної мережі

Недоліки:

• Складний механізм виходу
• Проблема доступності даних
• Масовий вихід може призвести до заторів
• Обмежена функціональність смарт-контрактів

3.3.5 Застосування

Основні застосування включають:

1. Plasma Group: перетворено на Optimism, зосереджено на дослідженні Optimistic Rollup

2. OMG Network: перейменовано в Boba Network, перейшло на рішення Optimistic Rollup

3. Polygon: надає Plasma-ланцюг, потім акцент переходить на технологію Rollup

3.3.6 Підсумок

Plasma є перехідним технологічним рішенням, яке через технічні обмеження не отримало широкого застосування. Більшість проектів згодом перейшли на рішення Rollup.

3.4 Ролапи

3.4.1 Огляд

Основна ідея Rollups полягає в тому, щоб розмістити обчислення та зберігання стану поза блокчейном, а в ланцюзі зберігати зобов'язання стану та стиснені дані транзакцій. Вони діляться на два основних типи: Optimistic Rollups та ZK Rollups.

3.4.2 Технічний принцип

Основні технічні характеристики Rollups:

• поза блокчейном віртуальна машина: виконання обчислень транзакцій та зміна стану
• Стиснення транзакцій: зменшення обсягу даних для зберігання поза блокчейном
• Обіцянка статусу: регулярне подання кореня статусу в основній мережі
• Доступність даних: торгові дані зберігаються в calldata основної мережі

Вартість транзакцій Rollups = Вартість зберігання даних L1 + Вартість обробки L2

3.4.3 Плюси та мінуси

Переваги:

• Висока пропускна здатність
• Низькі комісії за транзакції
• Спадкування безпечності основної мережі
• Позбутися довіри

Недоліки:

• Затримка виведення