Глубина анализа расширения вне блокчейна

1. Необходимость расширения

Будущее блокчейна заключается в достижении децентрализации, безопасности и масштабируемости. Но обычно возможно удовлетворить только два из них, что называется проблемой невозможного треугольника блокчейна. В настоящее время одной из горячих тем развития блокчейна является то, как повысить пропускную способность и скорость транзакций блокчейна, обеспечивая при этом децентрализацию и безопасность, то есть решить проблему масштабирования.

Определение децентрализации, безопасности и масштабируемости блокчейна:

• Децентрализация: любой может стать узлом и участвовать в производстве и проверке блокчейн-системы, чем больше узлов, тем выше степень децентрализации.

• Безопасность: чем выше стоимость получения контроля над блокчейн-системой, тем выше безопасность, цепочка может противостоять атакам значительного числа участников.

• Масштабируемость: способность блокчейна обрабатывать большое количество транзакций.

Первая значительная жесткая ветка сети Биткойн возникла из-за проблемы с масштабированием. С увеличением числа пользователей и объема транзакций, ограничение объема блока в 1 МБ привело к перегрузке сети. С 2015 года в сообществе Биткойн начались разногласия по поводу масштабирования, что в конечном итоге привело к первой значительной жесткой ветке Биткойн 1 августа 2017 года, в результате которой появился BCH.

Сеть Эфириума также выбрала жертвовать частью масштабируемости для обеспечения безопасности и децентрализации. С 2017 года, когда появились CryptoKitties, до лета DeFi и последующих GameFi и NFT, рынок постоянно увеличивает спрос на пропускную способность. Однако Эфириум может обрабатывать всего 15-45 транзакций в секунду, что приводит к увеличению затрат на транзакции и удлинению времени расчета, и большинству DApps трудно нести операционные расходы. Идеальное решение для масштабирования заключается в увеличении скорости транзакций и пропускной способности без ущерба для децентрализации и безопасности.

! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети

2. Категория решений по расширению

По критерию "изменение уровня основной сети" схемы масштабирования можно разделить на две большие категории: масштабирование в цепочке и масштабирование вне блокчейна.

2.1 Масштабирование в блокчейне

Основная концепция: решение, достигающее эффекта масштабирования путем изменения уровня протокола основной сети, в настоящее время основное решение - это шардирование.

Расширение возможностей в блокчейне в основном осуществляется двумя способами:

1. Расширить пространство блока, увеличить количество транзакций, упакованных в каждый блок, но это повысит требования к оборудованию узлов и снизит степень децентрализации.

2. Шардинг, разделение блокчейн-реестра на несколько частей, за которые отвечают разные узлы, может снизить вычислительную нагрузку на узлы и порог входа, но это приведет к снижению общей безопасности сети.

Изменение протокола основной сети может иметь непредсказуемые негативные последствия, даже незначительные уязвимости безопасности на нижнем уровне могут серьезно угрожать безопасности всей сети.

2.2 вне блокчейна расширение

Основная концепция: решение по масштабированию, не изменяющее существующий протокол основного сетевого уровня.

вне блокчейна расширение решения можно разделить на Layer2 и другие решения:

Слой2:

• Канал состояния
• сайдчейн
• Плазма
• Rollups( оптимизированные Rollup и нулевое знание Rollup)

Другие:

• Валидиум

! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети

3.方案 вне блокчейна

3.1 Государственные каналы

3.1.1 Обзор

Статус-канал предполагает, что пользователи должны взаимодействовать с основной сетью только при открытии, закрытии или разрешении споров, а взаимодействие между пользователями осуществляется вне блокчейна для снижения времени и затрат на транзакции, что позволяет не ограничивать количество транзакций.

Каналы состояния — это простой P2P-протокол, подходящий для "приложений на основе раундов", таких как игра в международные шашки на двоих. Каждый канал управляется многоподписным смарт-контрактом, работающим в основной сети, который контролирует активы, внесенные в канал, проверяет обновления состояния и разрешает споры между участниками. После развертывания контракта в блокчейн-сети участники вносят средства и блокируют их, и после подтверждения подписей обеими сторонами канал официально открывается. Канал позволяет участникам проводить неограниченное количество бесплатных транзакций вне блокчейна (, при условии, что чистая сумма перевода не превышает общую сумму внесенных токенов ). Участники по очереди отправляют обновления состояния и ждут подтверждения подписи другой стороны. В нормальных условиях обновления состояния, согласованные обеими сторонами, не загружаются в основную сеть; только в случае спора или закрытия канала требуется подтверждение основной сети. При закрытии канала любой участник может подать запрос на транзакцию в основной сети; если он получит одобрение всех подписей, транзакция выполняется немедленно, в противном случае нужно дождаться окончания "периода оспаривания", чтобы получить оставшиеся средства.

Состояние канала может значительно снизить вычислительную нагрузку основной сети, повысить скорость транзакций и снизить стоимость транзакций.

! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

3.1.2 Хронология

• 2015/02: Джозеф Пун и Таддеус Дрия опубликовали проект белой книги о сети Lightning.

• 2015/11: Джефф Коулман впервые систематически обобщил концепцию State Channel, предложив, что Payment Channel биткойна является подкатегорией State Channel.

• 2016/01:Joseph Poon и Thaddeus Dryja официально опубликовали белую книгу по сети Lightning для биткойнов, предложив решение по расширению Payment Channel.

• 2017/11: предложен первый стандарт проектирования State Channel на основе фрейма Payment Channel под названием Sprites.

• 2018/06: Counterfactual представил детализированный дизайн Обобщенных Каналов Состояний.

• 2018/10: предложены концепции State Channel Networks и Virtual Channels.

• 2019/02: Концепция состояния канала расширена до N-Party Channels, Nitro является первым протоколом, основанным на этой идее.

• 2019/10: Pisa расширила концепцию Watchtowers для решения проблемы постоянного онлайн-участия.

• 2020/03: Hydra предложила Быстрые Изоморфные Каналы.

3.1.3 Технические принципы

Рабочий процесс канала состояния:

1. Алиса и Боб открывают статус-канал, переводя средства с EOA на адрес контракта в блокчейне.

2. Алиса и Боб могут проводить неограниченное количество сделок вне блокчейна, общаясь друг с другом с помощью зашифрованных подписанных сообщений. Обе стороны должны подписывать каждую сделку, чтобы предотвратить двойные расходы.

3. Если Алиса хочет закрыть канал, ей нужно подать окончательное состояние контракту. Если Боб подпишет одобрение, контракт освободит заблокированные средства в соответствии с окончательным состоянием. Если Боб не ответит, контракт освободит средства по окончании периода оспаривания.

В пессимистичном сценарии, если Боб не отвечает на подпись обновления состояния Алисы в какой-то итерации, Алиса может подать последний действительный статус в контракт для начала оспаривания. Контракт позволяет Бобу в течение определенного времени ответить, подав следующее состояние. Если Боб отвечает, стороны могут продолжить交易; если не отвечает, контракт автоматически закрывает канал и возвращает средства Алисе.

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

3.1.4 Достоинства и недостатки

Преимущества:

• Мгновенное подтверждение
• Высокая пропускная способность
• Низкие комиссии
• Хорошая конфиденциальность

Недостатки:

• Плохая доступность
• Низкая эффективность капитала
• Трудно обрабатывать крупные сделки
• Не подходит для сложных смарт-контрактов

3.1.5 Приложение

Биткойн-Лайтнинг Сеть:

• В феврале 2015 года был опубликован проект белой книги
• В январе 2016 года был опубликован официальный белый документ, основана Lightning Labs
• Выпуск первой версии основной сети LND 0.4 в марте 2018 года
• В июне 2021 года Сальвадор принял биткойн в качестве законного платежного средства, в сентябре выпустил кошелек Lightning Network Chivo
• В 2022 году несколько бирж начали поддерживать депозиты и выводы через сеть Lightning.
• В ноябре 2022 года в сети Lightning было 76 236 платежных каналов, средства канала составили 5049 BTC

Экологическое развитие:

• Уровень: BTC сеть
• Основная инфраструктура: решения сети Lightning, узлы и услуги ликвидности
• Верхние приложения: платежные и финансовые услуги и т.д.

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

Эфириум Лайтнинг Сеть:

• Основана в 2017 году, основатель - один из ключевых разработчиков Ethereum
• В октябре 2017 года ICO собрала более 30 миллионов долларов США
• В мае 2020 года был запущен первый легкий клиент Raiden
• В конце 2021 года многие биржи снимут токены RDN с торгов.

Причины, по которым не было широко принято:

• Высокий порог входа
• Появление более продвинутых технологий масштабирования

В настоящее время развитие экосистемы идет медленно, осуществляется преобразование в решение по масштабированию, работающем в сети Rollup на Ethereum L2.

Сеть Celer:

• По сути, это увеличение уровня стимулов в сети Lightning
• Создание быстрых и недорогих высокочастотных интерактивных DApps с помощью технологии вне блокчейна и стимулирующей экономической модели
• Подходит для сцен с высокой частотой взаимодействия, таких как платформы для киберспорта
• Основан в 2018 году, выпуск токенов в марте 2019 года
• Запуск основной сети Ethereum в июле 2019 года
• В настоящее время он стал агрегатором L2, поддерживающим межсетевые расширения.

3.1.6 Сравнение приложений

Биткойн-Лайтнинг Сеть:

• Самая зрелая реализация канала состояния
• Широкое применение, богатая экосистема

Эфириум Лайтнинг Сеть:

• Экологическое развитие остановилось
• Переход на L2 Rollup решение

Сеть Celer:

• Добавлен дизайн слоя стимулов
• Преобразован в кросс-чейн L2 агрегатор платформы

3.2 Сайдчейны

3.2.1 Обзор

Концепция сайдчейна была впервые предложена в чате разработчиков Bitcoin в 2012 году, а в 2014 году была опубликована первая статья по этой теме.

Боковая цепь — это форма блокчейна, появившаяся для ускорения транзакций биткойнов, которая может использовать более сложные контракты или улучшать механизм консенсуса. Результаты транзакций боковой цепи в конечном итоге будут записываться на стороне валидатора. Эта модель прикреплена к основной цепи и помогает основной цепи решать проблемы.

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети

3.2.2 Хронология

• 2012/01: Концепция боковых цепочек биткойна была предложена в чате
• 2014/10: Публикация статьи о побочных цепочках Биткойна
• 2017/04: Запуск тестовой сети POA Network
• 2017/10: Запуск сети Matic Network
• 2017/12: Запуск основной сети POA Network
• 2018/01:Запуск тестовой сети Skale
• 2018/10: Запуск тестовой сети xDai Chain
• 2020/06:Запуск основной сети Skale
• 2020/06:Запуск основной сети Matic PoS Chain
• 2021/02:Matic переименован в Polygon
• 2021/02: Запуск побочной цепи Ronin для Axie Infinity
• 2021/12: Слияние xDai Chain с Gnosis Dao
• 2022/03: POA Network объединился с Gnosis Chain

3.2.3 Технические принципы

Сайдчейн в основном имеет два способа общения с основной цепочкой:

1. Двусторонняя привязка(Симметричная привязка): Валидаторы основной цепи и побочной цепи в реальном времени записывают текущее состояние друг друга. При использовании двухсторонней SPV-технологии, при отправке токена основной цепи на побочную цепь создается SPV-заблокированный вывод, который может быть разблокирован только валидаторами побочной цепи с помощью SPV-доказательства.

Основной процесс:

• Пользователь отправляет активы на специальный адрес SPV-Locked Output
• Подать SPV-доказательство на сайдчейн после периода подтверждения
• Ожидание периода конкурса, чтобы избежать атаки двойного расходования
• После завершения пользователи смогут использовать новые выпущенные обернутые активы на сайдчейне.

2. Несогласованное якорение ( Ассиметричное привязывание ): Верификаторы побочной цепи в реальном времени отслеживают активность основной цепи. При переводе с основной цепи на побочную цепь побочная цепь может активно фиксировать это, но при переводе с побочной цепи на основную цепь необходимо вводить механизм сертифицирующих органов. Сертифицирующие органы фиксируют ключевую информацию и проверяют транзакции, возвращаемые побочной цепью, с помощью агрегатной подписи.

Простыми словами механизм боковой цепи: побочная цепь: основная цепь блокирует активы, побочная цепь генерирует упакованные активы

• Боковая цепь -> Главная цепь: уничтожение упакованных активов боковой цепью, разблокировка активов главной цепью

Безопасность активов в побочной цепи зависит от механизма консенсуса побочной цепи. Если активы, созданные в побочной цепи, не соответствуют основным цепям, а затем эти активы уничтожаются для запроса разблокировки на основной цепи, существует риск кражи средств.

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

3.2.4 Достоинства и недостатки

Преимущества:

• Высокая гибкость
• Уменьшить нагрузку на основную цепочку
• высокая масштабируемость
• Хорошая совместимость

Недостатки:

• Низкая степень децентрализации
• Относительно низкая безопасность
• Необходимо доверять проверяющим в боковой цепи
• Кросс-цепочный перевод