Основи системи знань другого рівня Біткойна

Поява інскрипцій Біткойна принесла нове життя екосистемі Біткойна, привернувши увагу більшої кількості людей до Біткойна. Дехто вважає, що це відкрило Пандорину скриньку екосистеми Біткойна. Серед численних технологічних розробок в екосистемі Біткойна, будівництво другого рівня є найважливішим. У цій статті підсумовано основи другого рівня Біткойна, сподіваючись, що це спонукатиме більше людей вдосконалити відповідні ідеї та сприятиме розвитку цієї сфери.

Деякі погляди вважають, що світ блокчейна починається з Біткойну і закінчується екосистемою Біткойна. Ефір також може розглядатися як дослідження технології бічного ланцюга Біткойна.

У цьому тексті "другий рівень" і "будівництво другого рівня мережі" є практично синонімами, будівництво другого рівня є більш широким поняттям. Для відповідності загальноприйнятій термінології в індустрії у тексті також буде використовуватися вираз "будівництво другого рівня мережі".

1. Місія другого рівня Layer2

Щоб зрозуміти основні питання, які потрібно вирішити для будівництва другого рівня Біткойн, спочатку почнемо з основних характеристик системи блокчейн.

1.1 Основні характеристики та вимоги до блокчейну

Ми можемо розглядати блокчейн як "світовий комп'ютер". З цієї точки зору зрозуміти різні характеристики блокчейну буде простіше. Ми також будемо аналізувати можливості розвитку цього "світового комп'ютера" на основі структури фон Неймана.

Деякі основні характеристики блокчейну:

Відкритість і прозорість: Це особливість зберігання даних і виконання інструкцій блокчейну як "світового комп'ютера", а також внутрішня вимога, що потребує спільної участі численних розподілених вузлів у всьому світі. Ця особливість задовольняє право користувачів на інформацію про дані, є спільним результатом внутрішніх вимог співпраці цього "світового комп'ютера" та зовнішніх потреб користувачів.

Децентралізація: Це архітектурна особливість цієї "світової обчислювальної машини". Рівень децентралізації та стійкості до помилок теоретично підтримується теорією візантійських генералів. Невізантійські генералістські системи теоретично не є блокчейн-системами. Рівень децентралізації є важливим показником безпеки блокчейну і основою певних характеристик.

Безпека: Безпека складається з внутрішніх вимог, що виникають із архітектурних особливостей цього "світового комп'ютера", і зовнішніх вимог, необхідних користувачам. З мікрорівня безпека забезпечується технологіями, пов'язаними з криптографією, а з макрорівня - децентралізацією архітектури, що дозволяє уникнути впливу на безпеку цього "світового комп'ютера" через підробку мікроданих або руйнування макроархітектури.

Обчислювальна потужність: Основною функцією цієї світової обчислювальної машини, блокчейну, є обчислювальна потужність. Для вимірювання цього показника ми зазвичай використовуємо, чи є він Turing-повним. Деякі мережі спеціально проектуються як Turing-неповні, щоб зберегти свої основні характеристики. Наприклад, мережа Біткойн не лише не робить свої кодові інструкції Turing-повними, а й навмисно скорочує деякі набори інструкцій у процесі розвитку, щоб підтримати свою стабільність і безпеку. Усі Turing-повні технології створені для розширення обчислювальної потужності блокчейну. З точки зору ідеї ієрархічного дизайну, прості системи більше підходять для базового рівня.

Продуктивність: За однакової обчислювальної потужності продуктивність є ще однією основною характеристикою, що оцінює комп'ютер у світі блокчейну. Зазвичай вимірюється TPS, тобто кількість транзакцій, що обробляються за секунду.

Зберігання: Блокчейн описується як "світовий комп'ютер", отже, він повинен мати функцію зберігання, тобто здатність фіксувати дані. Наразі в основному зберігають у блоках, більш спеціалізоване зберігання на ланцюгах поза блоками ще розвивається.

Приватність: Приватність є підрозділом вимог у "світовому комп'ютері", що вимагає підтримки меж прав виробників і користувачів даних під час обчислень і зберігання (. Ми також включаємо антикорупційність до частини, що стосується приватності ). Це в основному зумовлено зовнішніми вимогами користувачів.

Є ще один комплексний показник - масштабованість, який зазвичай стосується масштабованості всієї архітектури. Ця характеристика впливає на більшість базових характеристик. На рівні архітектури масштабованість системи є дуже важливим показником. Також можуть бути деякі можливості підключення або інші специфічні можливості для певних сценаріїв, але тут не будемо їх детально обговорювати.

У цих основних характеристиках блокчейнів, більшість з яких обмежується неможливим трикутником у розвитку взаємовідносин. Наприклад, гіпотеза DSS, тобто децентралізація (Decentralization, безпека )Security, і масштабованість (Scalability.

У розподілених системах подібний неможливий трикутник - це принцип CAP. CAP означає, що в розподіленій системі Consistency) (узгодженість(), Availability) (доступність() та Partition tolerance) (толерантність до розподілу() не можуть бути досягнуті одночасно. Блокчейн-системи є розподіленими системами з проблемою візантійських генералів, тому до них також застосовний принцип CAP.

![Огляд основних знань про другий рівень мережі Біткойн])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-afec9afaa32c50371c97fef06f76acca.webp(

) 1.2 Роль другого рівня в будівництві

Які ролі повинні бути виконані при будівництві другого рівня? Які функції повинні бути надані? Будівництво другого рівня обов'язково має заповнити недоліки системи першого рівня, і те, що не підходить для виконання в системі першого рівня, повинно виконуватися в будівництві другого рівня.

З наведеної вище характеристики блокчейну можна зробити попередній висновок, що необхідно розширити ці базові можливості: публічність і прозорість, децентралізація, безпека, обчислювальна потужність, продуктивність ( пропускна здатність ), зберігання, конфіденційність та інше. Окрім цих базових можливостей з технічної точки зору, існує ще одна важлива економічна проблема, яку потрібно вирішити, а саме зниження витрат, зазвичай загальні витрати на виконання транзакцій в однорівневій мережі є досить високими, тому потрібно використовувати дворівневу мережу для зниження цих витрат.

Підсумовуючи в одне речення, рішення для збільшення ємності, зниження витрат та налаштування характеристик знаходяться у будівництві другого рівня. Що стосується налаштування характеристик, наразі вони не є достатньо очевидними або часто приховані під двома іншими характеристиками, що викликає деякі непорозуміння. Ми можемо зрозуміти це так: характеристики мережі першого рівня для багатьох застосувань потребують різного ступеня, що дозволяє на другому рівні переналаштувати реалізацію різних характеристик для певних застосувань.

У процесі будівництва другого рівня базові можливості блокчейну будуть мати свої компроміси, деякі характеристики можуть бути знижені або навіть відкинуті в обмін на значне підвищення інших характеристик. Наприклад: деякі другі рівні, щоб підвищити продуктивність, можуть знизити рівень децентралізації або знизити безпеку; деякі другі рівні, щоб збільшити пропускну здатність, такі як мережа Lightning, можуть змінити структуру системи та спосіб розрахунків. Є й інші, які, не знижуючи базових характеристик, посилюють певну характеристику, наприклад, спосіб обробки RGB, який помітно підвищує конфіденційність і стійкість до цензури, але підвищує складність технічної реалізації. У подальших прикладах ми побачимо будівництво другого рівня, яке одночасно знижує або змінює кілька характеристик.

Серед них зменшення витрат має бути основною потребою для всіх будівництв другого рівня.

![Огляд основних знань про другий рівень мережі Біткойн]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad899d00cda3df50aead693947e770bc.webp(

) 1.3 Чому потрібно робити багаторівневе проектування?

Шарове проектування є способом і методологією, що дозволяє людині працювати з складними системами, шляхом розподілу системи на кілька рівнів і визначення відносин та функцій між ними, щоб досягти модульності, можливості обслуговування та масштабованості системи, що підвищує ефективність проектування та надійність системи.

Для великої та масштабної системи протоколів використання ієрархії має очевидні переваги. Це робить її легкою для розуміння, зручнішою для розподілу завдань та полегшує модульне вдосконалення. Як у семи шаровій моделі ISO/OSI в комп'ютерних мережах, але в конкретній реалізації деякі шари можуть бути об'єднані, наприклад, конкретний мережевий протокол TCP/IP є чотирьохшаровим протоколом.

Конкретно про переваги багаторівневої архітектури протоколу:

1.Рівні є незалежними один від одного. Один рівень не повинен знати, як реалізується наступний, а лише повинен знати, які послуги надаються через інтерфейси між рівнями. Таким чином, складність усієї проблеми знижується. Іншими словами, те, як виконується робота на попередньому рівні, не впливає на роботу наступного рівня, тому під час проектування роботи на кожному рівні ми повинні лише гарантувати незмінність інтерфейсу, можемо вільно налаштовувати спосіб виконання роботи всередині рівня.

2.Гнучкість. Коли відбуваються зміни в будь-якому шарі, якщо міжшарова інтерфейсна зв'язок залишається незмінною, то це не вплине на шари вище або нижче. Коли в одному з шарів відбувається технологічна інновація або виникає проблема під час роботи, це не вплине на роботу інших шарів, а при усуненні проблеми потрібно розглядати лише проблему цього окремого шару.

3.Структурно роздільні. Кожен рівень може використовувати найбільш підходящу технологію для реалізації. Розвиток технологій часто є асиметричним, і ієрархічний поділ ефективно уникає ефекту діжки, не дозволяючи недосконалостям технології в одній області впливати на загальну ефективність роботи.

4.Легкість реалізації та обслуговування. Ця структура спрощує реалізацію та налагодження великої та складної системи, оскільки вся система вже розділена на кілька відносно незалежних підсистем. Під час налагодження та обслуговування можна налагоджувати кожен рівень окремо, що запобігає ситуаціям, коли не вдається знайти чи вирішити неправильні проблеми.

5.Може сприяти стандартизації. Оскільки кожен рівень функцій та послуг вже має точний опис. Перевага стандартизації полягає в можливості вільно заміняти один з рівнів, що є дуже зручним для використання та дослідження.

Ідея модульного дизайну на основі рівнів є поширеним методом у технічній сфері для роботи з великими функціями, що потребують співпраці багатьох людей та постійного удосконалення інженерних проектів, і це є перевіреним на практиці, ефективним методом.

2. Кілька підходів до будівництва Layer2 для Біткойна

Біткойн має три помітні маршрути будівництва другого рівня:

(1)Один з варіантів - це розширена лінія на базі ланцюга, що дуже схожа на другий рівень EVM, є структурою блокчейну;

###2( Один з варіантів заснований на розподіленому маршруті, представлений мережею Lightning, є розподіленою структурою.

)3( є ще один шлях, який базується на централізованій системі, представленій централізованим індексом, це централізована структура.

Перші два способи мають свої особливості, вже є деякі продукти, що використовуються, та продукти, які досліджуються. Щодо першого способу, завдяки бурхливому розвитку Ефіріуму та дослідженню інших ланцюгів, що імітують Біткойн, базоване на ланцюгу другий рівень розширення відносно легший, існує більше прикладів для довідки. Другий спосіб, заснований на дистрибутивному підході, зазвичай є більш складним, розвиток також відбувається повільніше, з прикладом мережі Lightning. Третій спосіб є дуже спірним, оскільки виглядає так, ніби це не будівництво другого рівня, але, здавалося б, виконує функції другого рівня.

Який з варіантів побудови другого рівня є кращим? Ми використовуємо результати ринку як критерій оцінки, яка з мереж другого рівня має вищу загальну заблоковану вартість TVL)Total Value Locked(, той варіант є оптимальним. З розвитком часу та технологій, цей оптимальний варіант буде змінюватись.

Щодо визначення другого рівня мережі Біткойн, все, що спирається на мережу Біткойн і має технічну взаємозв'язок з нею, а також має деякі характеристики, які перевершують перший рівень мережі Біткойн, вважається будівництвом другого рівня Біткойн. Іншими словами: все, що споживає BTC як газ, з BTC як базовим активом і розширює можливості Біткойн, можна вважати будівництвом другого рівня. Виходячи з цього судження, ми, мабуть, повинні визнати третій тип будівництва другого рівня, а саме централізовану структуру другого рівня.

Розвиток технологій самого Біткойна, таких як модифікація OP_RETURN, Taproot, Schnorr підписи, MAST, Tapscript, має бути спроектований для з'єднання першого і другого рівня, не слід надмірно використовувати ці технології для розробки функцій, оскільки, незважаючи на те, як би не розширювалась мережа першого рівня, якісного прориву не буде, необхідно здійснити будівництво другого рівня. Але в умовах відсутності кращих продуктів другого рівня для Біткойна, ці технологічні можливості для з'єднання першого і другого рівня будуть надмірно використовуватись протягом певного часу.

![Огляд основ знань про другий рівень Біткойна])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-086a074fde8e4b3baab62f0dd9a0726c.webp(

) 2.1 Будівництво другого рівня на основі ланцюга

Ранні біткойн-подібні ланцюги проводили різноманітні дослідження, такі як "Colorcoin"(кольорові монети), "CovertCoins" та "MasterCoin"; різні розширення біткойн-подібних ланцюгів, такі як BCH###Bitcoin Cash(, BSV)Bitcoin SV(, BTG)Bitcoin Gold(; різні технології бічних ланцюгів ґрунтуються на розширенні ланцюгів, можна сказати, що це є широке поняття другого рівня.

Включаючи Ефір, це також є експериментальним вдосконаленням на основі Біткойну. У відповідь на недосконалості Біткойну: безоблікова система UTXO, нетюрінгова мова виконання, погана масштабованість та інші проблеми, було розроблено нове покоління блокчейн-систем. Хоча ця експериментальна діяльність Ефіру не є безпосереднім створенням другого рівня на основі Біткойну, в широкому сенсі це є будівельним експериментом на основі ланцюга.

Дослідження вдосконалень Ефіріуму для недосконалостей Біткойну, а також другий рівень на Ефіріумі.