Глубина анализа вне блокчейна

1. Необходимость масштабирования

Будущее блокчейна заключается в достижении децентрализации, безопасности и масштабируемости. Однако обычно можно одновременно удовлетворить только два из этих условий, что называется проблемой невозможного треугольника блокчейна. На протяжении многих лет люди исследуют, как повысить производительность и скорость транзакций блокчейна при гарантии децентрализации и безопасности, то есть решить проблему масштабирования.

Давайте сначала определим децентрализацию, безопасность и масштабируемость блокчейна:

• Децентрализация: любой может стать узлом и участвовать в системе блокчейна, чем больше узлов, тем выше степень децентрализации.

• Безопасность: чем выше стоимость получения контроля над блокчейн-системой, тем выше безопасность, и цепочка может противостоять большему количеству атак.

• Масштабируемость: способность блокчейна обрабатывать большое количество транзакций.

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

Первая значительная хард-форк сети Биткойн возникла из-за проблемы масштабирования. С увеличением числа пользователей и объема транзакций сеть Биткойн с ограничением в 1 МБ на блок начала сталкиваться с проблемой перегрузки. С 2015 года в сообществе Биткойн существовали разногласия по поводу масштабирования: одна сторона поддерживала увеличение размера блока, в то время как другая выступала за оптимизацию структуры основной цепи с использованием решения SegWit. 1 августа 2017 года сторона, поддерживающая увеличение размера блока, разработала клиентскую систему на 8 МБ и запустила ее, что привело к первому значительному хард-форку Биткойна и появлению новой криптовалюты BCH.

Сеть Ethereum также выбрала жертву части своей масштабируемости ради обеспечения безопасности сети и децентрализации. Хотя Ethereum не ограничивает размер блока так, как это делает Bitcoin, он устанавливает верхний предел стоимости топлива для одного блока, чтобы ограничить объем транзакций, с целью достижения бездоверительного консенсуса и обеспечения широкого распределения узлов.

С 2017 года, начиная с CryptoKitties, через лето DeFi и далее с ростом таких цепочных приложений, как GameFi и NFT, рынок постоянно увеличивает спрос на пропускную способность, однако Ethereum может обрабатывать только 15-45 транзакций в секунду. Это приводит к постоянному увеличению затрат на транзакции, увеличению времени расчета, и большинству Dapps становится трудно нести эксплуатационные расходы, вся сеть становится медленной и дорогой, и необходимо срочно решить проблему масштабирования. Идеальное решение для масштабирования заключается в том, чтобы максимально увеличить скорость и пропускную способность блокчейн-сети без ущерба для децентрализации и безопасности.

2. Категории решения по масштабированию

Мы разделили планы по расширению на два основных типа: расширение на блокчейне и вне блокчейна, основываясь на критерии "изменится ли основной сеть".

2.1 Расширение в цепочке

Основная концепция: решение, достигающее эффекта увеличения за счет изменения уровня протокола основной сети, в настоящее время основное решение - это шarding.

Существует несколько решений для масштабирования в блокчейне, в этой статье не будет подробного раскрытия, кратко перечислим два решения:

• Вариант 1 заключается в расширении пространства блока, то есть увеличении количества транзакций, упакованных в каждый блок, но это повысит требования к высокопроизводительным узловым устройствам, увеличит порог входа для узлов и снизит степень децентрализации.

• Второй вариант - это шардирование, которое делит блокчейн-реестр на несколько частей, за которые отвечают разные шардированные узлы, что позволяет одновременно обрабатывать несколько транзакций; это снижает вычислительную нагрузку на узлы и порог входа, увеличивая скорость обработки транзакций и степень децентрализации; но это означает, что вычислительная мощность всей сети распределяется, что может снизить безопасность всей сети.

Изменение кода протокола основной сети может привести к непредсказуемым негативным последствиям, так как любые незначительные уязвимости в безопасности на нижнем уровне могут серьезно угрожать безопасности всей сети, что может привести к необходимости форка или прерывания для ремонта и обновления.

2.2 вне блокчейна расширение

Основная концепция: решение для масштабирования, которое не изменяет существующий протокол основного сетевого уровня.

вне блокчейна расширения можно дополнительно разделить на Layer2 и другие решения:

Слой 2:

• Государственные каналы
• Плазма
• Роллы
  • Оптимистичные свертки
  • ZK Роллапы

Другие:

• Сайдчейны
• Валидиум

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

3. Вне блокчейна расширения решения

3.1 Государственные каналы

3.1.1 Обзор

Состояние канала предполагает, что пользователям необходимо взаимодействовать с основной сетью только при открытии, закрытии или разрешении споров, а взаимодействия между пользователями осуществляются вне блокчейна, чтобы снизить временные и финансовые затраты на транзакции, а также обеспечить неограниченное количество транзакций.

Каналы состояния — это простые P2P-протоколы, подходящие для "приложений на основе раундов", таких как шахматные игры для двоих. Каждый канал управляется мультиподписным 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, после чего, после подписи обеих сторон, канал официально открывается. Канал позволяет участникам проводить неограниченное количество бесплатных транзакций вне блокчейна (, при условии, что чистая стоимость их переводов не превышает общую сумму внесенных токенов ). Участники по очереди отправляют обновления состояния друг другу и ждут подтверждения подписи от другой стороны. Как только другая сторона подтверждает подпись, обновление состояния считается завершенным. Обычно обновления состояния, согласованные обеими сторонами, не загружаются в основную сеть, только в случае спора или закрытия канала требуется подтверждение основной сети. Когда необходимо закрыть канал, любой из участников может подать запрос на транзакцию в основной сети. Если запрос на выход получает единогласное одобрение подписей всех участников, то на блокчейне немедленно выполняется операция, то есть смарт-контракт распределяет оставшиеся заблокированные средства в зависимости от баланса каждого участника в конечном состоянии канала; если другие участники не одобрят подпись, то всем участникам придется ждать окончания "периода оспаривания", прежде чем они смогут получить оставшиеся средства.

Таким образом, схема состояния канала может значительно уменьшить вычислительную нагрузку на основную сеть, повысить скорость транзакций и снизить стоимость транзакций.

3.1.2 Временная шкала

• 2015/02, Джозеф Пун и Таддеус Дрия выпустили черновик белой книги сети Lightning.

• 2015/11, Джефф Коулман впервые систематически обобщил концепцию State Channel и предложил, что Payment Channel биткойна является подкатегорией концепции State Channel.

• 2016/01, Joseph Poon и Thaddeus Dryja официально опубликовали белую книгу «The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments», в которой предложили решение для масштабирования сети Биткойн — Payment Channel (, этот план предназначен только для обработки платежей на сети Биткойн.

• В ноябре 2017 года были предложены первые проектные нормы Sprites для State Channel на основе фреймворка Payment Channel.

• 2018/06, Counterfactual представил очень подробный дизайн Обобщенных Каналов Состояний, это первый полностью связанный с состоянием каналов дизайн.

• В октябре 2018 года в статье Generalised State Channel Networks была предложена концепция State Channel Networks и Virtual Channels.

• 2019/02, концепция состояния канала расширена до N-Party Channels, Nitro является первым протоколом, созданным на основе этой идеи.

• 2019/10, Pisa расширила концепцию Watchtowers, чтобы решить проблему необходимости постоянного онлайн-пребывания всех участников.

• 2020/03, Hydra предложила Быстрые Изоморфные Каналы.

! [Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ead28de03be9fc22dcfe3f679ee36bc5.webp(

)# 3.1.3 Технические принципы

Общий рабочий процесс каналов состояния:

1. Алиса и Боб переводят средства с личных счетов на адрес контракта в блокчейне, эти средства блокируются в контракте и возвращаются пользователю только после закрытия канала; после подписания подтверждения обеими сторонами, канал состояния между ними официально открывается.

2. Алиса и Боб могут проводить неограниченное количество сделок вне блокчейна, участники обмениваются зашифрованными подписанными сообщениями ###, а не общаются с сетью блокчейна (. Оба пользователя должны подписывать каждую сделку, чтобы предотвратить двойные траты. С помощью этих сообщений они предлагают обновления состояния своих счетов и принимают предложенные обновления состояния от другой стороны.

3. Если Алиса хочет закрыть канал и завершить сделку с Бобом, Алиса должна подать в контракт окончательное состояние своего аккаунта. Если Боб подпишет и одобрит, контракт освободит заблокированные средства и вернет их соответствующему пользователю в соответствии с окончательным состоянием. Если Боб не ответит с подписью, контракт освободит заблокированные средства и вернет их соответствующему пользователю по истечении периода оспаривания.

! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(

)# 3.1.4 Достоинства и недостатки

Преимущества:

• Мгновенное подтверждение транзакции
• Высокая пропускная способность
• Низкие комиссии
• Защита конфиденциальности

Недостатки:

• Нужно заблокировать средства
• Необходимо постоянное онлайн-мониторинг
• Высокий порог инфраструктуры
• Невозможно выполнить сложные операции
• Нужна координация вне блокчейна
• Не поддерживается многопользовательское сотрудничество

3.1.5 Приложение

Сеть молний Биткойн

Обзор: Сеть Lightning — это канал мелких платежей в сети Bitcoin, который прошел через эволюцию технологий: создание одностороннего платежного канала с использованием 2/2 мультиподписей, затем добавление RSMC для создания двустороннего платежного канала, и в конечном итоге добавление HTLC для расширения платежных каналов для многопользовательских платежей, что в итоге создает платежную сеть, известную как сеть Lightning. С помощью вне блокчейна каналов мелких платежей и посредников можно создать сеть транзакций, что решает проблему масштабируемости сети Bitcoin. Общая схема использования сети Lightning следует процессу "депозит ### создание канала ( → транзакция в сети Lightning ) обновление состояния канала ( → возврат/расчет ) завершение канала ("; теоретически сеть Lightning может обрабатывать миллион транзакций в секунду.

Временная линия:

• В феврале 2015 года Джозеф Пун и Таддеус Дрэйджа опубликовали черновик белой книги сети Lightning;
• В январе 2016 года была выпущена официальная версия белой книги и основана компания Lightning Labs;
• 15 марта 2018 года Lightning Labs выпустила первую версию основной сети Lightning Network Daemon )LND( версии 0.4.
• В начале 2021 года публичная емкость сети Lightning )TVL( составляла около 40 миллионов долларов, и примерно 100 тысяч пользователей использовали сеть Lightning.
• В июне 2021 года Сальвадор объявил о принятии биткойна в качестве законного платежного средства, в сентябре выпустил кошелек Chivo на основе сети Lightning.
• В 2022 году Cash App и 26 криптовалютных торговых платформ, включая OKX, Kraken и Bitfinex, объявили о поддержке сети Lightning, обеспечивая мгновенные и дешевые функции депозитов и снятия BTC.
• В октябре 2022 года Lightning Labs выпустила новый протокол на основе Taproot ------ Taro protocol)alpha версия(, который в настоящее время проходит тестирование в тестовой сети и в будущем будет использоваться для создания, отправки и получения активов в сети Биткойн, а также для выполнения мгновенных, крупных и низкозатратных транзакций через сеть Lightning.
• 23 ноября 2022 года, согласно 1ml.com, в сети Lightning всего 76 236 платежных каналов, сумма средств в каналах 5049 $BTC)$81.8M(.

Экологическое развитие: Экосистема BTC Lightning Network состоит из: базового уровня сети BTC --- основных инфраструктур --- различных Dapps.

Ядро инфраструктуры включает

• Решение для сети Lightning: физические и юридические лица могут запускать и подключаться к программному обеспечению сети Lightning, при этом наибольшую долю рынка занимает Lightning Labs.
• Узлы и услуги ликвидности: поскольку пользователям сложно самостоятельно запускать свои узлы, необходимо предоставить дружелюбный интерфейс для управления каналами молниеносных платежей.

На основе основной инфраструктуры существуют различные платежные и финансовые услуги и приложения, такие как Strike, который построен на решение LND и позволяет пользователям покупать и продавать BTC, использовать BTC для вознаграждения создателей на Twitter и позволяет продавцам Shopify принимать BTC и т. д.

По состоянию на ноябрь 2022 года, количество Dapps на базе сети Lightning Bitcoin увеличилось до более чем 20 категорий и более 100 приложений. Основные категории приложений включают платежи через сеть Lightning Bitcoin, кошельки, управление узлами, расширения для браузеров, подкасты и потоковое видео. В настоящее время технический базовый уровень, связанный с инфраструктурой узлов, уже в значительной степени зрел, поддержка кошельков увеличивается, финансовые услуги и интеграция платежей продолжают расти, и больше развлекательных приложений создается в сети Lightning, экосистема сети Lightning процветает.

! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-815c5eb2bdba725e04eebe67b22d42aa.webp(

)## Эфириум Лайтнинг сеть

Обзор: Гром