Système de connaissances de base sur le réseau de deuxième couche Bitcoin

L'émergence des inscriptions Bitcoin a apporté une nouvelle vitalité à l'écosystème Bitcoin, attirant à nouveau l'attention de nombreuses personnes sur Bitcoin. Certains estiment que cela a ouvert la boîte de Pandore de l'écosystème Bitcoin. Parmi les nombreux développements technologiques de l'écosystème Bitcoin, la construction de la couche deux est primordiale. Cet article résume les connaissances de base sur la couche deux de Bitcoin, espérant susciter chez davantage de personnes l'envie d'améliorer les idées connexes et de promouvoir le développement de ce domaine.

Certain points de vue soutiennent que le monde de la blockchain commence avec Bitcoin et se termine avec l'écosystème Bitcoin. Ethereum peut également être considéré comme une exploration de la technologie des chaînes latérales de Bitcoin.

Les termes "construction de couche 2" et "construction de réseau de couche 2" sont essentiellement synonymes dans cet article, la construction de couche 2 étant un concept plus large. Pour s'adapter à la terminologie couramment utilisée dans le secteur, l'article utilisera également l'expression "construction de réseau de couche 2".

1. La mission de Layer2

Pour comprendre les problèmes fondamentaux à résoudre dans la construction de la couche deux de Bitcoin, commençons par les caractéristiques de base du système blockchain.

1.1 Les caractéristiques fondamentales et les besoins de la blockchain

Nous pouvons considérer la blockchain comme un "ordinateur mondial". Comprendre les diverses caractéristiques de la blockchain sous cet angle sera plus clair. Nous allons également analyser les possibilités de développement de cet "ordinateur mondial" en nous basant sur la structure de von Neumann.

Quelques caractéristiques fondamentales de la blockchain :

Ouvert et transparent : C'est la caractéristique de stockage de données et d'exécution des instructions de la "machine mondiale" qu'est la blockchain, ainsi que le besoin interne d'une multitude de nœuds distribués à travers le monde pour participer ensemble au calcul. Cette caractéristique satisfait le droit à l'information des utilisateurs concernant les données, et est le résultat commun des exigences de collaboration internes de cette "machine mondiale" et des besoins externes des utilisateurs.

Décentralisé : C'est une caractéristique architecturale de cet "ordinateur mondial". Le degré de décentralisation et la tolérance aux pannes sont théoriquement soutenus par le théorème des généraux byzantins. Les systèmes non byzantins ne sont théoriquement pas des systèmes de blockchain. Le degré de décentralisation est un indicateur important de la sécurité de la blockchain et constitue également la base de certaines caractéristiques.

Sécurité : La sécurité est composée des exigences internes générées par les caractéristiques architecturales de cet "ordinateur mondial" et des exigences externes nécessaires pour les utilisateurs. À un niveau microscopique, la sécurité est garantie par des technologies liées à la cryptographie, tandis qu'à un niveau macroscopique, elle est assurée par la décentralisation de l'architecture, ce qui signifie que la sécurité de cet "ordinateur mondial" ne sera pas affectée par la falsification de données microscopiques ou la destruction de l'architecture macroscopique.

Capacité de calcul : L'une des principales fonctions de cette ordinateur mondial qu'est la blockchain est sa capacité de calcul. Pour mesurer cet indicateur, nous examinons généralement s'il est Turing-complet. Certaines chaînes, pour maintenir leurs caractéristiques principales, sont intentionnellement conçues pour être non Turing-complètes. Par exemple, le réseau Bitcoin non seulement rend ses instructions de code non Turing-complètes, mais a également intentionnellement supprimé certaines instructions dans son développement, afin de maintenir sa stabilité et sa sécurité. Toutes les technologies Turing-complètes visent à étendre la capacité de calcul de la blockchain. D'un point de vue de conception hiérarchique, les systèmes simples sont plus adaptés pour être la couche de base.

Performance : Dans le cadre d'une capacité de calcul équivalente, la performance est une autre capacité principale à évaluer dans le monde des ordinateurs de la blockchain. Elle est généralement mesurée par le TPS, c'est-à-dire le nombre de transactions traitées par seconde.

Stockage : La blockchain est décrite comme un "ordinateur mondial", donc elle doit avoir une fonction de stockage, c'est-à-dire la capacité d'enregistrer des données. Actuellement, la plupart des données sont stockées dans les blocs, tandis que le stockage hors chaîne plus professionnel est encore en développement.

Confidentialité : La confidentialité est un besoin de niche dans le "calcul mondial", c'est-à-dire la nécessité de maintenir le champ d'autorité des producteurs et des utilisateurs de données pendant le processus de calcul et de stockage (. Nous incluons également la résistance à la censure dans la partie confidentialité ). Cela est essentiellement motivé par les besoins externes des utilisateurs.

Il existe également un indicateur global d'évolutivité, qui fait généralement référence à l'évolutivité de l'ensemble de l'architecture. Cette caractéristique influence la plupart des caractéristiques fondamentales. Au niveau de l'architecture, l'évolutivité du système est un indicateur très important. Il y aura également certaines capacités de connexion, ou d'autres capacités pour des scénarios spécifiques, mais cela ne sera pas discuté ici.

Parmi les caractéristiques fondamentales de ces blockchains, la plupart sont limitées par le triangle impossible dans leurs relations de développement mutuel. Par exemple, l'hypothèse DSS, c'est-à-dire la décentralisation (Decentralization, la sécurité )Security, et l'évolutivité (Scalability.

Dans les systèmes distribués, un triangle impossible similaire est le principe CAP, qui fait référence à la Consistency), Availability( et Partition tolerance) dans un système distribué, qui ne peuvent pas être atteints simultanément. Les systèmes de blockchain sont des systèmes distribués avec le problème des généraux byzantins, donc ils s'appliquent également au principe CAP.

( 1.2 Le rôle de la construction de la deuxième couche

Quels rôles doivent être accomplis dans la construction de la couche 2 ? Quelles fonctions doivent être fournies ? La construction de la couche 2 doit nécessairement combler les lacunes du système de couche 1, en réalisant des tâches qui ne peuvent pas être accomplies sur le système de couche 1.

D'après les caractéristiques de la blockchain résumées ci-dessus, on peut tirer une première conclusion : il est impératif d'étendre ces capacités fondamentales : publicité et transparence, décentralisation, sécurité, puissance de calcul, performance, ) capacité de traitement (, stockage, confidentialité, etc. En plus de ces capacités fondamentales d'un point de vue technologique, il existe également un problème économique très important à résoudre, à savoir réduire les coûts. En général, le coût global des transactions exécutées sur un réseau de première couche est relativement élevé, ce qui nécessite l'utilisation de réseaux de deuxième couche pour réduire ces coûts.

En résumé, les solutions pour augmenter la capacité, réduire les coûts et personnaliser les caractéristiques sont toutes des constructions de deuxième couche. En ce qui concerne les caractéristiques personnalisées, elles ne sont pas encore assez évidentes ou sont souvent dissimulées derrière les deux premières caractéristiques, ce qui peut prêter à confusion. Nous pouvons comprendre cela de la manière suivante : les caractéristiques du réseau de première couche varient en fonction des besoins de nombreuses applications, et il est possible de réajuster le niveau de mise en œuvre des différentes caractéristiques sur la deuxième couche pour certaines applications.

Dans la construction de la couche 2, les capacités fondamentales de la blockchain seront mises en balance, ce qui peut entraîner une réduction de certaines caractéristiques, voire l'abandon de certaines d'entre elles, en échange d'une amélioration significative de certaines autres. Par exemple : certaines couches 2, pour améliorer les performances, réduiront le degré de décentralisation et diminueront la sécurité ; d'autres, pour augmenter le débit, comme le réseau Lightning, modifieront la structure du système et le mode de règlement. Il y en a aussi qui, sans réduire les caractéristiques fondamentales, renforcent une certaine caractéristique, par exemple la méthode de traitement RGB, qui améliore clairement la confidentialité et la résistance à la censure, mais augmente la difficulté de mise en œuvre technique. Dans les cas suivants, nous verrons des constructions de couche 2 qui réduisent ou modifient simultanément plusieurs caractéristiques.

La réduction des coûts devrait être une exigence fondamentale de toute construction de niveau 2.

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) 1.3 Pourquoi faire une conception en couches ?

La conception en couches est un moyen et une méthodologie pour les humains de traiter des systèmes complexes, en divisant le système en plusieurs structures de couches et en définissant les relations et les fonctions entre chaque couche, afin d'atteindre la modularité, la maintenabilité et l'évolutivité du système, ce qui améliore l'efficacité et la fiabilité de la conception du système.

Pour un système de protocoles vaste et complexe, l'utilisation de couches présente des avantages évidents. Cela rend les choses plus faciles à comprendre, à répartir les tâches et à améliorer par modules, etc. Comme dans le design du modèle à sept couches ISO/OSI dans les réseaux informatiques, mais dans la mise en œuvre concrète, certaines couches peuvent être fusionnées, par exemple, le protocole réseau spécifique TCP/IP est un protocole à quatre couches.

Les avantages de la stratification des protocoles sont les suivants :

1.Les niveaux sont indépendants les uns des autres. Un niveau n'a pas besoin de connaître comment son niveau suivant est réalisé, mais doit simplement savoir quels services sont fournis par l'interface entre les niveaux. De cette façon, la complexité globale du problème est réduite. Autrement dit, la façon dont le travail du niveau précédent est effectué n'affecte pas le travail du niveau suivant, ce qui signifie que lors de la conception du travail à chaque niveau, il suffit de garantir que l'interface reste inchangée, et nous pouvons ajuster librement la manière de travailler à l'intérieur du niveau.

2.Bonne flexibilité. Lorsque n'importe quel niveau change, tant que la relation d'interface entre les niveaux reste inchangée, les niveaux supérieurs ou inférieurs ne sont pas affectés. Lorsqu'un niveau subit une innovation technologique ou rencontre un problème dans son fonctionnement, cela n'impacte pas le travail des autres niveaux, et lors de la résolution des problèmes, il suffit de considérer uniquement les problèmes de ce niveau.

3.Structure pouvant être divisée. Chaque couche peut adopter la technologie la plus appropriée pour sa mise en œuvre. Le développement technologique est souvent asymétrique, et la division hiérarchique évite efficacement l'effet du tonneau, sans que l'imperfection d'un aspect technique n'affecte l'efficacité globale du travail.

4.Facile à réaliser et à maintenir. Cette structure rend la réalisation et le débogage d'un système vaste et complexe plus faciles à gérer, car l'ensemble du système a été décomposé en plusieurs sous-systèmes relativement indépendants. Lors du débogage et de la maintenance, chaque couche peut être déboguée séparément, évitant ainsi les situations où il est impossible de trouver ou de résoudre des problèmes erronés.

5.Peut promouvoir le travail de normalisation. Parce que chaque couche a déjà une description précise de ses fonctions et des services qu'elle fournit. Le principal avantage de la normalisation est qu'il est possible de remplacer librement l'une des couches, ce qui est très pratique pour l'utilisation et la recherche.

La pensée de conception modulaire en couches est une méthode courante dans le domaine technologique pour traiter un projet d'ingénierie vaste, nécessitant la collaboration de plusieurs personnes et une amélioration continue, et c'est une méthode éprouvée et efficace.

2. Plusieurs approches pour la construction de Bitcoin Layer2

Il existe trois voies de construction de deuxième couche distinctes pour Bitcoin.

###1( Une méthode est une extension basée sur la chaîne, très similaire à la deuxième couche de l'EVM, c'est une structure de blockchain;

)2( une route basée sur un réseau distribué, représentée par le réseau Lightning, est une structure distribuée.

)3### Il existe également une route basée sur un système centralisé, représentée par un index centralisé, qui est une structure centralisée.

Les deux premières méthodes présentent des caractéristiques distinctes, avec déjà quelques produits en utilisation et d'autres en exploration. Pour la première méthode, grâce au développement florissant d'Ethereum et aux explorations d'autres chaînes imitant le Bitcoin, l'extension de deuxième couche basée sur la chaîne est relativement plus facile, avec plus de cas de référence. La deuxième méthode, basée sur la distribution, est généralement plus difficile, avec un développement plus lent, représentée par le réseau Lightning. La troisième méthode est très controversée, car elle ne semble pas correspondre à une construction de deuxième couche, mais semble néanmoins accomplir les fonctions d'une construction de deuxième couche.

Quelle solution de construction de deuxième couche est meilleure ? Nous utilisons les résultats du marché comme critère de mesure, le réseau de deuxième couche avec la valeur totale verrouillée (TVL)(Total Value Locked) la plus élevée est la solution optimale. Avec le temps et l'évolution de la technologie, cette solution optimale sera un processus évolutif.

Pour la définition du réseau de deuxième couche de Bitcoin, tant qu'il repose sur le réseau Bitcoin et établit une association technique avec ce dernier, certaines caractéristiques étant supérieures au réseau de première couche de Bitcoin, cela compte comme une construction de réseau de deuxième couche de Bitcoin. En d'autres termes : tant que l'on consomme des BTC comme gaz, en utilisant le BTC comme actif sous-jacent, tout système qui étend les performances de Bitcoin est considéré comme une construction de deuxième couche. Sur la base de cette évaluation, nous devrions reconnaître une troisième forme de construction de deuxième couche, à savoir une construction de deuxième couche à structure centralisée.

Le développement technologique du Bitcoin lui-même, comme la modification de OP_RETURN, Taproot, la signature Schnorr, MAST, Tapscript, devrait être conçu pour l'objectif de connecter la couche un et la couche deux. Il ne devrait pas y avoir un développement excessif de ces technologies, car peu importe l'extension du réseau de couche un, il n'y aura pas de percée qualitative ; il est nécessaire de construire la couche deux. Cependant, en l'absence de meilleurs produits de couche deux pour Bitcoin, ces capacités techniques de connexion entre la couche un et la couche deux seront surutilisées pendant un certain temps.

( 2.1 Construction de la deuxième couche basée sur la chaîne

Les chaînes de blocs imitatrices de Bitcoin ont exploré diverses avenues dès le départ, comme "Colorcoin"), les jetons colorés(, "CovertCoins" et "MasterCoin" ; diverses chaînes de blocs imitatrices de Bitcoin pour l'extensibilité, comme BCH)Bitcoin Cash(, BSV)Bitcoin SV###, BTG(Bitcoin Gold) ; diverses technologies de chaînes latérales sont basées sur des cas de construction d'extension de chaîne, ce qui peut être considéré comme une forme générale de deuxième couche.

Incluant Ethereum, qui est également une exploration d'amélioration basée sur Bitcoin. En réponse aux imperfections de Bitcoin : le système sans compte UTXO, le langage d'exécution non Turing-complet, la mauvaise évolutivité, etc., un nouveau système de blockchain de nouvelle génération a été développé. Bien que cette exploration d'Ethereum ne soit pas une construction de deuxième couche directement sur Bitcoin, elle représente dans un sens large une exploration de construction basée sur la chaîne.

Exploration des améliorations d'Ethereum par rapport à Bitcoin, ainsi que des deuxièmes couches sur Ethereum.