Поза блокчейном розширення Глибина аналізу

1. Необхідність розширення

Майбутнє блокчейну полягає в досягненні децентралізації, безпеки та масштабованості. Але зазвичай можна задовольнити лише два з них, що називається проблемою неможливого трикутника блокчейну. Наразі однією з гарячих тем розвитку блокчейну є те, як підвищити пропускну здатність та швидкість транзакцій блокчейну за умови забезпечення децентралізації та безпеки, тобто вирішення проблеми масштабування.

Визначення децентралізації, безпеки та масштабованості блокчейну:

• Децентралізація: будь-хто може стати вузлом і брати участь у виробництві та верифікації блокчейн-системи, чим більше вузлів, тим вищий рівень децентралізації.

• Безпека: Чим вищі витрати на отримання контролю над системою блокчейн, тим вища безпека, ланцюг може витримувати атаки значної частини учасників.

• Масштабованість: здатність блокчейну обробляти велику кількість транзакцій.

Перший значний хард-форк мережі Біткоїн виник через проблеми з масштабуванням. Зі збільшенням кількості користувачів та обсягів транзакцій обмеження ємності блоку в 1MB призвело до заторів у мережі. З 2015 року спільнота Біткоїн почала мати розбіжності щодо проблеми масштабування, що зрештою призвело до першого значного хард-форку Біткоїна 1 серпня 2017 року, в результаті якого з'явився BCH.

Мережа Ethereum також вирішила пожертвувати частиною масштабованості для забезпечення безпеки та децентралізації. Від CryptoKitties у 2017 році до літа DeFi та пізніших GameFi та NFT, попит на пропускну спроможність на ринку постійно зростає. Але Ethereum здатен обробляти лише 15-45 транзакцій на секунду, що призводить до підвищення вартості транзакцій і збільшення часу розрахунків, більшість DApps важко витримують витрати на обслуговування. Ідеальним рішенням для масштабування є підвищення швидкості транзакцій і пропускної спроможності без жертвування децентралізацією та безпекою.

2. Категорії планів розширення

Відповідно до "чи змінювати основну мережу", рішення про розширення можна поділити на два основні типи: розширення на блокчейні та розширення поза блокчейном.

2.1 Розширення в ланцюгу

Основна концепція: рішення, яке досягає ефекту розширення шляхом зміни одного з протоколів основної мережі, наразі основне рішення - це шarding.

поза блокчейном розширення в основному має два варіанти:

1. Розширити простір блоку, збільшити кількість транзакцій, що пакуються в кожен блок, але це підвищить вимоги до обладнання вузлів і знизить рівень децентралізації.

2. Шардинг, поділ блокчейн-реєстру на кілька частин, які ведуть різні вузли, може зменшити обчислювальне навантаження на вузли та бар'єри для входу, але знизить загальну безпеку мережі.

Зміна основного протоколу мережі може призвести до непередбачуваних негативних наслідків, тонкі вразливості безпеки на нижньому рівні можуть серйозно загрожувати безпеці всієї мережі.

2.2 поза блокчейном розширення

Основна концепція: рішення для масштабування, яке не змінює існуючий протокол основної мережі першого рівня.

поза блокчейном розширення можна поділити на Layer2 та інші рішення:

Шар 2:

• Канал стану
• Бічний ланцюг
• Плазма
• Rollups( оптимізовані Rollup та нульові знання Rollup)

Інше:

• Валідіум

! Звіт про глибоке дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз офчейн-експансії

3. Плани розширення поза блокчейном

3.1 Державні канали

3.1.1 Огляд

Статеві канали передбачають, що користувачам потрібно взаємодіяти з основною мережею лише під час відкриття, закриття або вирішення суперечок; взаємодія між користувачами відбувається поза блокчейном, щоб зменшити час і витрати на транзакції, забезпечуючи необмежену кількість транзакцій.

Канали стану - це простий P2P протокол, що підходить для "додатків на основі раундів", таких як гра в шахи для двох. Кожен канал управляється мультипідписом смарт-контракту, що працює в основній мережі, який контролює активи, внесені в канал, перевіряє оновлення стану та арбітражує спори між учасниками. Після розгортання контракту учасники вносять кошти та блокують їх, і після підписання обома сторонами канал офіційно відкривається. Канал дозволяє учасникам безкоштовно здійснювати необмежену кількість офлайн-транзакцій (, якщо чиста вартість переказу не перевищує загальну суму внесених токенів ). Учасники по черзі надсилають оновлення стану та чекають підписання підтвердження від іншого. У нормальних умовах, оновлення стану, погоджені обома сторонами, не завантажуються в основну мережу, лише у разі спору або закриття каналу підтвердження залежить від основної мережі. При закритті каналу будь-який учасник може подати запит на транзакцію в основній мережі, якщо отримає підписання всіх учасників, то вона буде виконана негайно, в іншому випадку потрібно чекати закінчення "періоду виклику", щоб отримати залишкові кошти.

Стан каналів може значно зменшити обчислювальне навантаження основної мережі, підвищити швидкість транзакцій та знизити витрати на транзакції.

3.1.2 Часова лінія

• 2015/02: Джозеф Пун і Таддеус Дріджа опублікували проект білого паперу про мережу Lightning.

• 2015/11: Джефф Коулман вперше системно узагальнив концепцію State Channel, запропонувавши, що Bitcoin Payment Channel є підкатегорією State Channel.

• 2016/01: Джозеф Пун і Тхаддеус Дріджа офіційно опублікували білу книгу про биткойн-мережу Lightning, запропонувавши рішення для розширення платіжних каналів.

• 2017/11: запропоновано першу специфікацію дизайну State Channel на основі рамки Payment Channel під назвою Sprites.

• 2018/06: Counterfactual представив детальний дизайн Generalized State Channels.

• 2018/10: Запропоновано концепцію State Channel Networks та Virtual Channels.

• 2019/02: Концепція статус-каналів розширена до N-Party Channels, Nitro є першим протоколом, створеним на основі цієї ідеї.

• 2019/10: Pisa розширила концепцію Watchtowers для вирішення проблеми безперервної онлайн-активності учасників.

• 2020/03:Hydra提出Швидкі ізоморфні канали.

3.1.3 Технічні принципи

Процес роботи каналу стану:

1. Аліса та Боб відкривають статусний канал, вносячи кошти з EOA на адрес контракту поза блокчейном.

2. Аліса та Боб можуть проводити необмежену кількість交易ів поза блокчейном, спілкуючись один з одним за допомогою зашифрованих підписаних повідомлень. Обидві сторони повинні підписувати кожну транзакцію, щоб запобігти подвійним витратам.

3. Якщо Аліса хоче закрити канал, їй потрібно подати остаточний стан до контракту. Якщо Боб підпише і підтвердить, контракт звільнить заблоковані кошти відповідно до остаточного стану. Якщо Боб не відповість, контракт звільнить кошти після закінчення періоду оскарження.

У разі песимістичного сценарію, якщо Боб не відповідає на підпис оновлення стану Аліси в певному раунді, Аліса може подати до контракту останній дійсний стан для оскарження. Контракт дозволяє Бобу впродовж певного часу відповісти, подавши наступний стан. Якщо Боб реагує, сторони можуть продовжувати交易; якщо не реагує, контракт автоматично закриває канал і повертає кошти Алісі.

3.1.4 Переваги та недоліки

Переваги:

• Миттєве підтвердження
• Висока пропускна здатність
• Низькі комісії
• Хороша конфіденційність

Недоліки:

• Погана доступність
• Низька ефективність використання капіталу
• Важко обробляти великі транзакції
• Не підходить для складних смарт-контрактів

3.1.5 Застосування

Біткойн-мережа блискавки:

• У лютому 2015 року опубліковано чернетку білого паперу
• У січні 2016 року було опубліковано офіційну версію білого паперу, заснування Lightning Labs
• У березні 2018 року був випущений перший стабільний реліз основної мережі LND 0.4
• У червні 2021 року Сальвадор прийняв біткойн як законний засіб платежу, у вересні випустив гаманець Lightning Network Chivo
• У 2022 році багато бірж підтримували депозити та зняття коштів через мережу Lightning
• У листопаді 2022 року у мережі Lightning було 76 236 платіжних каналів, кошти в каналах становили 5049 BTC

Екологічний розвиток:

• Базовий рівень: BTC мережа
• Основна інфраструктура: рішення для блискавичної мережі, вузли та послуги ліквідності
• Верхні додатки: платіжні та фінансові послуги тощо

! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею

Ефірний громовий мережа:

• Заснована в 2017 році, засновником є розробник ядра Ethereum
• У жовтні 2017 року ICO залучило понад 30 мільйонів доларів США
• У травні 2020 року запущено перший Raiden Light Client
• Наприкінці 2021 року кілька бірж знімуть токени RDN з торгів.

Причини, чому не було широко прийнято:

• Високий поріг входу
• З'явилися більш досконалі технології масштабування

Наразі екосистема розвивається повільно, вона перетворюється на рішення для масштабування, яке працює в мережі Ethereum L2 Rollup.

Мережа Celer:

• Суть полягає в збільшенні шару стимулів у мережі Lightning
• Створення швидких, низьковитратних високочастотних інтерактивних DApps за допомогою технології розширення поза блокчейном та стимулюючих економічних моделей
• Підходить для сцен високої частоти взаємодії, таких як платформи електронного спорту
• Засновано у 2018 році, випуск токенів у березні 2019 року
• Липень 2019 року запуск основної мережі Ethereum
• Наразі перетворено на платформу агрегації L2, що підтримує крос-ланцюгові рішення.

3.1.6 Порівняння застосувань

Біткойн-мережа блискавки:

• Найбільш зріла реалізація каналів стану
• Широке застосування, багатий екологічний

Ефірний грозовий мережа:

• Стан екосистеми зупинився
• Переход на рішення L2 Rollup

Мережа Celer:

• Додано дизайн шару стимулювання
• Перетворено на платформу агрегації крос-ланцюгів L2

3.2 Бічні ланцюги

3.2.1 Резюме

Концепція бічного ланцюга була вперше запропонована в чаті розробників Bitcoin у 2012 році, а в 2014 році була опублікована перша відповідна стаття.

Бічний ланцюг є формою блокчейну, що з'явилася для прискорення транзакцій біткоїнів, і може використовувати більш складні контракти або покращені механізми консенсусу. Результати транзакцій бічного ланцюга врешті-решт записуються на стороні валідатора. Ця модель є основою, яка прикріплена до головного ланцюга та допомагає головному ланцюгу вирішувати проблеми.

! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз офчейн-експансії

3.2.2 Хронологія

• 2012/01: Концепція бічного ланцюга біткойна була запропонована в чаті
• 2014/10: Опубліковано статтю про бічні ланцюги біткоїна
• 2017/04: Запуск тестової мережі POA Network
• 2017/10: Запуск Matic Network
• 2017/12: Запуск основної мережі POA Network
• 2018/01:Запуск тестової мережі Skale
• 2018/10: Запуск тестової мережі xDai Chain
• 2020/06:Запуск основної мережі Skale
• 2020/06: Запуск основної мережі Matic PoS Chain
• 2021/02:Matic перейменовано на Polygon
• 2021/02:Запуск бокового ланцюга Ronin від Axie Infinity
• 2021/12: Об'єднання xDai Chain та Gnosis Dao
• 2022/03: Мережу POA об'єднано з Gnosis Chain

3.2.3 Технічний принцип

Бічний ланцюг має два основні способи спілкування з основним ланцюгом:

1. Двостороннє закріплення ( Симетричне закріплення ): Валідатори основного ланцюга та бічного ланцюга в реальному часі записують поточний стан один одного. Використовуючи двосторонню технологію SPV, при відправці токена з основного ланцюга на бічний ланцюг виникає SPV-Locked Output, який може бути розблокований тільки валідатором бічного ланцюга за допомогою SPV-доказу.

Основний процес:

• Користувач відправляє активи на спеціальну адресу SPV-Locked Output
• Після періоду підтвердження надіслати SPV доказ на бічний ланцюг
• Чекати періоду конкурсу, щоб уникнути атаки з подвоєнням витрат
• Після завершення користувач може використовувати новостворені запаковані активи в бічному ланцюзі

2. Несумісне закріплення ( Асиметричне закріплення ): Валідатори бічного ланцюга в режимі реального часу контролюють активність головного ланцюга. Коли головний ланцюг переказує кошти на бічний ланцюг, бічний ланцюг може активно фіксувати це, але при переказі коштів з бічного ланцюга на головний ланцюг необхідно впровадити механізм Сертифікаторів. Сертифікатори записують ключову інформацію та перевіряють транзакції, що повертаються з бічного ланцюга, за допомогою агрегованих підписів.

Простими словами механізм бічного ланцюга: Боковий ланцюг: Головний ланцюг блокує активи, боковий ланцюг генерує упаковані активи

• Боковий ланцюг -> Головний ланцюг: знищення упакованих активів у боковому ланцюгу, розблокування активів у головному ланцюгу

Безпека активів на бічному ланцюгу залежить від механізму консенсусу бічного ланцюга. Якщо активи, що генеруються на бічному ланцюгу, не відповідають основному ланцюгу, а потім ці активи знищуються для подання запиту на розблокування до основного ланцюга, існує ризик викрадення коштів.

3.2.4 Плюси та мінуси

Переваги:

• Висока гнучкість
• Зменшити навантаження на основний ланцюг
• Висока масштабованість
• Хороша сумісність

Недоліки:

• Низький рівень децентралізації
• Безпека відносно низька
• Потрібно довіряти перевірникам бічного ланцюга
• Кросчейн переказ