Conhecimentos básicos sobre a rede de segunda camada do Bitcoin

A ascensão das inscrições de Bitcoin trouxe nova vitalidade ao ecossistema Bitcoin, fazendo com que mais pessoas prestassem atenção novamente ao Bitcoin. Alguns acreditam que isso abriu a caixa de Pandora do ecossistema Bitcoin. Entre os muitos desenvolvimentos tecnológicos no ecossistema Bitcoin, a construção de segunda camada é a mais importante. Este artigo resume os conhecimentos básicos sobre a segunda camada do Bitcoin, na esperança de que mais pessoas possam aprimorar ideias relacionadas e impulsionar o desenvolvimento deste campo.

Algumas opiniões consideram que o mundo da blockchain começa com Bitcoin e termina com o ecossistema Bitcoin. O Ethereum também pode ser visto como uma exploração da tecnologia de sidechain do Bitcoin.

No artigo, "construção de camada 2" e "construção de rede de camada 2" são basicamente sinônimos, sendo que a construção de camada 2 é um conceito mais amplo. Para se adequar à terminologia comumente utilizada na indústria, o texto também usará a expressão "construção de rede de camada 2".

1. A missão do Layer2

Para compreender os problemas básicos que precisam ser resolvidos na construção de segunda camada do Bitcoin, começamos pelas características fundamentais do sistema de blockchain.

1.1 Características e necessidades básicas da blockchain

Podemos ver a blockchain como um "computador mundial". Entender as várias características da blockchain sob essa perspectiva será mais claro. Também analisaremos a possibilidade de desenvolvimento desse "computador mundial" com base na estrutura de Von Neumann.

Algumas características básicas da blockchain:

Público e transparente: Esta é uma característica de armazenamento de dados e execução de instruções da "computador mundial" que é a blockchain, e também uma necessidade interna que requer a participação conjunta de muitos nós distribuídos em todo o mundo. Esta característica satisfaz o direito à informação dos usuários sobre os dados, sendo um resultado conjunto da exigência de colaboração interna deste "computador mundial" e das necessidades externas dos usuários.

Descentralização: Esta é uma característica da arquitetura deste "computador mundial". O grau de descentralização e a tolerância a falhas são teoricamente suportados pela teoria dos generais bizantinos. Sistemas não bizantinos de generais, em teoria, não são sistemas de blockchain. O grau de descentralização é um indicador importante da segurança da blockchain e também é a base de certas características.

Segurança: A segurança é composta pela demanda interna gerada pelas características arquitetônicas deste "computador mundial" e pela demanda externa necessária pelos usuários. Em um nível microscópico, a segurança é garantida por tecnologias relacionadas à criptografia; em um nível macroscópico, é garantida pela descentralização da arquitetura, de modo que a segurança deste "computador mundial" não seja afetada por falsificações de dados microscópicos ou pela destruição da arquitetura macroscópica.

Capacidade de Cálculo: Uma das principais funções desta máquina de cálculo mundial chamada blockchain é a capacidade de cálculo. Para medir esse indicador, geralmente usamos se é Turing completo como critério. Algumas cadeias, para manter suas características principais, são deliberadamente projetadas para serem Turing incompletas. Por exemplo, a rede Bitcoin não apenas torna suas instruções de código não Turing completas, mas também deliberadamente removeu alguns conjuntos de instruções durante seu desenvolvimento, a fim de manter sua estabilidade e segurança. Todas as tecnologias Turing completas são projetadas para expandir a capacidade de cálculo da blockchain. Do ponto de vista do design em camadas, sistemas simples são mais adequados para servir como base.

Desempenho: Com a mesma capacidade de computação, o desempenho é outra capacidade principal a ser considerada no mundo dos computadores blockchain. Geralmente é medido em TPS, ou seja, o número de transações processadas por segundo.

Armazenamento: A blockchain é descrita como "computador mundial", então ela deve ter a capacidade de armazenamento, que é a habilidade de registrar dados. Atualmente, a maioria dos dados é armazenada dentro dos blocos, enquanto o armazenamento fora dos blocos, mais especializado, ainda está em desenvolvimento.

Privacidade: A privacidade é uma necessidade específica na "computador mundial", que exige que os direitos dos produtores e utilizadores de dados sejam mantidos durante o processo de computação e armazenamento. ( Também incluímos a resistência à censura na parte da privacidade. ) Isso é basicamente impulsionado pelas necessidades externas dos utilizadores.

Há um indicador abrangente de escalabilidade, que geralmente se refere à escalabilidade de toda a arquitetura. Esta característica afeta a maioria das características básicas; a escalabilidade do sistema no nível da arquitetura é um indicador muito importante. Haverá também algumas capacidades de conexão ou outras capacidades específicas de determinados cenários, mas não discutiremos mais aqui.

Entre essas características fundamentais das blockchains, a maioria é restringida pela relação de desenvolvimento mútua do triângulo impossível. Por exemplo, a conjectura DSS refere-se à descentralização (Decentralization, D), segurança (Security, S) e escalabilidade (Scalability, S).

Em sistemas distribuídos, um triângulo impossível semelhante é o princípio CAP, que se refere à Consistência(, Disponibilidade) e Tolerância à Partição(, que não podem ser alcançados simultaneamente em um sistema distribuído. Sistemas de blockchain são sistemas distribuídos que apresentam o problema dos generais bizantinos, portanto, também se aplicam ao princípio CAP.

![Uma visão geral do sistema de conhecimento básico da rede de camada dois do Bitcoin])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-afec9afaa32c50371c97fef06f76acca.webp(

) 1.2 O papel da construção de segundo nível

Quais papéis devem ser concluídos na construção da camada dois? Que funções devem ser fornecidas? A construção da camada dois deve necessariamente expandir as deficiências do sistema de camada um, completando no nível dois as coisas que não são adequadas para serem realizadas no sistema de camada um.

A partir das características da blockchain resumidas acima, podemos chegar a uma conclusão preliminar: é fundamental expandir essas capacidades básicas: transparência pública, descentralização, segurança, capacidade de computação, desempenho (, throughput ), armazenamento, privacidade, etc. Além dessas capacidades básicas do ponto de vista técnico, há uma questão econômica muito importante que precisa ser resolvida, que é reduzir custos. Normalmente, o custo total de execução de transações em uma rede de camada 1 é relativamente alto, sendo necessário utilizar uma rede de camada 2 para reduzir esses custos.

Resumindo em uma frase, as soluções para aumentar a capacidade, reduzir custos e personalizar características são todas construções de segunda camada. Quanto à personalização, atualmente ainda não é muito evidente, ou frequentemente está oculta nas duas primeiras características, o que pode ser algo confuso. Podemos entender assim: as características da rede de primeira camada têm diferentes níveis de necessidade para muitas aplicações, e na segunda camada, é possível reajustar a implementação de várias características para certas aplicações.

Na construção de camadas secundárias, as capacidades básicas da blockchain terão concessões diferentes, reduzindo algumas características, até mesmo descartando algumas, em troca de melhorias significativas em certas características. Por exemplo: algumas camadas secundárias, para melhorar o desempenho, reduzirão o grau de descentralização e a segurança; algumas camadas secundárias, para aumentar a capacidade de processamento, como a Lightning Network, alterarão a estrutura do sistema e a forma de liquidação. Outras, sem reduzir as características básicas, aumentarão uma determinada característica, como o método de processamento RGB, que aumenta claramente a privacidade e a resistência à censura, mas aumenta a dificuldade de implementação técnica. Nos próximos casos, veremos a construção de camadas secundárias que reduzem ou alteram simultaneamente várias características.

Reduzir custos deve ser uma necessidade básica em toda a construção de camadas secundárias.

![Uma visão geral do sistema de conhecimento básico da rede de segunda camada do Bitcoin]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad899d00cda3df50aead693947e770bc.webp(

) 1.3 Por que fazer um design em camadas?

O design em camadas é um meio e uma metodologia pelos quais os humanos lidam com sistemas complexos, dividindo o sistema em várias estruturas de camadas e definindo as relações e funções entre essas camadas, a fim de alcançar a modularidade, a manutenibilidade e a escalabilidade do sistema, aumentando assim a eficiência e a confiabilidade do design do sistema.

Para um sistema de protocolos amplo e extenso, o uso de camadas terá benefícios evidentes. Isso torna mais fácil para as pessoas entenderem, facilita a divisão do trabalho na implementação e permite melhorias modulares, entre outras vantagens. Assim como no design do modelo em sete camadas ISO/OSI nas redes de computadores, mas na implementação concreta, algumas camadas podem ser combinadas; por exemplo, o protocolo de rede específico TCP/IP é um protocolo de quatro camadas.

Especificamente, as vantagens da estratificação do protocolo:

1.As camadas são independentes entre si. Uma camada não precisa saber como a sua próxima camada é implementada, apenas precisa conhecer os serviços fornecidos pela interface entre as camadas. Dessa forma, a complexidade do problema como um todo diminui. Ou seja, o funcionamento da camada anterior não afeta o trabalho da próxima camada, permitindo que, ao projetar o trabalho de cada camada, garantamos que a interface permaneça inalterada e possamos ajustar livremente a maneira de trabalhar dentro da camada.

2.Boa flexibilidade. Quando qualquer camada sofre alterações, desde que a relação de interface entre camadas se mantenha inalterada, as camadas acima ou abaixo não são afetadas. Quando uma camada apresenta inovações tecnológicas ou quando surgem problemas no trabalho de uma camada, isso não afeta o funcionamento das outras camadas; ao eliminar problemas, basta considerar apenas os problemas dessa camada individualmente.

3.Estruturalmente divisível. Cada camada pode adotar a tecnologia mais adequada para sua implementação. O desenvolvimento tecnológico é muitas vezes assimétrico, e a divisão em camadas evita eficazmente o efeito do barril, não sendo a eficiência do trabalho geral afetada pela imperfeição de um determinado aspecto tecnológico.

4.Fácil de implementar e manter. Esta estrutura torna a implementação e a depuração de um sistema grande e complexo mais fácil de lidar, uma vez que todo o sistema já foi dividido em vários subsistemas relativamente independentes. Durante a depuração e manutenção, cada camada pode ser depurada separadamente, evitando a situação de não conseguir encontrar ou resolver o problema errado.

5.Pode promover o trabalho de padronização. Porque cada camada possui uma descrição precisa das suas funções e dos serviços que oferece. A vantagem da padronização é que é possível substituir livremente uma das camadas, o que é muito conveniente para uso e pesquisa.

O pensamento de design modular em camadas é um método comum no campo da tecnologia para lidar com um projeto de engenharia que é grande em funcionalidades, requer colaboração de várias pessoas e é constantemente aprimorado, sendo uma abordagem que foi testada na prática e é eficaz.

2. Vários enfoques para a construção do Layer2 do Bitcoin

Bitcoin tem três rotas de construção de segunda camada notáveis:

(1) uma rota de expansão baseada em cadeia, semelhante à segunda camada do EVM, é a estrutura da blockchain;

###2( uma é baseada em rotas distribuídas, representada pela Lightning Network, é uma estrutura distribuída.

)3( há também uma rota baseada em sistemas centralizados, representada por um índice centralizado, que é uma estrutura centralizada.

As duas primeiras abordagens têm características distintas, já existem alguns produtos em uso e outros em exploração. Para a primeira abordagem, devido ao florescimento do Ethereum e à exploração de outras cadeias que imitam o Bitcoin, a escalabilidade de segunda camada baseada em cadeia é relativamente mais fácil, com mais casos de referência. A segunda abordagem, baseada em uma rede distribuída, geralmente apresenta mais dificuldades, e seu desenvolvimento é um pouco mais lento, sendo a Lightning Network a representante. A terceira abordagem é bastante controversa, pois não parece uma construção de segunda camada, mas parece ter cumprido as funções de uma construção de segunda camada.

Qual é a melhor solução de construção de camada 2? Usamos um resultado de mercado como critério de avaliação; qual rede de camada 2 tem o valor total de ativos bloqueados TVL)Total Value Locked( mais alto, essa solução é a solução ótima. Com o tempo e o desenvolvimento da tecnologia, essa solução ótima será um processo em mudança.

A definição da segunda camada da rede Bitcoin é que, desde que se baseie na rede Bitcoin e estabeleça uma relação técnica com a rede Bitcoin, algumas características que são superiores à rede de primeira camada do Bitcoin podem ser consideradas como construção da segunda camada do Bitcoin. Em outras palavras: qualquer sistema que consuma BTC como gás, utilizando BTC como ativo subjacente e que expanda o desempenho do Bitcoin, é considerado construção de segunda camada. Com base nesse julgamento, deveríamos reconhecer a terceira forma de construção de segunda camada, ou seja, a construção de segunda camada com estrutura centralizada.

O desenvolvimento da tecnologia do Bitcoin em si, como a modificação do OP_RETURN, Taproot, assinatura Schnorr, MAST e Tapscript, deve ser projetado para conectar a primeira e a segunda camada, não deve haver um uso excessivo dessas tecnologias para desenvolver funcionalidades, pois não haverá um avanço qualitativo na rede de primeira camada, que deve passar pela construção da segunda camada. Mas na ausência de melhores produtos de segunda camada do Bitcoin, essas capacidades tecnológicas de conexão entre a primeira e a segunda camada serão usadas de forma excessiva por um período de tempo.

![Uma visão geral do sistema de conhecimento básico da rede de segunda camada do Bitcoin])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-086a074fde8e4b3baab62f0dd9a0726c.webp(

) 2.1 Construção de segunda camada baseada em cadeia

As cadeias de imitação do Bitcoin no início realizaram várias explorações, como "Colorcoin"(moeda colorida), "CovertCoins" e "MasterCoin"; várias cadeias de imitação do Bitcoin para escalabilidade, como BCH###Bitcoin Cash(, BSV)Bitcoin SV(, BTG)Bitcoin Gold(; várias tecnologias de sidechain são baseadas em casos de construção de expansão da cadeia, pode-se dizer que é uma forma abrangente de segunda camada.

Inclui o Ethereum, que também é uma exploração de melhorias baseada no Bitcoin. Em resposta às imperfeições do Bitcoin: o sistema sem contas do UTXO, a linguagem de execução não é Turing completa, a baixa escalabilidade e outros problemas, foi desenvolvido um novo sistema de blockchain de nova geração. Embora essa exploração do Ethereum não seja uma construção de segunda camada diretamente sobre o Bitcoin, é, em um sentido amplo, uma exploração de construção baseada na cadeia.

Exploração de melhorias para Bitcoin que o Ethereum não possui, bem como a segunda camada no Ethereum.