Sistema de conocimientos básicos de la red de segunda capa de Bitcoin

El surgimiento de las inscripciones de Bitcoin ha traído nueva vida al ecosistema de Bitcoin, haciendo que más personas vuelvan a prestar atención a Bitcoin. Algunos creen que esto ha abierto la caja de Pandora del ecosistema de Bitcoin. Dentro de los numerosos desarrollos tecnológicos del ecosistema de Bitcoin, la construcción de la segunda capa es primordial. Este artículo resume los conocimientos básicos sobre la segunda capa de Bitcoin, con la esperanza de que inspire a más personas a perfeccionar ideas relacionadas y promueva el desarrollo de este campo.

Algunas opiniones sostienen que el mundo de blockchain comienza con Bitcoin y termina con el ecosistema Bitcoin. Ethereum también puede considerarse como una exploración de la tecnología de cadena lateral de Bitcoin.

En este artículo, "construcción de segunda capa" y "construcción de red de segunda capa" son prácticamente sinónimos; la construcción de segunda capa es un concepto más amplio. Para adaptarse a la terminología común en la industria, también se utilizará la expresión "construcción de red de segunda capa".

1. La misión de la capa 2 Layer2

Para entender los problemas básicos que necesita resolver la construcción de la segunda capa de Bitcoin, comencemos con las características fundamentales del sistema de blockchain.

1.1 Características básicas y requerimientos de la blockchain

Podemos ver la blockchain como una "computadora mundial". Desde esta perspectiva, es más claro entender las múltiples características de la blockchain. También analizaremos la posibilidad de desarrollo de esta "computadora mundial" según la estructura de von Neumann.

Algunas características básicas de la blockchain:

Transparente y Abierto: Esta es la característica de almacenamiento de datos y ejecución de instrucciones de la "computadora mundial" que es la blockchain, así como la necesidad interna de que numerosos nodos distribuidos en todo el mundo participen en el cálculo. Esta característica satisface el derecho a la información del usuario sobre los datos, y es el resultado conjunto de los requisitos de colaboración interna de esta "computadora mundial" y las necesidades externas de los usuarios.

Descentralización: Esta es una característica arquitectónica de esta "computadora mundial". El grado de descentralización y la tolerancia a fallos están teóricamente respaldados por la teoría de los generales bizantinos. Los sistemas no bizantinos teóricamente no son sistemas de blockchain. El grado de descentralización es un indicador importante de la seguridad de la blockchain y también es la base de ciertas características.

Seguridad: La seguridad está compuesta por las demandas internas generadas por las características de la arquitectura de esta "computadora mundial" y las demandas externas necesarias para los usuarios. A nivel micro, la seguridad está garantizada por tecnologías relacionadas con la criptografía, y a nivel macro, está asegurada por la descentralización de la arquitectura, de modo que no se vea afectada la seguridad de esta "computadora mundial" debido a la falsificación de datos micro o a la destrucción de la arquitectura macro.

Capacidad de cálculo: Una de las funciones principales de la computadora mundial que es la blockchain es la capacidad de cálculo. Para medir este indicador, generalmente utilizamos si es Turing completo como referencia. Algunas cadenas, para mantener sus características principales, están diseñadas intencionadamente para ser no Turing completas. Por ejemplo, la red Bitcoin no solo hace que sus instrucciones de código no sean Turing completas, sino que además, en su desarrollo, ha eliminado intencionadamente algunas instrucciones del conjunto, con el fin de mantener su estabilidad y seguridad. Todas las tecnologías Turing completas están destinadas a ampliar la capacidad de cálculo de la blockchain. Desde la perspectiva del diseño por capas, los sistemas simples son más adecuados para funcionar como base.

Rendimiento: Con la misma capacidad de cálculo, el rendimiento es otra capacidad principal que se evalúa en el mundo de las computadoras blockchain. Generalmente se mide en TPS, es decir, el número de transacciones procesadas por segundo.

Almacenamiento: La blockchain se describe como un "computador mundial", por lo que debe tener una función de almacenamiento, es decir, la capacidad de registrar datos. Actualmente, la mayoría de los datos se almacenan dentro de bloques, mientras que el almacenamiento en cadena fuera del bloque más especializado aún está en desarrollo.

Privacidad: La privacidad es una necesidad segmentada en la "computadora mundial", que exige mantener el ámbito de permisos de los productores y usuarios de datos durante el proceso de computación y almacenamiento (. También incluimos la resistencia a la censura en la parte de privacidad ). Esto está impulsado básicamente por las necesidades externas del usuario.

También hay un indicador integral de escalabilidad, que generalmente se refiere a la escalabilidad de toda la arquitectura. Esta característica afecta la mayoría de las características básicas. A nivel de arquitectura, la escalabilidad del sistema es un indicador muy importante. También puede haber algunas capacidades de conexión u otras capacidades específicas de ciertos escenarios, pero no se discutirán aquí.

En estas características básicas de la blockchain, la mayoría están limitadas por la relación de desarrollo mutuo del triángulo imposible. Por ejemplo, la conjetura DSS, es decir, Descentralización (Decentralization, Seguridad )Security, y Escalabilidad (Scalability.

En un sistema distribuido, un triángulo imposible similar es el principio CAP, que se refiere a la consistencia ), disponibilidad ( y tolerancia a particiones ) en un sistema distribuido, donde los tres no se pueden lograr simultáneamente. Los sistemas de blockchain son sistemas distribuidos que presentan el problema de los generales bizantinos, por lo que también se aplica el principio CAP.

( 1.2 El papel de la construcción de la segunda capa

¿Qué roles debe completar la construcción de la segunda capa? ¿Qué funciones debe proporcionar? La construcción de la segunda capa debe abordar las deficiencias del sistema de la primera capa, realizando en la segunda capa aquellas cosas que no son adecuadas para llevar a cabo en el sistema de la primera capa.

A partir de las características de blockchain resumidas anteriormente, se puede llegar a una conclusión preliminar, que es expandir estas capacidades básicas: publicidad y transparencia, descentralización, seguridad, capacidad de cálculo, rendimiento ), capacidad de procesamiento (, almacenamiento, privacidad, etc. Además de estas capacidades básicas desde un punto de vista técnico, hay un problema económico muy importante que necesita ser resuelto, que es reducir costos, ya que el costo total de ejecutar transacciones en una red de capa uno suele ser bastante alto, lo que requiere el uso de redes de capa dos para reducir estos costos.

Resumiendo en una frase, las soluciones para aumentar la capacidad, reducir costos y personalizar características son todas construcciones de segunda capa. En cuanto a la personalización de características, actualmente no es lo suficientemente evidente, o a menudo está oculta entre las dos primeras características, lo que resulta algo confuso. Podemos entenderlo así: las características de la red de primera capa requieren diferentes niveles para muchas aplicaciones, y se pueden ajustar en la segunda capa para la implementación de diversas características específicas de ciertas aplicaciones.

En la construcción de la segunda capa, las capacidades fundamentales de la blockchain tendrán diferentes compromisos, lo que resultará en una reducción de algunas características, e incluso en la eliminación de ciertas características, a cambio de una mejora significativa de algunas otras. Por ejemplo: algunas segundas capas, para mejorar el rendimiento, reducirán el grado de descentralización y disminuirán la seguridad; algunas segundas capas, para aumentar el rendimiento, como Lightning Network, cambiarán la estructura del sistema y el método de liquidación. También hay algunas que, sin reducir las características fundamentales, mejoran algún tipo de característica, como el método de procesamiento RGB, que aumenta notablemente la privacidad y la resistencia a la censura, pero incrementa la dificultad de implementación técnica. En los casos posteriores, veremos la construcción de segundas capas que reducen o alteran varias características al mismo tiempo.

Reducir costos debería ser una necesidad básica en toda la construcción de segunda capa.

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) 1.3 ¿Por qué hacer un diseño en capas?

El diseño en capas es un medio y una metodología para que los humanos manejen sistemas complejos, dividiendo el sistema en múltiples jerarquías y definiendo las relaciones y funciones entre cada capa, con el fin de lograr la modularidad, mantenibilidad y escalabilidad del sistema, lo que mejora la eficiencia y la fiabilidad del diseño del sistema.

Para un sistema de protocolos amplio y extenso, utilizar una jerarquía tendrá ventajas claras. Esto facilita la comprensión, la división del trabajo para su implementación y la mejora modular, entre otros beneficios. Al igual que el diseño del modelo de siete capas ISO/OSI en redes informáticas, pero en la implementación concreta, se pueden combinar algunas capas; por ejemplo, el protocolo de red específico TCP/IP es un protocolo de cuatro capas.

Las ventajas de la estratificación del protocolo son específicas:

1.Cada nivel es independiente entre sí. Un nivel no necesita saber cómo se implementa su siguiente nivel, solo necesita conocer los servicios que se ofrecen a través de las interfaces entre niveles. De esta manera, la complejidad del problema total disminuye. Es decir, cómo se realiza el trabajo del nivel anterior no afecta el trabajo del siguiente nivel, por lo que al diseñar el trabajo de cada nivel, solo necesitamos garantizar que la interfaz permanezca constante y podemos ajustar libremente la forma de trabajar dentro de cada nivel.

2.Buena flexibilidad. Cuando cualquier capa cambia, siempre que la relación de interfaz entre capas se mantenga constante, las capas por encima o por debajo no se verán afectadas. Cuando una capa presenta innovaciones tecnológicas o cuando una capa tiene problemas en su funcionamiento, no afectará el trabajo de las otras capas; al resolver problemas, solo es necesario considerar el problema de esa capa en particular.

3.Estructuralmente divisible. Cada capa puede adoptar la tecnología más adecuada para su implementación. El desarrollo de la tecnología suele ser asimétrico; la división jerárquica evita de manera efectiva el efecto del barril, y no se verá afectada la eficiencia general del trabajo debido a la imperfección de una determinada área tecnológica.

4.Fácil de implementar y mantener. Esta estructura facilita el manejo de la implementación y depuración de un sistema grande y complejo, ya que el sistema completo se ha desglosado en varios subsistemas relativamente independientes. Durante la depuración y el mantenimiento, se puede depurar cada capa por separado, evitando situaciones en las que no se puede encontrar o resolver un problema.

5.Puede promover el trabajo de estandarización. Porque cada función de la capa y los servicios que proporciona ya tienen una descripción precisa. La ventaja de la estandarización es que se puede reemplazar libremente una de las capas, lo que resulta muy conveniente para su uso e investigación.

El pensamiento de diseño modular por capas es un método común en el campo técnico para tratar proyectos de ingeniería que son grandes en funcionalidad, requieren la colaboración de múltiples personas y están en constante mejora, y es un método que ha sido probado en la práctica y ha demostrado ser eficaz.

2. Algunas ideas para la construcción de Bitcoin Layer 2

Las dos capas de Bitcoin tienen tres rutas de construcción de segunda capa destacadas:

###1( una es una ruta de expansión basada en la cadena, muy similar a la segunda capa de EVM, es la estructura de blockchain;

)2( una es una ruta basada en distribuido, representada por la red de relámpago, es una estructura distribuida.

)3### también hay una ruta basada en un sistema centralizado, representada por el índice centralizado, que es una estructura centralizada.

Las dos primeras formas tienen características únicas, ya hay algunos productos en uso y otros en exploración. En cuanto a la primera forma, debido al florecimiento de Ethereum y la exploración de otras cadenas imitadoras de Bitcoin, la expansión de segunda capa basada en la cadena es relativamente más fácil, con más casos de referencia. La segunda forma, basada en la distribución, generalmente es más difícil y su desarrollo es un poco más lento, representada por la red Lightning. La tercera forma es muy controvertida, ya que no parece ser una construcción de segunda capa, pero parece haber completado las funciones de una construcción de segunda capa.

¿Cuál es la mejor solución de construcción de segunda capa? Usamos un resultado de mercado como estándar de medida; la solución cuya red de segunda capa tenga el mayor valor total bloqueado TVL(Total Value Locked) será la solución óptima. Con el tiempo y el desarrollo de la tecnología, esta solución óptima será un proceso en cambio.

Para la definición de la red de segunda capa de Bitcoin, siempre que se base en la red de Bitcoin y establezca una conexión técnica con ella, y algunas características sean superiores a la red de primera capa de Bitcoin, se considera construcción de la red de segunda capa de Bitcoin. En otras palabras: cualquier sistema que consuma BTC como gas, utilizando BTC como activo subyacente, que amplíe el rendimiento de Bitcoin, se considera construcción de segunda capa. Según este juicio, deberíamos aceptar una tercera forma de construcción de red de segunda capa, es decir, la construcción de segunda capa con estructura centralizada.

El desarrollo de la tecnología del Bitcoin en sí, como la modificación de OP_RETURN, Taproot, la firma Schnorr, MAST y Tapscript, debería estar diseñado para conectar la primera y la segunda capa. No se deberían utilizar estas tecnologías para desarrollar demasiadas funciones, ya que la red de primera capa, por mucho que se expanda, no tendrá un avance cualitativo; es necesario construir en la segunda capa. Sin embargo, en ausencia de mejores productos de segunda capa para Bitcoin, estas capacidades tecnológicas que conectan la primera y la segunda capa serán utilizadas en exceso durante un tiempo.

( 2.1 Construcción de segunda capa basada en la cadena

Las cadenas de imitación de Bitcoin en sus primeras etapas realizaron diversas exploraciones, como "Colorcoin") moneda colorida(, "CovertCoins" y "MasterCoin"; varias cadenas de imitación de Bitcoin de escalabilidad, como BCH) Bitcoin Cash(, BSV) Bitcoin SV###, BTG( Bitcoin Gold); diversas tecnologías de cadenas laterales se basan en la construcción de casos de expansión de cadenas, se puede decir que es una forma amplia de segunda capa.

Incluyendo Ethereum, que también es una exploración de mejora basada en Bitcoin. En respuesta a las imperfecciones de Bitcoin: el sistema sin cuentas de UTXO, el lenguaje de ejecución no es Turing-completo, problemas de escalabilidad, se desarrolló una nueva generación de sistemas de blockchain. Esta exploración de Ethereum, aunque no es una construcción de segunda capa directa sobre Bitcoin, es una exploración de construcción basada en la cadena en un sentido amplio.

Exploración de mejoras para Bitcoin que no son perfectas, así como la segunda capa en Ethereum.