تحليل شامل لخطط توسيع خارج السلسلة: تطور قنوات الحالة إلى شبكة الإضاءة

تحليل العمق لتوسيع خارج السلسلة

المؤلفون: إيلاين شو، هيتي جيانغ، يونيو وانغ، والون لين، ييليو لين

1. ضرورة التوسع

مستقبل blockchain هو رؤية كبيرة: اللامركزية، والأمان، والقابلية للتوسع؛ لكن عادة ما يمكن أن تحقق blockchain اثنين فقط من هذه المتطلبات، وتسمى تلبية هذه المتطلبات الثلاثة مشكلة مثلث مستحيل blockchain. على مر السنين، كان الناس يستكشفون كيفية حل هذه المشكلة، وكيفية تحسين قدرة blockchain على المعالجة وسرعة المعاملات مع ضمان اللامركزية والأمان، أي حل مشكلة التوسع، هي واحدة من الموضوعات الساخنة التي يتم مناقشتها في عملية تطوير blockchain الحالية.

دعونا نحدد بشكل عام اللامركزية والأمان وقابلية التوسع في blockchain:

  • اللامركزية: يمكن لأي شخص أن يصبح عقدة ويشارك في إنتاج والتحقق من نظام blockchain، كلما زاد عدد العقد، زادت درجة اللامركزية، مما يضمن عدم سيطرة مجموعة صغيرة من المشاركين المركزيين الكبار على الشبكة.
  • الأمان: كلما زادت تكلفة الحصول على السيطرة على نظام blockchain، زادت الأمان، وبالتالي يمكن للسلسلة مقاومة نسبة أكبر من المشاركين الذين يهاجمونها.
  • القابلية للتوسع: قدرة blockchain على معالجة كمية كبيرة من المعاملات.

كانت أول عملية تقسيم كبيرة في شبكة بيتكوين ناتجة عن مشكلة توسيع السعة. مع زيادة عدد مستخدمي بيتكوين وحجم المعاملات، بدأت شبكة بيتكوين التي حد كل كتلة فيها 1MB تواجه مشكلة الازدحام؛ منذ عام 2015، كان هناك انقسام في مجتمع بيتكوين حول مشكلة توسيع السعة، حيث كان أحد الطرفين هو جماعة توسيع الكتل بتمثيل Bitcoin ABC، بينما كان الطرف الآخر هو جماعة الكتل الصغيرة بتمثيل Bitcoin Core، التي كانت تعتقد أنه ينبغي استخدام خطة الشهادة المعزولة Segwit لتحسين هيكل السلسلة الرئيسية. في 1 أغسطس 2017، بدأ نظام عميل Bitcoin ABC الذي تم تطويره ذاتيًا بسعة 8MB في العمل، مما أدى إلى ظهور أول تقسيم كبير في تاريخ بيتكوين، ومن ثم نشأت العملة الجديدة BCH.

وبالمثل، فإن شبكة إيثروم اختارت أيضًا التضحية بجزء من القابلية للتوسع من أجل ضمان أمان الشبكة ولامركزيتها؛ على الرغم من أن شبكة إيثروم لم تقيد حجم الكتلة مثل شبكة بيتكوين للحد من حجم المعاملات، بل حولت الأمر بشكل غير مباشر إلى تحديد حد أقصى لرسوم الوقود التي يمكن أن تستوعبها كتلة واحدة، إلا أن الهدف هو تحقيق توافق موثوق وضمان توزيع واسع للعقد. سواء تم إلغاء الحد أو رفعه، سيتسبب ذلك في التخلص من العديد من العقد الصغيرة التي تفتقر إلى النطاق الترددي والتخزين وقوة الحوسبة.

من CryptoKitties في عام 2017، صيف DeFi، ثم ظهور تطبيقات على السلسلة مثل GameFi و NFT، زادت السوق من طلبها على السعة، ولكن حتى الإيثيريوم المكتمل Turing يمكنه معالجة 15~45 معاملة فقط في الثانية (TPS)، مما أدى إلى زيادة تكاليف المعاملات، وزيادة زمن التسوية، مما يجعل معظم Dapps صعبة التحمل من حيث تكاليف التشغيل، وأصبح الشبكة بأكملها بطيئة ومكلفة للمستخدمين، مما يجعل مشكلة توسيع blockchain بحاجة ماسة إلى الحل. الحل المثالي للتوسع هو: دون التضحية باللامركزية والأمان، يمكن تحسين سرعة معاملات الشبكة blockchain ( زمن إنهاء أقصر ) وسعة المعاملات ( TPS أعلى ).

تقرير بحثي شامل عن العمق: تحليل كامل لتوسيع خارج السلسلة

2. أنواع خطط التوسع

نحن نصنف خطة التوسع إلى فئتين رئيسيتين: التوسع داخل السلسلة والتوسع خارج السلسلة، بناءً على معيار "ما إذا كان سيتم تغيير طبقة الشبكة الرئيسية".

2.1 توسيع السلسلة

المفهوم الأساسي: حل لتحقيق زيادة السعة من خلال تغيير بروتوكول الشبكة الرئيسية، الحل الرئيسي الحالي هو التجزئة.

هناك العديد من الحلول لتوسيع السلسلة، ولن يتم مناقشة هذا في هذه المقالة، فيما يلي موجز يذكر حلين:

  • الخيار الأول هو توسيع مساحة الكتلة، أي زيادة عدد المعاملات المعبأة في كل كتلة، لكن ذلك سيزيد من متطلبات الأجهزة عالية الأداء، مما يزيد من عتبة انضمام العقد، ويقلل من درجة "اللامركزية".
  • الخيار الثاني هو التقسيم، حيث يتم تقسيم دفتر أستاذ blockchain إلى عدة أجزاء، وليس كل عقدة تشارك في جميع عمليات التسجيل، بل تتحمل أجزاء مختلفة أي عقد مختلفة مسؤولية تسجيل مختلف، ويمكن أن تتعامل الحسابات المتوازية مع عدة معاملات في نفس الوقت؛ وهذا يمكن أن يقلل من ضغط الحساب على العقدة وعتبة الانضمام، ويعزز سرعة معالجة المعاملات ودرجة اللامركزية؛ لكن هذا يعني أن قوة الحوسبة في الشبكة يتم توزيعها، مما سيقلل من "أمان" الشبكة بأكملها.

قد يؤدي تغيير كود بروتوكول الشبكة الرئيسية إلى آثار سلبية يصعب التنبؤ بها، حيث أن أي ثغرة أمنية طفيفة في الطبقة الأساسية قد تهدد بشكل خطير أمان الشبكة بأكملها، وقد تضطر الشبكة إلى إجراء انقسام أو إصلاحات ترقيعية. على سبيل المثال، حدث ثغرة التضخم في Zcash في عام 2018: كان كود Zcash مستندًا إلى كود تعديل نسخة Bitcoin 0.11.2، وفي عام 2018 اكتشف أحد المهندسين وجود ثغرة خطيرة في الكود الأساسي، وهي إمكانية إصدار الرموز بلا حدود، وبعد ذلك قضى الفريق 8 أشهر في الإصلاح السري، ولم يتم الكشف عن هذا الحدث إلا بعد إصلاح الثغرة.

2.2 خارج السلسلة التوسع

المفهوم الأساسي: حل التوسع الذي لا يغير البروتوكول الحالي للشبكة الرئيسية من الطبقة الأولى.

خارج السلسلة توسيع الحلول يمكن تقسيمها إلى Layer2 وحلول أخرى:

تقرير عميق عن 万字: تحليل شامل لتوسيع خارج السلسلة

3. حلول توسيع خارج السلسلة

( 3.1 قنوات الدولة

3.1.1 ملخص

تنص قناة الحالة على أنه يجب على المستخدمين التفاعل مع الشبكة الرئيسية فقط عند فتح القناة أو إغلاقها أو حل النزاعات، ويتم إجراء التفاعلات بين المستخدمين خارج السلسلة، وذلك لتقليل الوقت وتكاليف المعاملات للمستخدمين، ولتحقيق عدم وجود قيود على عدد المعاملات.

قناة الحالة هي بروتوكول P2P بسيط، مناسب لتطبيقات "المبنية على الأدوار"، مثل لعبة الشطرنج الثنائية. يتم إدارة كل قناة بواسطة عقد ذكي متعدد التوقيعات يعمل على الشبكة الرئيسية، حيث يتحكم هذا العقد في الأصول المودعة في القناة، ويحقق تحديثات الحالة، ويقضي في النزاعات بين المشاركين ) بناءً على إثبات الاحتيال الموقّع والمُؤرخ ###. بعد نشر العقد في شبكة البلوكشين، يقوم المشاركون بإيداع مبلغ من المال وإغلاقه، وبعد تأكيد توقيع الطرفين، يتم فتح القناة رسميًا. تسمح القناة بإجراء معاملات مجانية غير محدودة خارج السلسلة بين المشاركين ( طالما أن صافي قيمة التحويلات الخاصة بهم لا يتجاوز المبلغ الإجمالي للرموز المودعة ). يقوم المشاركون بالتناوب على إرسال تحديثات الحالة لبعضهم البعض، في انتظار تأكيد توقيع الطرف الآخر. بمجرد تأكيد توقيع الطرف الآخر، تعتبر تحديثات الحالة هذه مكتملة. في الظروف العادية، لن يتم تحميل تحديثات الحالة التي اتفق عليها الطرفان إلى الشبكة الرئيسية، فقط في حالة حدوث نزاع أو إغلاق القناة، سيعتمد الأمر على تأكيد الشبكة الرئيسية. عند الحاجة لإغلاق القناة، يمكن لأي مشارك تقديم طلب معاملة على الشبكة الرئيسية، وإذا تم الموافقة على طلب الانسحاب بتوقيع متفق عليه من الجميع، يتم التنفيذ على الفور على السلسلة، أي أن العقد الذكي يقوم بتوزيع الأموال المحتجزة المتبقية وفقًا لرصيد كل مشارك في حالة القناة النهائية؛ إذا لم يوافق المشاركون الآخرون على التوقيع، يتعين على الجميع الانتظار حتى انتهاء "فترة التحدي" لتلقي الأموال المتبقية.

بناءً على ما سبق، يمكن أن يقلل نظام قنوات الحالة بشكل كبير من كمية الحسابات في الشبكة الرئيسية، ويعزز سرعة المعاملات، ويخفض تكاليف المعاملات.

3.1.2 خط الزمن

  • 2015/02، نشر جوزيف بون وثاديوس دريجا مسودة ورقة بيضاء لشبكة البرق.
  • 2015/11، قام جيف كولمان بتلخيص مفهوم قناة الدولة بشكل منهجي لأول مرة، وقدم قناة الدفع الخاصة بالبيتكوين كحالة فرعية في مفهوم قناة الدولة.
  • 2016/01، نشر جوزيف بون وثاديوس دريجا رسميًا الورقة البيضاء "شبكة البيتكوين الضوئية: المدفوعات الفورية القابلة للتوسع خارج السلسلة" مقترحًا خطة توسيع شبكة البيتكوين الضوئية Payment Channel( قناة الدفع)، وتستخدم هذه الخطة فقط لمعالجة مدفوعات التحويل على شبكة البيتكوين.
  • 2017/11، تم تقديم أول معيار تصميم يتعلق بقناة الحالة تحت إطار قناة الدفع Sprites.
  • 2018/06، قدمت Counterfactual تصميمًا مفصلًا للغاية لقنوات الحالة العامة، وهو أول تصميم مرتبط تمامًا بقنوات الحالة.
  • في أكتوبر 2018 ، اقترحت مقالة شبكات قنوات الدولة المعممة مفهوم شبكات قنوات الدولة والقنوات الافتراضية.
  • 2019/02، تم توسيع مفهوم قنوات الحالة إلى قنوات N-Party، Nitro هو البروتوكول الأول الذي تم إنشاؤه استنادًا إلى هذه الفكرة.
  • 2019/10، قامت Pisa بتوسيع مفهوم Watchtowers لمعالجة مشكلة الحاجة إلى أن يكون جميع المشاركين متصلين باستمرار.
  • 2020/03، قدمت Hydra قنوات متشابهة سريعة.

تقرير بحث عميق حول: تحليل شامل لتوسيع خارج السلسلة

3.1.3 المبادئ التقنية

تظهر الصورة 1 سير العمل التقليدي على السلسلة: يتفاعل Alice و Bob مع العقد الذكي الموجود على الشبكة الرئيسية، ويقوم المستخدمون بتغيير حالة العقد الذكي من خلال إرسال المعاملات إلى السلسلة. العيب هو أنه سيؤدي إلى المشكلات الزمنية والتكلفة التي تم مناقشتها أعلاه.

تقرير بحثي شامل: تحليل كامل لتوسيع خارج السلسلة

تظهر الصورة 2 سير العمل العام الذي تتبعه معظم بروتوكولات قنوات الحالة: في الحالات المتفائلة، يحتاج آليس وبوب إلى تنفيذ نفس الإجراءات كما في السابق، ولكن هذه المرة يستخدمون قناة الحالة بدلاً من التفاعل مع عقود السلسلة.

  • الخطوة الأولى، تتفاعل أليس وبوب من خلال إيداع الأموال من عنوان EOA الشخصي إلى عنوان العقد على السلسلة ( بمبلغ 1,2)، حيث يتم قفل هذه الأموال في العقد حتى يتم إرجاع الرصيد للمستخدم عند إغلاق القناة؛ بعد تأكيد توقيع الاثنين، يتم فتح قناة الحالة بين الاثنين رسميًا.
  • الخطوة الثانية، يمكن لـ Alice و Bob theoretically إجراء عدد غير محدود من المعاملات خارج السلسلة ( خط متقطع أزرق )، يتواصل المشاركون عبر رسائل مشفرة موقعة ( بدلاً من التواصل مع شبكة البلوكشين ). يحتاج كلا المستخدمين إلى توقيع كل معاملة لمنع الاحتيال المزدوج. من خلال هذه الرسائل، يقترحون تحديثات حالة حساباتهم، ويقبلون تحديثات الحالة المقترحة من الطرف الآخر.
  • الخطوة الثالثة، إذا أرادت أليس إغلاق القناة وإنهاء المعاملة مع بوب، تحتاج أليس إلى تقديم الحالة النهائية لحسابها إلى العقد ( التفاعل 3)، إذا وقع بوب ووافق، فسوف يقوم العقد بإطلاق الأموال المحجوزة بناءً على الحالة النهائية وإعادتها إلى المستخدم المقابل ( التفاعل 4،5). إذا لم يستجب بوب للتوقيع، فسوف يقوم العقد بإطلاق الأموال المحجوزة وإعادتها إلى المستخدم المقابل بعد انتهاء فترة التحدي.

تقرير عميق من عشرة آلاف كلمة: تحليل شامل لتوسيع خارج السلسلة

يوضح الشكل 3 سير العمل لقناة الحالة في حالة التشاؤم: في البداية، يودع المشاركان الأموال ( التفاعل 1، 2)، ثم يبدأان في تبادل تحديثات الحالة ( الخط المتقطع الأزرق ). لنفترض أنه في نقطة زمنية معينة، لم يستجب Bob لتحديث الحالة الذي أرسلته Alice مع توقيع ( التفاعل 3)، في هذه الحالة، يمكن لـ Alice بدء تحدي من خلال تقديم آخر حالة صالحة لها إلى العقد ( التفاعل 4)، وهذه الحالة الصالحة تحتوي أيضًا على توقيع Bob السابق، مما يثبت أن المعاملة الأخيرة قد حصلت على موافقة Bob، وتم استلام الحالة النهائية بتأكيد Bob. بعد ذلك، يسمح العقد لـ Bob بالرد خلال فترة معينة عن طريق تقديم الحالة التالية إلى العقد؛ إذا استجاب Bob، يمكن للطرفين الاستمرار في إجراء المعاملات داخل قناة الحالة؛ إذا لم يستجب Bob خلال هذه الفترة، يغلق العقد قناة الحالة تلقائيًا ويعيد الأموال إلى Alice ( التفاعل 5).

تقرير بحثي عميق: تحليل شامل للتوسع خارج السلسلة

3.1.4 المميزات والعيوب

المزايا:

  • تأكيد المعاملات الفورية
  • عالٍ
  • رسوم منخفضة
  • خصوصية عالية

عيوب:

  • تحتاج إلى قفل الأموال
  • يحتاج المستخدمون إلى تسجيل الدخول بشكل متكرر
  • زيادة التعقيد

3.1.5 التطبيق

شبكة البرق بيتكوين

نظرة عامة:

شبكة البرق هي قناة دفع صغيرة على شبكة البيتكوين، وقد شهدت تطوراً تقنياً شاملاً: 2/2 بناء قنوات دفع أحادية الاتجاه، وزيادة RSMC

شاهد النسخة الأصلية
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.
  • أعجبني
  • 3
  • مشاركة
تعليق
0/400
StableBoivip
· منذ 13 س
التعدين总是卡卡的 啥时候能快点啊
شاهد النسخة الأصليةرد0
OneBlockAtATimevip
· منذ 13 س
من الصعب فهمه، من يمكنه شرحه؟
شاهد النسخة الأصليةرد0
gaslight_gasfeezvip
· منذ 13 س
متى يمكن حل مشكلة البلوكتشين هذه حقا؟
شاهد النسخة الأصليةرد0
  • تثبيت