Analisis Kedalaman Perluasan off-chain

1. Kebutuhan untuk memperbesar kapasitas

Visi masa depan blockchain adalah untuk mencapai desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas. Namun biasanya hanya dapat memenuhi dua di antaranya, yang dikenal sebagai masalah segitiga tidak mungkin dalam blockchain. Salah satu topik hangat dalam perkembangan blockchain saat ini adalah bagaimana meningkatkan throughput dan kecepatan transaksi blockchain dengan tetap menjamin desentralisasi dan keamanan, yaitu menyelesaikan masalah skalabilitas.

Definisi desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas dalam blockchain:

• Desentralisasi: Siapa pun dapat menjadi node untuk berpartisipasi dalam produksi dan verifikasi sistem blockchain, semakin banyak node, semakin tinggi tingkat desentralisasi.

• Keamanan: Semakin tinggi biaya yang dikeluarkan untuk mendapatkan kendali atas sistem blockchain, semakin tinggi keamanan, rantai dapat menahan serangan dari proporsi peserta yang lebih besar.

• Skalabilitas: Kemampuan blockchain untuk memproses sejumlah besar transaksi.

Fork besar pertama di jaringan Bitcoin berasal dari masalah skalabilitas. Seiring dengan meningkatnya jumlah pengguna dan volume transaksi, batas kapasitas blok 1MB mengakibatkan kemacetan jaringan. Sejak 2015, komunitas Bitcoin mulai berselisih tentang masalah skalabilitas, yang akhirnya menyebabkan fork besar pertama Bitcoin pada 1 Agustus 2017, melahirkan BCH.

Jaringan Ethereum juga memilih untuk mengorbankan sebagian dari kedalaman untuk menjaga keamanan dan desentralisasi. Dari CryptoKitties pada tahun 2017, hingga musim DeFi dan kemudian GameFi, NFT, permintaan pasar untuk throughput terus meningkat. Namun, Ethereum hanya dapat memproses 15-45 transaksi per detik, yang menyebabkan peningkatan biaya transaksi dan waktu penyelesaian yang lebih lama, sehingga sebagian besar DApps sulit untuk menanggung biaya operasional. Solusi peningkatan yang ideal adalah meningkatkan kecepatan transaksi dan throughput tanpa mengorbankan desentralisasi dan keamanan.

2. Jenis solusi perluasan

Berdasarkan "apakah mengubah satu lapisan jaringan utama", rencana skalabilitas dapat dibagi menjadi dua kategori besar: skalabilitas on-chain dan skalabilitas off-chain.

2.1 Perluasan on-chain

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

Ekspansi on-chain memiliki dua skema utama:

1. Memperluas ruang blok, meningkatkan jumlah transaksi yang dikemas dalam setiap blok, tetapi akan meningkatkan persyaratan perangkat node, mengurangi tingkat desentralisasi.

2. Sharding, membagi buku besar blockchain menjadi beberapa bagian, di mana node yang berbeda bertanggung jawab untuk pencatatan yang berbeda, dapat mengurangi tekanan komputasi pada node dan ambang batas untuk bergabung, tetapi akan mengurangi keamanan jaringan secara keseluruhan.

Mengubah protokol mainnet lapisan dapat menghasilkan dampak negatif yang sulit diprediksi, dan kerentanan keamanan yang halus di lapisan dasar dapat mengancam keamanan jaringan secara serius.

2.2 off-chain ekspansi

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

Rencana skalabilitas off-chain dapat dibagi menjadi Layer2 dan rencana lainnya:

Layer2:

• Saluran Status
• Sidechain
• Plasma
• Rollups( optimisasi Rollup dan zero-knowledge Rollup)

Lainnya:

• Validium

3. Rencana perluasan 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, interaksi antar pengguna dilakukan off-chain untuk mengurangi waktu dan biaya transaksi, serta memungkinkan jumlah transaksi 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 disimpan dalam saluran, memverifikasi pembaruan status, dan mengadili sengketa antara peserta. Setelah peserta menerapkan kontrak di jaringan blockchain, mereka menyetor dana dan menguncinya, setelah kedua belah pihak menandatangani dan mengonfirmasi, saluran resmi dibuka. Saluran memungkinkan peserta untuk melakukan transaksi off-chain gratis tanpa batasan berapa kali ( selama nilai bersih transfer tidak melebihi total token yang disetor ). Peserta bergiliran mengirimkan pembaruan status dan menunggu konfirmasi tanda tangan dari pihak lain. Dalam kondisi normal, pembaruan status yang disetujui oleh kedua belah pihak tidak diunggah ke jaringan utama, hanya saat terjadi sengketa atau menutup saluran yang bergantung pada konfirmasi jaringan utama. Saat menutup saluran, salah satu peserta dapat mengajukan permintaan transaksi di jaringan utama, jika disetujui oleh semua orang dengan tanda tangan maka akan segera dieksekusi, jika tidak harus menunggu "masa tantangan" berakhir untuk menerima sisa dana.

Saluran status dapat secara signifikan mengurangi beban komputasi di jaringan utama, meningkatkan kecepatan transaksi, dan menurunkan biaya transaksi.

3.1.2 Garis Waktu

• 2015/02: Joseph Poon dan Thaddeus Dryja merilis draf buku putih jaringan Lightning.

• 2015/11: Jeff Coleman pertama kali merangkum konsep State Channel secara sistematis, mengemukakan bahwa Payment Channel Bitcoin adalah sub-kasus dari State Channel.

• 2016/01: Joseph Poon dan Thaddeus Dryja secara resmi menerbitkan makalah putih tentang jaringan Lightning Bitcoin, mengusulkan skema perluasan Payment Channel.

• 2017/11: Mengajukan spesifikasi desain State Channel pertama yang didasarkan pada kerangka Payment Channel, Sprites.

• 2018/06: Counterfactual mengajukan desain Generalized State Channels yang rinci.

• 2018/10: Mengusulkan konsep State Channel Networks dan Virtual Channels.

• 2019/02: Konsep saluran status diperluas menjadi Saluran N-Pihak, Nitro adalah protokol pertama yang dibangun berdasarkan ide tersebut.

• 2019/10:Pisa memperluas konsep Watchtowers untuk mengatasi masalah peserta yang terus online.

• 2020/03:Hydra mengusulkan Saluran Isomorfik Cepat.

3.1.3 Prinsip Teknologi

Alur kerja saluran status:

1. Alice dan Bob membuka saluran status dengan menyetor dana dari EOA ke alamat kontrak on-chain.

2. Alice dan Bob dapat melakukan transaksi tanpa batas di off-chain, saling berkomunikasi melalui pesan tanda tangan kriptografi. Kedua belah pihak harus menandatangani setiap transaksi untuk mencegah penipuan pengeluaran ganda.

3. Jika Alice ingin menutup saluran, ia perlu mengajukan status akhir kepada kontrak. Jika Bob menandatangani persetujuan, kontrak akan melepaskan dana yang terkunci berdasarkan status akhir. Jika Bob tidak merespons, kontrak akan melepaskan dana setelah periode tantangan berakhir.

Dalam situasi pesimis, jika Bob tidak merespons tanda tangan pembaruan status Alice pada suatu putaran, Alice dapat mengajukan tantangan kepada kontrak dengan mengirimkan status terakhir yang valid. Kontrak memungkinkan Bob untuk merespons dengan mengirimkan status berikutnya dalam jangka waktu tertentu. Jika Bob merespons, kedua pihak dapat melanjutkan transaksi; jika tidak merespons, kontrak secara otomatis menutup saluran dan mengembalikan dana kepada Alice.

3.1.4 Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan:

• Konfirmasi instan
• Tingkat throughput tinggi
• Biaya rendah
• Privasi yang baik

Kekurangan:

• Ketersediaan yang buruk
• Efisiensi modal rendah
• Sulit untuk menangani transaksi besar
• Tidak berlaku untuk kontrak pintar yang kompleks

3.1.5 Aplikasi

Jaringan Lightning Bitcoin:

• Draf buku putih dirilis pada Februari 2015
• Versi resmi white paper dirilis pada Januari 2016, Lightning Labs didirikan
• Versi mainnet pertama LND 0.4 dirilis pada Maret 2018
• Pada bulan Juni 2021, El Salvador mengadopsi Bitcoin sebagai mata uang resmi, dan pada bulan September meluncurkan dompet jaringan Lightning Chivo.
• Pada tahun 2022, banyak bursa mendukung setoran dan penarikan melalui jaringan Lightning
• Pada bulan November 2022, jaringan Lightning memiliki 76.236 saluran pembayaran, dengan dana saluran sebesar 5049 BTC

Pengembangan Ekosistem:

• Dasar: Jaringan BTC
• Infrastruktur inti: solusi jaringan Lightning, layanan node dan likuiditas
• Aplikasi tingkat atas: layanan pembayaran dan keuangan, dll.

Jaringan Lightning Ethereum:

• Didirikan pada tahun 2017, pendirinya adalah pengembang inti Ethereum
• Pada bulan Oktober 2017, ICO mengumpulkan lebih dari 30 juta dolar AS
• Klien Ringan Raiden pertama diluncurkan pada Mei 2020
• Pada akhir 2021, banyak bursa akan mencabut listing token RDN

Alasan tidak diadopsi secara luas:

• Ambang penggunaan tinggi
• Munculnya teknologi skalabilitas yang lebih canggih

Saat ini pengembangan ekosistem berjalan lambat, sedang dimodifikasi menjadi solusi skalabilitas yang berjalan di jaringan Ethereum L2 Rollup.

Celer Network:

• Intinya adalah menambah lapisan insentif pada jaringan Lightning
• Membangun DApps interaksi frekuensi tinggi yang cepat dan biaya rendah melalui teknologi ekspansi off-chain dan model ekonomi insentif.
• Cocok untuk platform e-sports dan skenario frekuensi interaksi tinggi lainnya
• Didirikan pada tahun 2018, penerbitan token pada Maret 2019
• Jaringan utama Ethereum diluncurkan pada Juli 2019
• Saat ini telah bertransformasi menjadi platform agregasi skala L2 yang mendukung lintas rantai

3.1.6 Perbandingan Aplikasi

Jaringan Lightning Bitcoin:

• Implementasi saluran status yang paling matang
• Aplikasi yang luas, ekosistem yang kaya

Jaringan Lightning Ethereum:

• Perkembangan ekosistem terhenti
• Berubah menjadi solusi L2 Rollup

Celer Network:

• Menambahkan desain lapisan insentif
• Telah bertransformasi menjadi platform penggabungan L2 lintas rantai

3.2 Sidechains

3.2.1 Ringkasan

Konsep sidechain pertama kali diajukan pada tahun 2012 di ruang obrolan pengembang Bitcoin, dan makalah terkait pertama kali diterbitkan pada tahun 2014.

Sidechain adalah bentuk blockchain yang muncul untuk mempercepat transaksi Bitcoin, yang dapat menggunakan kontrak yang lebih kompleks atau memperbaiki mekanisme konsensus. Hasil transaksi sidechain akhirnya akan dicatat di sisi validator. Model ini melekat pada mainchain dan membantu mainchain menyelesaikan masalah.

3.2.2 Garis Waktu

• 2012/01: Konsep sidechain Bitcoin diusulkan di ruang obrolan
• 2014/10: Publikasi makalah sidechain Bitcoin
• 2017/04: POA Network jaringan uji coba diluncurkan
• 2017/10: Jaringan Matic diluncurkan
• 2017/12: Peluncuran jaringan utama POA Network
• 2018/01: Skale testnet diluncurkan
• 2018/10: Peluncuran jaringan uji xDai Chain
• 2020/06: Skale mainnet diluncurkan
• 2020/06: Peluncuran Mainnet Matic PoS Chain
• 2021/02:Matic berganti nama menjadi Polygon
• 2021/02: Peluncuran sidechain Ronin dari Axie Infinity
• 2021/12:xDai Chain bergabung dengan Gnosis Dao
• 2022/03: POA Network bergabung dengan Gnosis Chain

3.2.3 Prinsip Teknis

Ada dua cara utama bagi sidechain untuk berkomunikasi dengan mainchain:

1. Dua arah pengikatan ( Simetris Pegged ): Validator dari main chain dan side chain secara real-time mencatat status masing-masing. Dengan menggunakan teknologi SPV dua arah, ketika token main chain dikirim ke side chain, SPV-Locked Output dihasilkan, yang hanya dapat dibuka dengan bukti SPV oleh validator side chain.

Proses Utama:

• Pengguna mengirimkan aset ke alamat khusus SPV-Locked Output
• Mengirimkan bukti SPV ke sidechain setelah periode konfirmasi menunggu
• Tunggu periode kontes untuk menghindari serangan double spend
• Setelah selesai, pengguna dapat menggunakan aset terbungkus yang baru dicetak di sidechain.

2. Ketidakcocokan jangkar ( Asymmetric Pegged ): Validator sidechain memantau aktivitas mainchain secara real-time. Saat mainchain mentransfer ke sidechain, sidechain dapat mencatat secara aktif, tetapi saat sidechain mentransfer ke mainchain, perlu diperkenalkan mekanisme Certifiers. Certifiers mencatat informasi penting dan memverifikasi transaksi yang dikembalikan oleh sidechain melalui tanda tangan agregat.

Secara sederhana, mekanisme sidechain: Rantai samping: Rantai utama mengunci aset, rantai samping menghasilkan aset terbungkus Mainchain: Sidechain menghancurkan aset terbungkus, Mainchain membuka aset

Keamanan aset sidechain tergantung pada mekanisme konsensus sidechain. Jika aset yang dihasilkan oleh sidechain tidak sesuai dengan mainchain, membakar aset tersebut untuk meminta pembukaan di mainchain akan berisiko pencurian dana.

3.2.4 Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan:

• Fleksibilitas Tinggi
• Mengurangi beban rantai utama
• Skalabilitas tinggi
• Kompatibilitas baik

Kekurangan:

• Tingkat desentralisasi rendah
• Keamanan relatif rendah
• Memerlukan kepercayaan pada validator sidechain
• Transfer lintas rantai