Analisis Kedalaman Ekspansi off-chain

1. Kebutuhan untuk Memperluas Kapasitas

Visi masa depan blockchain adalah untuk mencapai desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas. Namun, biasanya hanya dua dari ketiganya yang dapat dipenuhi secara bersamaan, ini disebut masalah segitiga ketidakmungkinan blockchain. Selama bertahun-tahun, orang-orang telah mengeksplorasi bagaimana meningkatkan throughput dan kecepatan transaksi blockchain dengan tetap menjamin desentralisasi dan keamanan, yaitu untuk menyelesaikan masalah skalabilitas.

Mari kita definisikan desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas blockchain terlebih dahulu:

• Desentralisasi: Siapa pun dapat menjadi node untuk berpartisipasi dalam sistem blockchain, semakin banyak jumlah node, semakin tinggi tingkat desentralisasinya.

• Keamanan: Semakin tinggi biaya untuk mendapatkan kontrol atas sistem blockchain, semakin tinggi keamanannya, dan rantai dapat menahan proporsi serangan yang lebih besar.

• Skalabilitas: Kemampuan blockchain untuk memproses sejumlah besar transaksi.

Pemisahan keras yang signifikan pertama di jaringan Bitcoin berasal dari masalah skalabilitas. Dengan jumlah pengguna dan volume transaksi yang semakin meningkat, jaringan Bitcoin yang memiliki batas maksimum 1MB per blok mulai menghadapi masalah kemacetan. Sejak tahun 2015, komunitas Bitcoin telah memiliki perbedaan pendapat mengenai masalah skalabilitas; satu pihak mendukung memperbesar blok, sementara pihak lainnya mendukung penggunaan solusi Segregated Witness untuk mengoptimalkan struktur rantai utama. Pada 1 Agustus 2017, pihak yang mendukung perbesar blok mengembangkan sistem klien 8MB dan menjalankannya, yang mengakibatkan pemisahan keras pertama yang signifikan untuk Bitcoin, sekaligus melahirkan jenis koin baru BCH.

Jaringan Ethereum juga memilih untuk牺牲 sebagian dari可扩展性 untuk memastikan keamanan jaringan dan desentralisasi. Meskipun Ethereum tidak membatasi ukuran blok seperti Bitcoin, tetapi dengan menetapkan batas maksimum biaya bahan bakar untuk satu blok, tujuannya adalah untuk mencapai共识 tanpa kepercayaan dan memastikan distribusi node yang luas.

Dari CryptoKitties pada tahun 2017, musim DeFi, hingga munculnya aplikasi on-chain seperti GameFi dan NFT, permintaan pasar untuk kedalaman terus meningkat, tetapi Ethereum hanya dapat memproses 15-45 transaksi per detik. Ini menyebabkan biaya transaksi terus meningkat, waktu penyelesaian menjadi lebih lama, dan sebagian besar Dapps sulit untuk menanggung biaya operasional, sehingga seluruh jaringan menjadi lambat dan mahal, yang mendesak untuk menyelesaikan masalah perluasan. Solusi perluasan yang ideal adalah: meningkatkan kecepatan transaksi dan kedalaman jaringan blockchain sebanyak mungkin tanpa mengorbankan desentralisasi dan keamanan.

2. Jenis Rencana Perluasan

Kami membagi skema ekspansi menjadi dua kategori besar, yaitu ekspansi on-chain dan ekspansi off-chain, berdasarkan standar "apakah akan mengubah satu lapisan jaringan utama".

2.1 Perluasan on-chain

Konsep inti: solusi untuk mencapai efek skala dengan mengubah satu lapisan protokol jaringan utama, saat ini solusi utama adalah sharding.

Ada beberapa solusi untuk skalabilitas on-chain, artikel ini tidak akan membahasnya secara rinci, hanya mencantumkan dua solusi secara singkat:

• Rencana satu adalah memperluas ruang blok, yaitu menambah jumlah transaksi yang dikemas dalam setiap blok, tetapi ini akan meningkatkan kebutuhan untuk perangkat node berkinerja tinggi, meningkatkan ambang batas untuk bergabungnya node, dan mengurangi tingkat desentralisasi.

• Skema dua adalah sharding, membagi buku besar blockchain menjadi beberapa bagian, dengan setiap shard atau node yang berbeda bertanggung jawab untuk pencatatan yang berbeda, dan perhitungan paralel dapat menangani beberapa transaksi secara bersamaan; ini dapat mengurangi tekanan komputasi pada node dan ambang masuk, serta meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi dan tingkat desentralisasi; tetapi ini berarti kekuatan komputasi di seluruh jaringan akan terdistribusi, yang dapat mengurangi keamanan keseluruhan jaringan.

Mengubah kode protokol mainnet lapisan satu dapat menghasilkan dampak negatif yang sulit diprediksi, karena setiap celah keamanan kecil yang mendasarinya dapat mengancam keamanan seluruh jaringan dengan serius, dan jaringan mungkin terpaksa melakukan fork atau menghentikan perbaikan upgrade.

2.2 off-chain scaling

Konsep inti: solusi skalabilitas yang tidak mengubah protokol jaringan utama lapisan satu yang ada.

Kedalaman perluasan off-chain dapat dibagi lagi menjadi Layer2 dan solusi lainnya:

Layer2:

• Saluran Negara
• Plasma
• Rollups
  • Optimistic Rollups
  • ZK Rollups

Lainnya:

• Sidechains
• Validium

3. Solusi Skalabilitas off-chain

3.1 Saluran Negara

3.1.1 Ringkasan

Saluran status menetapkan bahwa pengguna hanya perlu berinteraksi dengan jaringan utama saat saluran dibuka, ditutup, atau menyelesaikan sengketa, dan melakukan interaksi antar pengguna di off-chain, untuk mengurangi waktu dan biaya transaksi, serta mewujudkan jumlah transaksi yang tidak terbatas.

Saluran status adalah protokol P2P sederhana, cocok untuk "aplikasi berbasis giliran", seperti permainan catur dua orang. Setiap saluran dikelola oleh kontrak pintar multi-tanda tangan yang berjalan di jaringan utama, yang mengontrol aset yang disetorkan ke saluran, memverifikasi pembaruan status, dan mengadili sengketa antara peserta. Setelah peserta menerapkan kontrak di jaringan blockchain, mereka menyetorkan sejumlah dana dan menguncinya, setelah kedua belah pihak menandatangani konfirmasi, saluran secara resmi dibuka. Saluran memungkinkan peserta untuk melakukan transaksi off-chain gratis tanpa batasan jumlah selama nilai bersih transfer mereka tidak melebihi total token yang disetorkan (. Peserta secara bergiliran mengirim pembaruan status satu sama lain, menunggu konfirmasi tanda tangan dari pihak lain. Setelah pihak lain memberikan konfirmasi tanda tangan, pembaruan status tersebut dianggap selesai. Dalam keadaan normal, pembaruan status yang disetujui oleh kedua belah pihak tidak diunggah ke jaringan utama, hanya saat terdapat sengketa atau menutup saluran, baru akan bergantung pada konfirmasi jaringan utama. Ketika perlu menutup saluran, salah satu peserta dapat mengajukan permintaan transaksi di jaringan utama, jika permintaan keluar disetujui dengan tanda tangan bulat dari semua orang, maka eksekusi di blockchain terjadi segera, yaitu kontrak pintar mendistribusikan dana terkunci yang tersisa berdasarkan saldo setiap peserta pada status akhir saluran; jika peserta lain tidak menyetujui tanda tangan, maka semua orang harus menunggu hingga akhir "masa tantangan" untuk menerima sisa dana.

Dengan demikian, solusi saluran status dapat secara signifikan mengurangi beban komputasi di jaringan utama, meningkatkan kecepatan transaksi, dan mengurangi biaya transaksi.

)# 3.1.2 Garis Waktu

• 2015/02, Joseph Poon dan Thaddeus Dryja menerbitkan draf whitepaper jaringan Lightning.

• 2015/11, Jeff Coleman pertama kali secara sistematis merangkum konsep State Channel, mengusulkan bahwa Payment Channel Bitcoin adalah salah satu sub-kasus dalam konsep State Channel.

• 2016/01, Joseph Poon dan Thaddeus Dryja secara resmi menerbitkan makalah putih berjudul "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments" yang mengusulkan solusi skalabilitas untuk jaringan Bitcoin, Payment Channel ###, yang hanya digunakan untuk memproses pembayaran transfer di jaringan Bitcoin.

• 2017/11, desain spesifikasi State Channel pertama yang berbasis pada kerangka Payment Channel, Sprites, diusulkan.

• 2018/06, Counterfactual mengusulkan desain Generalized State Channels yang sangat rinci, ini adalah desain pertama yang sepenuhnya terkait dengan status saluran.

• 2018/10, artikel Generalised State Channel Networks memperkenalkan konsep State Channel Networks dan Virtual Channels.

• 2019/02, konsep saluran keadaan diperluas ke N-Party Channels, Nitro adalah protokol pertama yang dibangun berdasarkan ide tersebut.

• 2019/10, Pisa untuk menyelesaikan masalah semua peserta yang perlu tetap online, memperluas konsep Watchtowers.

• 2020/03, Hydra mengajukan Fast Isomorphic Channels.

(# 3.1.3 Prinsip Teknologi

Alur kerja umum dari saluran status:

1. Alice dan Bob menyetor dana dari akun pribadi mereka ke alamat kontrak on-chain, dana ini dikunci dalam kontrak sampai saluran ditutup dan saldo dikembalikan kepada pengguna; setelah kedua pihak menandatangani konfirmasi, saluran status antara mereka secara resmi dibuka.

2. Alice dan Bob dapat melakukan transaksi tanpa batas di off-chain, para peserta berkomunikasi satu sama lain melalui pesan tanda tangan terenkripsi ) daripada berkomunikasi dengan jaringan blockchain ###. Kedua pengguna perlu menandatangani setiap transaksi untuk mencegah penipuan double spending. Melalui pesan-pesan ini, mereka mengajukan pembaruan status akun mereka dan menerima pembaruan status yang diajukan oleh pihak lain.

3. Jika Alice ingin menutup saluran transaksi dengan Bob, Alice perlu mengirimkan status akhir akunnya ke kontrak. Jika Bob menandatangani persetujuan, kontrak akan melepaskan dana yang terkunci dan mengembalikannya kepada pengguna yang sesuai berdasarkan status akhir. Jika Bob tidak merespons tanda tangan, kontrak akan melepaskan dana yang terkunci dan mengembalikannya kepada pengguna yang sesuai setelah periode tantangan berakhir.

(# 3.1.4 Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan:

• Konfirmasi transaksi instan
• Tingkat throughput yang tinggi
• Biaya rendah
• Melindungi privasi

Kekurangan:

• Perlu mengunci dana
• Memerlukan pemantauan online yang berkelanjutan
• Ambang infrastruktur tinggi
• Tidak dapat melakukan operasi kompleks
• 需要off-chain协调
• Tidak dapat mendukung kolaborasi multi-pihak

)# 3.1.5 Aplikasi

Jaringan Lightning Bitcoin

Gambaran Umum: Jaringan Lightning adalah saluran pembayaran kecil di jaringan Bitcoin, yang mengalami evolusi teknologi keseluruhan: membangun saluran pembayaran satu arah dengan multisignature 2/2, menambah RSMC untuk membangun saluran pembayaran dua arah, kemudian menambahkan HTLC untuk menghubungkan saluran pembayaran yang diperluas menjadi pembayaran banyak orang, akhirnya membangun jaringan pembayaran yaitu Jaringan Lightning. Melalui saluran pembayaran kecil off-chain, kemudian dengan bantuan perantara membentuk jaringan transaksi, dapat menyelesaikan masalah skala jaringan Bitcoin. Penggunaan keseluruhan Jaringan Lightning mengikuti proses "setoran ### membangun saluran ###→transaksi Jaringan Lightning ( memperbarui status saluran )→pengembalian dana/penyelesaian ( mengakhiri saluran )"; secara teori, Jaringan Lightning dapat memproses satu juta transaksi per detik.

Garis waktu:

• Pada Februari 2015, Joseph Poon dan Thaddeus Dryja merilis draf whitepaper jaringan Lightning;
• Menerbitkan versi resmi buku putih pada Januari 2016 dan mendirikan Lightning Labs;
• Pada 15 Maret 2018, Lightning Labs merilis versi utama pertama dari jaringan Lightning, Lightning Network Daemon (LND) versi 0.4.
• Pada awal tahun 2021, kapasitas publik jaringan Lightning (TVL) hanya sekitar 40 juta USD, dengan sekitar 100 ribu pengguna menggunakan jaringan Lightning.
• Pada bulan Juni 2021, El Salvador mengumumkan untuk mengadopsi Bitcoin sebagai mata uang resmi, dan pada bulan September meluncurkan dompet berbasis jaringan Lightning, Chivo.
• Pada tahun 2022, Cash App dan 26 platform pertukaran cryptocurrency termasuk OKX, Kraken, dan Bitfinex mengumumkan dukungan untuk jaringan Lightning, memungkinkan penyetoran dan penarikan BTC serta transfer yang instan dan murah.
• Oktober 2022, Lightning Labs merilis protokol baru berbasis Taproot------Taro protocol(versi alpha), saat ini sedang diuji di jaringan pengujian, di masa depan akan dapat digunakan untuk mencetak, mengirim, dan menerima aset di jaringan Bitcoin, serta melakukan transaksi instan, berkapasitas besar, dan dengan biaya rendah melalui jaringan Lightning.
• Pada 23 November 2022, menurut 1ml.com, jaringan Lightning memiliki 76.236 saluran pembayaran, dengan total dana saluran sebesar 5049 $BTC($81,8M).

Pengembangan ekosistem: Ekosistem jaringan BTC Lightning dari bawah ke atas terdiri dari: jaringan BTC yang mendasar---infrastruktur inti---berbagai Dapps.

Infrastruktur inti mencakup

• Solusi jaringan Lightning: Individu dan perusahaan dapat menjalankan program perangkat lunak yang terhubung ke jaringan Lightning, di mana pangsa pasar terbesar adalah Lightning Labs dari Lightning Labs.
• Node dan layanan likuiditas: karena pengguna menjalankan node mereka sendiri cukup rumit, perlu menyediakan antarmuka yang lebih ramah pengguna untuk membantu mengelola saluran pembayaran kilat.

Di atas infrastruktur dasar adalah berbagai layanan dan aplikasi pembayaran serta keuangan, misalnya, Strike dibangun di atas solusi LND yang memungkinkan pengguna membeli dan menjual BTC, menggunakan BTC untuk memberi tip kepada pembuat konten di Twitter dan memungkinkan pedagang Shopify menerima BTC, dll.

Hingga November 2022, Dapps berbasis jaringan Lightning Bitcoin telah meningkat menjadi lebih dari 20 kategori dan lebih dari 100 aplikasi, dengan kategori aplikasi utama termasuk pembayaran jaringan Lightning Bitcoin, dompet, manajemen node, ekstensi browser, podcast, dan streaming. Saat ini, lapisan dasar teknologi terkait infrastruktur node telah hampir matang, dukungan dompet meningkat, layanan keuangan dan integrasi pembayaran terus tumbuh, lebih banyak aplikasi hiburan dibangun di jaringan Lightning, dan ekosistem jaringan Lightning sedang berkembang pesat.

(## Jaringan Lightning Ethereum

Ringkasan: Petir