On Binlerce Derinlik Araştırması: Off-chain Ölçeklendirme Üzerine Kapsamlı Analiz

Yazarlar: Ellaine Xu, Hettie Jiang, June Wang, Walon Lin, Yiliu Lin

1. Genişlemenin Gerekliliği

Blok zincirinin geleceği, merkeziyetsizlik, güvenlik ve ölçeklenebilirlikten oluşan büyük bir vizyondur; ancak genellikle blok zinciri yalnızca bu üçünden ikisini gerçekleştirebilir, bu üç gereksinimi aynı anda karşılamak, blok zincirinin imkansız üçgen problemi olarak adlandırılmaktadır. Yıllar boyunca, bu zorluğun nasıl çözüleceği, merkeziyetsizlik ve güvenliği sağlarken blok zincirinin işlem hacmini ve işlem hızını artırmanın yolları araştırılmaktadır; yani ölçeklendirme sorununu çözmek, günümüzde blok zinciri gelişim sürecinde tartışılan sıcak konulardan biridir.

Öncelikle blok zincirinin merkeziyetsizliğini, güvenliğini ve ölçeklenebilirliğini genel hatlarıyla tanımlayalım:

• Merkeziyetsizlik: Herkes, blok zinciri sisteminin üretim ve doğrulamasına katılmak için bir düğüm olabiliyor. Düğüm sayısı ne kadar fazlaysa, merkeziyetsizlik derecesi o kadar yüksek olur ve bu da ağı küçük bir grup büyük merkezi katılımcının kontrolünden korur.
• Güvenlik: Blok zinciri sisteminin kontrolünü elde etmek için harcanan maliyet ne kadar yüksekse, güvenlik o kadar yüksek olur, böylece zincir, katılımcıların büyük bir oranının saldırılarına karşı koyabilir.
• Ölçeklenebilirlik: Blockchain'in büyük miktarda işlemi işleme yeteneği.

Bitcoin ağı üzerindeki ilk büyük hard fork, ölçeklenebilirlik sorunlarından kaynaklanmıştır. Bitcoin kullanıcı sayısı ve işlem hacmi arttıkça, her blok için maksimum 1MB olan Bitcoin ağı tıkanıklık sorunuyla karşı karşıya kalmaya başladı; 2015 yılından itibaren, Bitcoin topluluğunda ölçeklenebilirlik konusunda ayrılıklar ortaya çıktı. Bir taraf, Bitcoin ABC'yi temsil eden blok boyutunu artırma taraftarlarıyken, diğer taraf, Bitcoin Core'u temsil eden küçük blok taraftarları, ana zincir yapısını optimize etmek için Segwit ayrılmış tanık çözümünün kullanılmasını savunuyordu. 1 Ağustos 2017'de, Bitcoin ABC, 8MB'lik bir istemci sistemini kendi geliştirmesiyle çalışmaya başladı ve bu, Bitcoin tarihindeki ilk büyük hard fork'un ortaya çıkmasına neden oldu ve aynı zamanda yeni bir kripto para birimi BCH'nin doğmasına yol açtı.

Benzer şekilde, Ethereum ağı da güvenliğini ve merkeziyetsizliğini sağlamak için bir miktar ölçeklenebilirlikten feragat etmeyi seçmiştir; Ethereum ağı, Bitcoin ağı gibi işlem hacmini sınırlamak için blok boyutunu kısıtlamamış, aksine tek bir blokta yer alabilecek yakıt ücretine bir üst sınır getirmiştir, ancak amacı Trustless Consensus'u gerçekleştirmek ve düğümlerin geniş bir şekilde dağılımını sağlamaktır. ( Sınırın kaldırılması veya artırılması durumunda, birçok bant genişliği, depolama ve hesaplama kapasitesi yetersiz olan küçük düğüm ortadan kalkacaktır. ).

2017'deki CryptoKitties, DeFi yazı, daha sonra GameFi ve NFT gibi zincir üstü uygulamaların yükselişine kadar, piyasanın işlem hacmi talebi sürekli artmaktadır ancak Turing tam olan Ethereum bile saniyede sadece 15~45 işlem ( TPS ) gerçekleştirebilmektedir. Bu durum, işlem maliyetlerinin sürekli artmasına, işlem sürelerinin uzamasına, çoğu Dapp'in çalışma maliyetlerini karşılamada zorlanmasına ve tüm ağın kullanıcılar için yavaş ve pahalı hale gelmesine neden olmuştur. Blockchain ölçeklendirme sorunu acilen çözülmelidir. İdeal durumdaki ölçeklendirme çözümü: merkeziyetsizlik ve güvenlikten fedakarlık etmeden, blockchain ağının işlem hızını ( daha kısa finalite süresi ) ve işlem hacmini ( daha yüksek TPS ) olabildiğince artırabilmektir.

2. Kapasite Artırma Planlarının Kategorileri

"Bir ana ağ katmanının değişip değişmeyeceği" standartına göre, ölçeklendirme çözümlerini on-chain ve off-chain olarak iki ana kategoriye ayırıyoruz.

2.1 On-Chain Ölçeklenebilirlik

Kilit kavram: Bir ana ağ protokolünün bir katmanını değiştirerek ölçeklenme etkisi elde etme çözümü, şu anda ana çözüm parçalanmadır.

Zincir üstü ölçeklendirme için çeşitli çözümler vardır, bu makalede bunlar üzerinde durulmayacak, aşağıda iki çözüm kısaca listelenmiştir:

• Plan bir, blok alanını genişletmek, yani her bloğun paketlediği işlem sayısını artırmaktır, ancak bu, yüksek performanslı düğüm cihazlarına olan gereksinimleri artıracak, düğümlerin katılım eşiğini yükseltecek ve "merkeziyetsizlik" derecesini azaltacaktır.
• İkinci seçenek sharding'dir, blok zincir defterini birkaç parçaya ayırır, artık her düğüm tüm muhasebelere katılmaz, bunun yerine farklı parçalar yani farklı düğümler farklı muhasebeleri üstlenir, paralel hesaplama birden fazla işlemi aynı anda işleyebilir; bu, düğümlerin hesaplama yükünü azaltabilir ve katılım eşiklerini düşürebilir, işlem işleme hızını ve merkeziyetsizlik derecesini artırabilir; ancak bu, tüm ağın hesaplama gücünün dağılacağı anlamına gelir ve bu, genel ağın "güvenliğini" azaltabilir.

Bir ana ağ protokolünün kodunu değiştirmek, temel güvenlik açıklarının tüm ağın güvenliğini ciddi şekilde tehdit edebileceği için öngörülemeyen olumsuz etkiler doğurabilir. Ağ, bir çatallaşmaya zorlanabilir veya kesintisiz onarım güncellemeleri yapmak zorunda kalabilir. Örneğin, 2018 yılında Zcash'teki enflasyon açığı olayı: Zcash'in kodu Bitcoin 0.11.2 sürüm kodu üzerinde yapılan değişikliklere dayanıyordu. 2018 yılında bir mühendis, temel kodda yüksek riskli bir açığın bulunduğunu keşfetti; bu, tokenların sınırsız bir şekilde basılabileceği anlamına geliyordu. Takım, açığı gizlice onarmak için 8 ay harcadı ve açığın kapatılmasından sonra bu olayı kamuoyuna açıkladı.

2.2 off-chain genişletme

Temel Kavram: Mevcut birinci katman ana ağ protokolünün genişleme çözümü değiştirilmeden.

off-chain ölçeklendirme çözümleri Layer2 ve diğer çözümler olarak daha da ayrılabilir:

3. off-chain genişleme çözümleri

3.1 Eyalet Kanalları

3.1.1 Özet

Durum kanalları, yalnızca kanal açıldığında, kapandığında veya anlaşmazlık çözüldüğünde kullanıcıların ana ağ ile etkileşimde bulunması gerektiğini belirtir ve kullanıcılar arası etkileşimi off-chain gerçekleştirerek kullanıcıların işlem sürelerini ve maliyetlerini azaltmayı ve işlem sayısında sınırlama olmamasını sağlar.

Durum kanalları, "tur bazlı uygulamalar" için uygun olan basit bir P2P protokolüdür, örneğin, iki kişilik satranç oyunu. Her kanal, ana ağda çalışan çoklu imza akıllı sözleşmeleri tarafından yönetilir, bu sözleşme kanala yatırılan varlıkları kontrol eder, durum güncellemelerini doğrular ve katılımcılar arasındaki anlaşmazlıkları, imza ve zaman damgası ile birlikte sahtekarlık kanıtına dayanarak ( arabuluculuk yapar. Katılımcılar, blok zinciri ağında sözleşmeyi dağıttıktan sonra, bir miktar fon yatırır ve kilitler, her iki tarafın imzası ile onaylandıktan sonra kanal resmi olarak açılır. Kanal, katılımcılar arasında sınırsız sayıda off-chain ücretsiz işlem yapılmasına olanak tanır ), yeter ki transfer net varlıkları yatırılan token toplamını aşmasın (. Katılımcılar sırayla birbirlerine durum güncellemeleri gönderir, diğerinin imza onayını bekler. Diğer taraf imza onayladığında, bu durum güncellemesi tamamlanmış sayılır. Normalde, her iki tarafın kabul ettiği durum güncellemeleri ana ağa yüklenmez, yalnızca anlaşmazlık çıktığında veya kanal kapatıldığında ana ağ onayına dayanır. Kanalı kapatmak gerektiğinde, herhangi bir katılımcı ana ağda işlem talebinde bulunabilir, eğer çıkış talebi tüm katılımcıların imza onayı alırsa, zincir üzerinde hemen uygulanır, yani akıllı sözleşme, kanalın son durumundaki her katılımcının bakiyesine göre kalan kilitli fonları dağıtır; eğer diğer katılımcılar onay imzası vermezse, herkesin kalan fonları almak için "mücadele süresinin" sona ermesini beklemesi gerekir.

Yukarıda belirtilenlere göre, durum kanalı çözümü ana ağın hesaplama yükünü büyük ölçüde azaltabilir, işlem hızını artırabilir ve işlem maliyetini düşürebilir.

3.1.2 Zaman Çizgisi

• 2015/02, Joseph Poon ve Thaddeus Dryja, Lightning Network beyaz kağıdının taslağını yayımladı.
• 2015/11, Jeff Coleman ilk kez State Channel kavramını sistematik bir şekilde özetledi ve Bitcoin'in Payment Channel'ının State Channel kavramının bir alt örneği olduğunu önerdi.
• 2016/01, Joseph Poon ve Thaddeus Dryja resmi olarak "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments" başlıklı beyaz kitabı yayımlayarak Bitcoin Lightning Network'ün genişletme planını, Payment Channel) ödeme kanalı( önerdiler. Bu plan yalnızca Bitcoin ağı üzerindeki transfer ödemelerini işlemek için kullanılmaktadır.
• 2017/11, Payment Channel çerçevesine dayanan ilk State Channel tasarım standardı Sprites önerildi.
• 2018/06, Counterfactual çok ayrıntılı bir Genel Devlet Kanalları tasarımı önerdi, bu, tamamen durum kanallarıyla ilgili olan ilk tasarımdır.
• 2018/10, makale Generalised State Channel Networks, State Channel Networks ve Virtual Channels kavramını ortaya koymuştur.
• 2019/02, Durum Kanalları kavramı N-Party Kanallara genişletildi, Nitro bu fikir üzerine inşa edilen ilk protokoldür.
• 2019/10, Pisa, tüm katılımcıların sürekli çevrimiçi olması gereksinimini çözmek için Watchtowers kavramını genişletti.
• 2020/03, Hydra Hızlı İzomorfik Kanallar önerdi.

![Binlerce Derinlik Araştırması: Off-chain Ölçeklenmeyi Kapsamlı Olarak Analiz Etme])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ead28de03be9fc22dcfe3f679ee36bc5.webp(

3.1.3 Teknik Prensip

Durum kanallarının genel iş akışı:

1. Alice ve Bob, kişisel EOA'larından zincir üzerindeki sözleşme adresine para yatırarak, bu paralar sözleşmede kilitlenir ve kanallar kapandığında bakiyeler kullanıcıya geri döner; her iki tarafın imzasıyla, iki kişi arasındaki durum kanalı resmen açılır.

2. Alice ve Bob bu kanal aracılığıyla teorik olarak off-chain sınırsız sayıda işlem gerçekleştirebilir, katılımcılar birbirleriyle şifreli imza mesajları aracılığıyla iletişim kurar ), blok zincir ağıyla iletişim kurmak yerine (. Her iki kullanıcı da her işlem için imza atmak zorundadır, böylece çift harcama kötü niyetini önleyebilirler. Bu mesajlar aracılığıyla, hesaplarının durum güncellemelerini önerirler ve karşı tarafın önerdiği durum güncellemelerini kabul ederler.

3. Eğer Alice, Bob ile arasındaki işlemi kapatmak istiyorsa, Alice, sözleşmeye kendi hesabının nihai durumunu sunmalıdır. Eğer Bob imzayı onaylarsa, sözleşme nihai duruma göre kilitlenmiş fonları ilgili kullanıcıya geri serbest bırakacaktır. Eğer Bob imzaya yanıt vermezse, sözleşme itiraz süresi sona erdikten sonra kilitlenmiş fonları ilgili kullanıcıya geri serbest bırakacaktır.

![Binlerce Derinlik Araştırması: Off-chain Ölçeklenebilirliğin Kapsamlı Analizi])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(

3.1.4 Avantajlar ve Dezavantajlar

Avantajlar:

• Anlık Onay
• Düşük maliyet
• Yüksek gizlilik
• Üçüncü taraflara güvenmeye gerek yok

Eksiler:

• Birden fazla çevrimiçi olmak gerekiyor
• Büyük ölçekli çıkışları işleyemiyor
• Önceden fonları kilitlemek gerekir.
• Karmaşık uygulamalar için uygun değildir

3.1.5 Uygulama

Bitcoin Lightning Network

Özet: Lightning Network, Bitcoin ağının küçük ödemeler için bir ödeme kanalıdır. Genel teknoloji evrimi şu şekildedir: 2/2 çok imzalı tek yönlü ödeme kanalı oluşturma, RSMC ) Revocable Sequence Maturity Contract ( eklenmesiyle iki yönlü ödeme kanalı oluşturma, ardından HTLC ) Hash Time Lock Contract ( eklenmesiyle ödeme kanallarının çoklu ödemelere genişletilmesi ve nihayetinde ödeme ağının inşası, yani Lightning Network. Off-chain küçük ödeme kanalları aracılığıyla, ardından aracılar yardımıyla bir işlem ağı oluşturularak Bitcoin ağının ölçeklenebilirlik sorunları çözülebilir. Lightning Network'ün genel kullanımı "depozito ) kanal oluşturma ( → Lightning Network işlemi ) kanal durumunu güncelleme ( → iade / hesaplama ) kanal sonlandırma (" sürecini izler; teorik olarak Lightning Network, her saniye bir milyon işlem gerçekleştirebilir.

Zaman çizelgesi:

• 2015 Şubat, beyaz kağıt taslağı yayımlandı
• Ocak 2016'da, resmi beyaz kitabı yayımladı ve Lightning Labs'ı kurdu
• 2018 yılının Mart ayında, ilk ana ağ sürümü yayımlandı
• 2021 yılında, birçok borsa tarafından desteklenen El Salvador'un benimsemesi
• 2022 yılı, ekosistemi daha da geliştirmek

Ekosistem Gelişimi:

• Altyapı:BTC Ağı
• Temel Altyapı: Lightning Network çözümleri, düğümler ve likidite hizmetleri
• Üst düzey uygulamalar: ödemeler, finansal hizmetler ve diğer çeşitli uygulamalar

![Binlerce Derinlik Raporu: Off-chain Ölçeklenmenin Kapsamlı Analizi])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-815c5eb2bdba725e04eebe67b22d42aa.webp(

Ethereum Şimşek Ağı

Özet: Lightning Network, Ethereum tabanlı küçük ödeme kanallarıdır ve Lightning Network'e benzer. Amacı, neredeyse anlık, düşük maliyetli ve ölçeklenebilir ERC20 token ödemelerini gerçekleştirmektir.

Zaman çizelgesi:

• 2017 yılında kuruldu
• 2017 Ekim ICO
• 2020 yılında ana ağın başlatılması
• 2021 yılının sonunda birçok borsa tokenleri kaldırdı.

Şu anda yaygın olarak kullanılmıyor, nedenleri arasında:

1. Kullanım eşiği yüksek
2. daha önce ortaya çıktı