Поза блокчейном розширення Глибина аналізу

1. Необхідність розширення

Майбутнє блокчейну полягає в досягненні децентралізації, безпеки та масштабованості. Але зазвичай можна одночасно задовольнити лише два з цих вимог, що називається проблемою неможливого трикутника блокчейну. Протягом багатьох років люди досліджували, як підвищити пропускну здатність і швидкість транзакцій блокчейну при забезпеченні децентралізації та безпеки, тобто вирішити проблему масштабування.

Давайте спочатку визначимо децентралізацію, безпеку та масштабованість блокчейну:

• Децентралізація: будь-хто може стати вузлом і брати участь в системі блокчейн, чим більше вузлів, тим вищий рівень децентралізації.

• Безпека: Чим вищі витрати на отримання контролю над блокчейн-системою, тим вища безпека, ланцюг може чинити опір значній частині атак.

• Масштабованість: здатність блокчейну обробляти велику кількість транзакцій.

Перший значний хардфорк мережі біткоїн виник через проблему розширення. У міру зростання кількості користувачів та обсягу транзакцій, мережа біткоїн з обмеженням у 1 МБ на блок почала стикатися з проблемою заторів. З 2015 року в спільноті біткоїн існували розбіжності щодо проблеми розширення: одна сторона підтримувала розширення блоків, інша - використання рішення SegWit для оптимізації структури основного ланцюга. 1 серпня 2017 року сторона, що підтримує розширення блоків, розробила клієнтську систему на 8 МБ та запустила її, що призвело до першого значного хардфорку біткоїн та народження нової криптовалюти BCH.

Мережа Ethereum також обрала жертвувати частиною масштабованості для забезпечення безпеки мережі та децентралізації. Хоча Ethereum не обмежує розмір блоку, як це робить Bitcoin, проте встановлення єдиного ліміту на плату за паливо блоку обмежує обсяг транзакцій, мета якого полягає в досягненні бездоказового консенсусу та забезпеченні широкого розподілу вузлів.

З 2017 року з CryptoKitties, літнього сезону DeFi, до пізніших успіхів GameFi та NFT, які з'явилися на блокчейні, попит на пропускну спроможність на ринку постійно зростає, але Ethereum може обробляти лише 15-45 транзакцій на секунду. Це призводить до постійного зростання витрат на транзакції, часу розрахунку, і більшості Dapps важко витримати витрати на експлуатацію, вся мережа стає повільною і дорогою, терміново потребуючи вирішення проблеми масштабування. Ідеальне рішення для масштабування: підвищити швидкість транзакцій та пропускну здатність мережі блокчейну якомога більше, не жертвуючи децентралізацією та безпекою.

2. Категорії планів розширення

Ми поділяємо плани розширення на два основні типи: розширення на основі блокчейну та розширення поза блокчейном, відповідно до критерію "чи змінюється основна мережа".

2.1 розширення мережі

Основна концепція: рішення, яке досягає ефекту масштабування шляхом зміни одного з протоколів основної мережі, наразі основним рішенням є шардінг.

Існує кілька варіантів розширення поза блокчейном, у цій статті не буде детально розглянуто, коротко наведемо два варіанти:

• Варіант перший - це розширення простору блоку, тобто збільшення кількості транзакцій, що упаковуються в кожен блок, але це підвищить вимоги до обладнання вузлів з високою продуктивністю, підвищить поріг входження для вузлів, знизить ступінь децентралізації.

• Варіант два - це шардінг, який розділяє блокчейн-реєстр на кілька частин, за які різні шардінги, тобто різні вузли, відповідають за різне обліку, паралельні обчислення можуть одночасно обробляти кілька транзакцій; це може знизити навантаження на обчислення вузлів і бар'єри для приєднання, підвищити швидкість обробки транзакцій і рівень децентралізації; але це означає, що загальна обчислювальна потужність мережі розподіляється, що знижує безпеку всієї мережі.

Зміна коду основного протоколу мережі може спричинити непередбачувані негативні наслідки, оскільки будь-яка незначна уразливість безпеки на нижньому рівні може серйозно загрожувати безпеці всієї мережі, що може призвести до необхідності форкнути мережу або призупинити ремонтні оновлення.

2.2 поза блокчейном розширення

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

поза блокчейном розширення рішення можна деталізувати на Layer2 та інші рішення:

Шар 2:

• Державні канали
• Плазма
• Ролапи
  • Оптимістичні роллапи
  • ZK Rollups

Інше:

• Бічні ланцюги
• Валідіум

3. Поза блокчейном розширення рішення

3.1 Державні канали

3.1.1 Огляд

Стан каналу вказує, що користувачеві потрібно взаємодіяти з основною мережею лише під час відкриття, закриття або вирішення спорів, а взаємодії між користувачами відбуваються поза блокчейном, щоб зменшити час та витрати на транзакції, а також забезпечити необмежену кількість транзакцій.

Канали стану - це простий P2P-протокол, який підходить для "додатків на основі раундів", таких як гра в шахи на двох. Кожен канал управляється багатопідписним смарт-контрактом, що працює в основній мережі, який контролює активи, внесені в канал, перевіряє оновлення стану та арбітражує спори між учасниками. Після розгортання контракту в блокчейн-мережі учасники вносять кошти та блокують їх, після підписання обома сторонами, канал офіційно відкривається. Канал дозволяє учасникам безкоштовно здійснювати необмежену кількість транзакцій поза блокчейном (, якщо їх чиста вартість переказу не перевищує загальної суми внесених токенів ). Учасники по черзі надсилають оновлення стану один одному, чекаючи підтвердження підпису з боку іншого. Як тільки інша сторона підтверджує підпис, оновлення стану вважається завершеним. У нормальних умовах, погоджені оновлення стану не завантажуються в основну мережу, тільки у разі виникнення спору або закриття каналу, необхідно підтвердити основну мережу. Якщо потрібно закрити канал, будь-який учасник може подати запит на транзакцію в основній мережі, якщо запит на вихід отримує одноголосне підтвердження підписом, то на ланцюзі відразу виконується, тобто смарт-контракт розподіляє залишкові заблоковані кошти відповідно до залишків кожного учасника за остаточним станом каналу; якщо інші учасники не підтвердили підписом, то всім потрібно буде дочекатися закінчення "періоду оскарження", щоб отримати залишкові кошти.

Отже, рішення зі станом каналу можуть значно зменшити обчислювальне навантаження головної мережі, підвищити швидкість транзакцій і знизити витрати на транзакції.

3.1.2 Часова лінія

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

• 2015/11, Джефф Коулман вперше систематично узагальнив концепцію State Channel, запропонувавши, що Payment Channel біткоїна є підкейсом концепції State Channel.

• 2016/01, Joseph Poon та Thaddeus Dryja офіційно опублікували білу книгу «The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments», в якій запропонували рішення для масштабування мережі біткоїнів через Payment Channel(, яке призначене лише для обробки платежів на мережі біткоїнів.

• У листопаді 2017 року була запропонована перша проектна специфікація State Channel під рамках Payment Channel, названа Sprites.

• 2018/06, Counterfactual запропонував дуже детальний дизайн Generalized State Channels, це перший повністю пов'язаний з каналами стану дизайн.

• У жовтні 2018 року в статті «Узагальнені державні мережі каналів» була запропонована концепція мереж державних каналів і віртуальних каналів.

• 2019/02, концепція стану каналу розширена до N-Party Channels, Nitro є першим протоколом, створеним на основі цієї ідеї.

• 2019/10, Pisa розширила концепцію Watchtowers, щоб вирішити проблему, коли всі учасники повинні залишатися онлайн.

• 2020/03, Hydra запропонувала Швидкі ізоморфні канали.

![Великий звіт про глибину: всебічний аналіз поза блокчейном])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ead28de03be9fc22dcfe3f679ee36bc5.webp(

)# 3.1.3 Технічний принцип

Загальний робочий процес каналу стану:

1. Аліса та Боб вносять кошти з особистих рахунків на адрес контракту поза блокчейном, ці кошти блокуються в контракті, і повертаються користувачеві лише після закриття каналу; після підписання обидвома сторонами статусний канал офіційно відкривається.

2. Аліса та Боб можуть проводити необмежену кількість交易 поза блокчейном, учасники обмінюються зашифрованими підписаними повідомленнями ###, а не спілкуються з мережею блокчейну (. Обидва користувачі повинні підписати кожну транзакцію, щоб запобігти подвійним витратам. Через ці повідомлення вони пропонують оновлення стану своїх рахунків і приймають запропоновані оновлення стану один одного.

3. Якщо Аліса хоче закрити канал і завершити угоду з Бобом, Аліса повинна подати остаточний стан свого рахунку до контракту. Якщо Боб підпише та затвердить, контракт звільнить заблоковані кошти відповідному користувачу відповідно до остаточного стану. Якщо Боб не відповість на підпис, контракт звільнить заблоковані кошти відповідному користувачу після закінчення періоду оскарження.

! [Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(

)# 3.1.4 Плюси та мінуси

Переваги:

• Миттєве підтвердження транзакції
• Висока пропускна здатність
• Низькі комісії
• Захист приватності

Недоліки:

• Потрібно заблокувати кошти
• Потрібен безперервний моніторинг онлайн
• Високий поріг інфраструктури
• Не можна виконати складні операції
• Потрібна координація поза блокчейном
• Не підтримує багатосторонню співпрацю

3.1.5 Застосування

Біткоїн-мережа блискавки

Огляд: Мережа Lightning є каналом малих платежів у мережі Bitcoin, і її загальна еволюція технологій відбувалася таким чином: 2/2 мультипідпис будує односторонній платіжний канал, після додавання RSMC можна побудувати двосторонній платіжний канал, потім, додавши HTLC, можна з'єднати платіжні канали для розширення на багатокористувацькі платежі, в кінцевому підсумку створюючи платіжну мережу, тобто мережу Lightning. Через позаблокчейн канали малих платежів, а потім за допомогою посередників утворюється мережа транзакцій, що може вирішити проблему масштабування мережі Bitcoin. Загальне використання мережі Lightning слідує процесу "депозит ### створення каналу (→ транзакція мережі Lightning ) оновлення стану каналу (→ повернення/розрахунок ) закриття каналу ("; теоретично мережа Lightning може обробляти мільйон транзакцій на секунду.

Часова лінія:

• У лютому 2015 року Джозеф Пун і Таддеус Дріджа опублікували чернетку білого паперу мережі Lightning;
• У січні 2016 року було опубліковано офіційну версію білого документа і засновано Lightning Labs;
• 15 березня 2018 року, Lightning Labs випустила першу версію основної мережі Lightning Network Daemon )LND( 0.4.
• На початку 2021 року публічна ємність мережі Lightning )TVL( становила лише близько 40 мільйонів доларів, приблизно 100 тисяч користувачів використовували мережу Lightning.
• У червні 2021 року Сальвадор оголосив про прийняття біткоїна як законного платіжного засобу, у вересні був випущений гаманець Chivo на базі мережі Lightning.
• У 2022 році Cash App та 26 криптовалютних платформ, включаючи OKX, Kraken, Bitfinex, оголосили про підтримку мережі Lightning, що забезпечує миттєві та дешеві операції з BTC.
• Жовтень 2022 року, Lightning Labs випустила новий протокол на базі Taproot------Taro protocol)alpha версія(, наразі проходить тестування в тестовій мережі, в майбутньому він зможе використовуватись для випуску, надсилання та отримання активів в мережі Bitcoin, а також для виконання миттєвих, великих обсягів та низьковартісних транзакцій через мережу Lightning.
• 23 листопада 2022 року, згідно з 1ml.com, у мережі Lightning є 76 236 платіжних каналів, обсяг коштів у каналах 5049 $BTC)$81.8M(.

Екологічний розвиток: Екосистема біткойн-мережі Lightning від нижнього до верхнього рівня складається з: базового рівня мережі BTC --- основної інфраструктури --- різноманітних Dapps.

Основна інфраструктура включає

• Рішення для мережі Lightning: особи та підприємства можуть запускати програмне забезпечення, підключатися до мережі Lightning, найбільша частка ринку належить Lightning Labs.
• Вузли та послуги ліквідності: оскільки користувачам складно самостійно запускати свої вузли, необхідно надати більш дружній до користувача інтерфейс для управління каналами блискавичних платежів.

Основою інфраструктури є різні платіжні та фінансові послуги, а також додатки, наприклад, Strike, який побудований на рішенні LND, дозволяє користувачам купувати та продавати BTC, використовувати BTC для винагороди творців на Twitter та дозволяє продавцям Shopify приймати BTC тощо.

Станом на листопад 2022 року, Dapps на базі мережі Bitcoin Lightning зросли до понад 20 категорій і 100 додатків, основні категорії застосувань включають платежі через мережу Bitcoin Lightning, гаманці, управління вузлами, розширення для браузерів, подкасти та потокове відео. В даний час технологічна основа, що стосується інфраструктури вузлів, вже в основному зріла, підтримка гаманців зростає, фінансові послуги та інтеграція платежів продовжують зростати, більше розважальних додатків будується на мережі Lightning, екосистема мережі Lightning процвітає.

! [Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-815c5eb2bdba725e04eebe67b22d42aa.webp(

)## Мережева громовиця Ethereum

Огляд: Грім