La vision future de la blockchain est la décentralisation, la sécurité et l'évolutivité. Mais généralement, seules deux de ces caractéristiques peuvent être réalisées, ce qui est connu sous le nom de problème du triangle impossible de la blockchain. Depuis des années, les gens explorent comment améliorer le débit et la vitesse des transactions de la blockchain tout en garantissant la décentralisation et la sécurité, c'est-à-dire résoudre le problème de l'évolutivité.
Définition de la décentralisation, de la sécurité et de l'évolutivité de la blockchain:
Décentralisation : Toute personne peut devenir un nœud participant à la production et à la vérification du système blockchain. Plus il y a de nœuds, plus le degré de décentralisation est élevé.
Sécurité : Plus le coût pour obtenir le contrôle du système blockchain est élevé, plus la sécurité est grande, la chaîne peut résister à une plus grande proportion d'attaques.
Scalabilité : la capacité de la blockchain à traiter un grand nombre de transactions.
Les réseaux Bitcoin et Ethereum ont choisi de sacrifier une partie de leur extensibilité pour garantir la sécurité et la décentralisation du réseau. Avec l'émergence des applications on-chain, la demande du marché en matière de débit augmente constamment, mais la capacité de traitement des transactions sur les réseaux principaux est limitée, entraînant une augmentation des coûts de transaction et un allongement des délais de règlement. Le problème de l'extensibilité de la blockchain doit être résolu de toute urgence. La solution d'extensibilité idéale est : augmenter la vitesse des transactions et le débit du réseau blockchain sans sacrifier la décentralisation et la sécurité.
2. Catégories des solutions d'extensibilité
Selon le critère "si le niveau principal du réseau est modifié", les solutions d'extension peuvent être divisées en deux grandes catégories : l'extension on-chain et l'extension off-chain.
2.1 Scalabilité on-chain
Concept clé : solution visant à atteindre un effet d'extension en modifiant une couche de protocole de réseau principal, la principale solution actuelle étant le sharding.
Solutions principales pour l'extension on-chain :
Élargir l'espace de bloc : augmenter le nombre de transactions emballées dans chaque bloc, mais cela augmentera les exigences en matière d'équipement des nœuds et réduira le degré de décentralisation.
Sharding : Diviser le grand livre de la blockchain en plusieurs parties, chaque partie étant gérée par différents nœuds. Cela peut réduire la pression sur les nœuds et augmenter la vitesse de traitement des transactions, mais cela peut également diminuer la sécurité de l'ensemble du réseau.
Changer un protocole de la couche principale pourrait avoir des conséquences négatives imprévisibles, et toute légère vulnérabilité de sécurité à la couche sous-jacente pourrait menacer gravement la sécurité de l'ensemble du réseau.
2.2 off-chain extension
Concept clé : solution d'extensibilité qui ne modifie pas le protocole de la couche principale existante.
Les solutions d'extension off-chain peuvent être subdivisées en Layer2 et autres solutions :
Layer2 : un réseau de deuxième couche construit au-dessus de la chaîne principale, tel que les State Channels, Plasma, Rollups, etc.
Autres solutions : telles que les chaînes latérales.
3. Solutions d'extensibilité off-chain
3.1 Canaux d'état
3.1.1 Résumé
Les canaux d'état stipulent que les utilisateurs n'ont besoin d'interagir avec la chaîne principale que lorsque le canal est ouvert, fermé ou en cas de résolution de litiges, tandis que les interactions entre utilisateurs se font off-chain pour réduire le temps et le coût des transactions.
Les canaux d'état sont des protocoles P2P simples, adaptés aux "applications basées sur des tours", comme un jeu d'échecs à deux joueurs. Chaque canal est géré par un contrat intelligent multi-signatures fonctionnant sur la chaîne principale, ce contrat contrôlant les actifs déposés dans le canal, vérifiant les mises à jour d'état et arbitrant les différends entre les participants.
3.1.2 Chronologie
2015/02 : Joseph Poon et Thaddeus Dryja publient un projet de livre blanc sur le réseau Lightning.
2015/11 : Jeff Coleman résume pour la première fois le concept de State Channel.
2016/01 : Joseph Poon et Thaddeus Dryja publient officiellement le livre blanc du réseau Lightning Bitcoin.
2017/11 : La première spécification de conception de State Channel basée sur le cadre Payment Channel, Sprites, est proposée.
2018/06 : Counterfactual a proposé une conception détaillée des Generalized State Channels.
2018/10: Proposition du concept de Réseaux de Canaux d'État Généralisés.
2019/02 : Le concept des canaux d'état est étendu aux N-Party Channels, Nitro est le premier protocole basé sur cette idée.
2019/10 : Pisa a étendu le concept de Watchtowers pour résoudre le problème de la nécessité pour les participants d'être en ligne en permanence.
2020/03 : Hydra a proposé des canaux isomorphes rapides.
3.1.3 Principe technique
Flux de travail du canal d'état:
Alice et Bob déploient un contrat multi-signatures sur la chaîne principale et déposent des fonds, le canal est ouvert après confirmation de la signature.
Alice et Bob effectuent des transactions gratuites illimitées hors chaîne, chaque transaction étant confirmée par la signature des deux parties.
Lorsqu'il est nécessaire de fermer le canal, une partie soumet une demande de transaction sur le réseau principal :
Si l'approbation de la signature de tous est obtenue, exécutez immédiatement.
Sinon, exécutez après la fin de la "période de défi".
En cas de litige, il est possible de soumettre une preuve de fraude signée au réseau principal.
3.1.4 Avantages et inconvénients
Avantages :
Confirmation instantanée
Faibles frais
Haute capacité de traitement
Bonne confidentialité
Inconvénients :
Nécessite de verrouiller les fonds
Les participants doivent rester en ligne
Réservé aux participants fixes
La capacité du canal est limitée
3.1.5 Application
Principales applications:
Réseau Lightning de Bitcoin : un canal de paiement à faible montant sur le réseau Bitcoin.
Réseau Lightning Ethereum : un canal de paiement à faible montant basé sur Ethereum.
Celer Network : réseau Lightning avec une couche d'incitation accrue.
3.1.6 Comparaison des applications
Les réseaux Lightning, Raiden et Celer Network présentent des différences en termes de trajectoire technique, de cas d'utilisation et de développement de l'écosystème. Le réseau Lightning est relativement mature, le réseau Raiden se développe lentement, et Celer Network explore de nouveaux cas d'utilisation.
3.2 Sidechains
3.2.1 Résumé
Une sidechain est une forme de blockchain qui est apparue pour accélérer les transactions Bitcoin, permettant d'utiliser des contrats plus complexes ou d'améliorer le mécanisme de consensus. Une sidechain n'est pas une nouvelle blockchain, mais une infrastructure qui est attachée à la chaîne principale et aide la chaîne principale à résoudre des problèmes.
3.2.2 Chronologie
2012/01 : Le concept de sidechain de Bitcoin a été proposé dans un salon de discussion.
2014/10: Publication du document sur les sidechains de Bitcoin
2017/04: lancement du réseau de test de POA Network
2017/10: Lancement du Matic Network
2017/12: Lancement du réseau principal POA Network
2018/01 : Lancement du testnet Skales
2018/10: lancement du testnet xDai Chain
2020/06: Lancement de Skale sur le réseau principal
2020/06: lancement du réseau principal de la chaîne Matic PoS côté Ethereum
2021/02: Matic Network a été renommé Polygon Network
2021/02: Le réseau principal de la sidechain Ronin du jeu Axie Infinity a commencé à fonctionner.
2021/12: xDai Chain et Gnosis Dao fusionnent pour former Gnosis Chain
2022/03: POA Network a fusionné avec Gnosis Chain
3.2.3 Principes techniques
Les chaînes latérales communiquent principalement avec la chaîne principale par deux méthodes : l'ancrage bidirectionnel ( Symmetric Pegged ) et l'ancrage non coordonné ( Asymmetric Pegged ).
Ancrage bidirectionnel : Les validateurs de la chaîne principale et de la chaîne secondaire enregistrent en temps réel l'état de l'autre. Le transfert d'actifs est réalisé grâce à la technologie SPV bidirectionnelle.
Ancrage non coordonné : les validateurs de la chaîne latérale surveillent l'activité de la chaîne principale, et la chaîne latérale peut enregistrer activement lors d'un transfert de la chaîne principale vers la chaîne latérale. Lors d'un transfert de la chaîne latérale vers la chaîne principale, le mécanisme des Certifiers est introduit pour vérifier les transactions renvoyées par la chaîne latérale.
Résumé du mécanisme de chaîne latérale:
Chaîne latérale : la chaîne principale verrouille des actifs, la chaîne latérale génère des actifs enveloppés
Chaîne principale : destruction des actifs wrapped sur la chaîne latérale, déverrouillage des actifs sur la chaîne principale
La sécurité des actifs de la chaîne latérale dépend du mécanisme de consensus de la chaîne latérale.
3.2.4 Avantages et inconvénients
Avantages :
Haute capacité de traitement
Faibles frais
Peut réaliser une confirmation rapide
Grande flexibilité
Inconvénients :
sécurité relativement faible
Degré de décentralisation faible
Besoin de faire confiance aux validateurs de chaîne latérale
3.2.5 Application
Principales applications:
xDai( est maintenant renommé Gnosis Chain) : une sidechain ancrée 1:1 avec le dollar.
Polygon : agrégateur de solutions d'extension Ethereum.
Ronin: chaîne latérale du jeu Axie Infinity.
3.2.6 Comparaison des applications
xDai, Polygon et Ronin présentent des différences en termes de mécanismes de consensus, de scénarios d'application et de développement écologique. xDai se concentre sur les paiements, Polygon offre un écosystème diversifié, et Ronin se spécialise dans les applications de jeux.
3.3 Plasma
3.3.1 Résumé
Plasma est un cadre pour construire des Dapps évolutifs. En tant que solution d'évolution des chaînes latérales, Plasma vise à réduire au minimum la confiance des utilisateurs envers l'Operator de la chaîne latérale. Le principe de base de Plasma est que même en cas de défaillance de sécurité de la chaîne Plasma, tous les actifs des utilisateurs peuvent toujours être retirés du réseau principal.
3.3.2 Chronologie
2017/08 : Vitalik et Joseph Poon ont proposé le livre blanc de Plasma
2018/01 : Vitalik propose Plasma MVP
2018/03 : Vitalik a proposé Plasma Cash
2018/06 : Dan Robinson a proposé Plasma Debit
2018/11: La Fondation BANKEX a proposé Plasma Prime
À partir de 2019 : la communauté Ethereum a commencé à explorer les Rollups
3.3.3 Principes techniques
Idée principale de Plasma:
off-chain exécution : la plupart des travaux sont traités en dehors de la chaîne principale
Engagement d'état : Engagement de l'état actuel du bloc via la racine Merkle
Mécanisme de retrait : les utilisateurs peuvent retirer des fonds de la chaîne Plasma
Processus utilisateur:
L'utilisateur dépose des fonds dans le contrat Plasma du réseau principal.
L'utilisateur effectue des transactions sur la chaîne Plasma
L'opérateur traite les transactions et soumet un engagement d'état à la chaîne principale.
Sortie:
L'utilisateur soumet une demande de retrait au contrat principal.
Après la période de défi, si personne ne conteste, la sortie sera exécutée.
3.3.4 Avantages et inconvénients
Avantages :
Haute capacité de traitement
Faibles frais
sécurité relativement élevée
Inconvénients :
Problèmes de disponibilité des données
Problème de sortie à grande échelle
Expérience utilisateur médiocre
Fonctionnalités limitées
3.3.5 Application
Principales applications:
Plasma Group : étude du cadre Plasma, puis transformation en Optimism
OMG Network : un projet Plasma précoce, qui s'est ensuite transformé en Boba Network
Polygon : agrégateur d'extension Ethereum, incluant le plan Plasma
3.3.6 Comparaison des applications
La technologie Plasma présente des problèmes inhérents, la plupart des projets se sont tournés vers d'autres solutions d'extension. Plasma Group s'est tourné vers Optimistic Rollup, OMG Network vers Boba Network, et Polygon vers des solutions L2 à stack complet.
3.4 Rollups
3.4.1 Résumé
Les Rollups sont une solution d'extension qui place le calcul et le stockage d'état hors chaîne, tout en stockant les engagements d'état et les données de transaction compressées sur chaîne. Ils se divisent principalement en deux types : les Optimistic Rollups et les ZK Rollups.
3.4.2 Principe technique
La pensée fondamentale des Rollups
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ser_we_are_ngmi
· 07-31 02:51
L'extension off-chain, n'est-ce pas ? C'est même pas aussi bien qu'un canari ~
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SatoshiLegend
· 07-31 02:41
D'après la première version du code source de Satoshi Nakamoto, le goulot d'étranglement des tps avait déjà une solution, mais à l'époque, la puissance de calcul était insuffisante.
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CounterIndicator
· 07-31 02:40
Blockchain n'est rien de plus, je l'ai dit plus tôt ～
Analyse complète des solutions d'extension off-chain : des State Channels aux Rollups
Analyse approfondie de l'extension off-chain
1. La nécessité de l'extension
La vision future de la blockchain est la décentralisation, la sécurité et l'évolutivité. Mais généralement, seules deux de ces caractéristiques peuvent être réalisées, ce qui est connu sous le nom de problème du triangle impossible de la blockchain. Depuis des années, les gens explorent comment améliorer le débit et la vitesse des transactions de la blockchain tout en garantissant la décentralisation et la sécurité, c'est-à-dire résoudre le problème de l'évolutivité.
Définition de la décentralisation, de la sécurité et de l'évolutivité de la blockchain:
Décentralisation : Toute personne peut devenir un nœud participant à la production et à la vérification du système blockchain. Plus il y a de nœuds, plus le degré de décentralisation est élevé.
Sécurité : Plus le coût pour obtenir le contrôle du système blockchain est élevé, plus la sécurité est grande, la chaîne peut résister à une plus grande proportion d'attaques.
Scalabilité : la capacité de la blockchain à traiter un grand nombre de transactions.
Les réseaux Bitcoin et Ethereum ont choisi de sacrifier une partie de leur extensibilité pour garantir la sécurité et la décentralisation du réseau. Avec l'émergence des applications on-chain, la demande du marché en matière de débit augmente constamment, mais la capacité de traitement des transactions sur les réseaux principaux est limitée, entraînant une augmentation des coûts de transaction et un allongement des délais de règlement. Le problème de l'extensibilité de la blockchain doit être résolu de toute urgence. La solution d'extensibilité idéale est : augmenter la vitesse des transactions et le débit du réseau blockchain sans sacrifier la décentralisation et la sécurité.
2. Catégories des solutions d'extensibilité
Selon le critère "si le niveau principal du réseau est modifié", les solutions d'extension peuvent être divisées en deux grandes catégories : l'extension on-chain et l'extension off-chain.
2.1 Scalabilité on-chain
Concept clé : solution visant à atteindre un effet d'extension en modifiant une couche de protocole de réseau principal, la principale solution actuelle étant le sharding.
Solutions principales pour l'extension on-chain :
Élargir l'espace de bloc : augmenter le nombre de transactions emballées dans chaque bloc, mais cela augmentera les exigences en matière d'équipement des nœuds et réduira le degré de décentralisation.
Sharding : Diviser le grand livre de la blockchain en plusieurs parties, chaque partie étant gérée par différents nœuds. Cela peut réduire la pression sur les nœuds et augmenter la vitesse de traitement des transactions, mais cela peut également diminuer la sécurité de l'ensemble du réseau.
Changer un protocole de la couche principale pourrait avoir des conséquences négatives imprévisibles, et toute légère vulnérabilité de sécurité à la couche sous-jacente pourrait menacer gravement la sécurité de l'ensemble du réseau.
2.2 off-chain extension
Concept clé : solution d'extensibilité qui ne modifie pas le protocole de la couche principale existante.
Les solutions d'extension off-chain peuvent être subdivisées en Layer2 et autres solutions :
Layer2 : un réseau de deuxième couche construit au-dessus de la chaîne principale, tel que les State Channels, Plasma, Rollups, etc.
Autres solutions : telles que les chaînes latérales.
3. Solutions d'extensibilité off-chain
3.1 Canaux d'état
3.1.1 Résumé
Les canaux d'état stipulent que les utilisateurs n'ont besoin d'interagir avec la chaîne principale que lorsque le canal est ouvert, fermé ou en cas de résolution de litiges, tandis que les interactions entre utilisateurs se font off-chain pour réduire le temps et le coût des transactions.
Les canaux d'état sont des protocoles P2P simples, adaptés aux "applications basées sur des tours", comme un jeu d'échecs à deux joueurs. Chaque canal est géré par un contrat intelligent multi-signatures fonctionnant sur la chaîne principale, ce contrat contrôlant les actifs déposés dans le canal, vérifiant les mises à jour d'état et arbitrant les différends entre les participants.
3.1.2 Chronologie
2015/02 : Joseph Poon et Thaddeus Dryja publient un projet de livre blanc sur le réseau Lightning.
2015/11 : Jeff Coleman résume pour la première fois le concept de State Channel.
2016/01 : Joseph Poon et Thaddeus Dryja publient officiellement le livre blanc du réseau Lightning Bitcoin.
2017/11 : La première spécification de conception de State Channel basée sur le cadre Payment Channel, Sprites, est proposée.
2018/06 : Counterfactual a proposé une conception détaillée des Generalized State Channels.
2018/10: Proposition du concept de Réseaux de Canaux d'État Généralisés.
2019/02 : Le concept des canaux d'état est étendu aux N-Party Channels, Nitro est le premier protocole basé sur cette idée.
2019/10 : Pisa a étendu le concept de Watchtowers pour résoudre le problème de la nécessité pour les participants d'être en ligne en permanence.
2020/03 : Hydra a proposé des canaux isomorphes rapides.
3.1.3 Principe technique
Flux de travail du canal d'état:
Alice et Bob déploient un contrat multi-signatures sur la chaîne principale et déposent des fonds, le canal est ouvert après confirmation de la signature.
Alice et Bob effectuent des transactions gratuites illimitées hors chaîne, chaque transaction étant confirmée par la signature des deux parties.
Lorsqu'il est nécessaire de fermer le canal, une partie soumet une demande de transaction sur le réseau principal :
En cas de litige, il est possible de soumettre une preuve de fraude signée au réseau principal.
3.1.4 Avantages et inconvénients
Avantages :
Inconvénients :
3.1.5 Application
Principales applications:
Réseau Lightning de Bitcoin : un canal de paiement à faible montant sur le réseau Bitcoin.
Réseau Lightning Ethereum : un canal de paiement à faible montant basé sur Ethereum.
Celer Network : réseau Lightning avec une couche d'incitation accrue.
3.1.6 Comparaison des applications
Les réseaux Lightning, Raiden et Celer Network présentent des différences en termes de trajectoire technique, de cas d'utilisation et de développement de l'écosystème. Le réseau Lightning est relativement mature, le réseau Raiden se développe lentement, et Celer Network explore de nouveaux cas d'utilisation.
3.2 Sidechains
3.2.1 Résumé
Une sidechain est une forme de blockchain qui est apparue pour accélérer les transactions Bitcoin, permettant d'utiliser des contrats plus complexes ou d'améliorer le mécanisme de consensus. Une sidechain n'est pas une nouvelle blockchain, mais une infrastructure qui est attachée à la chaîne principale et aide la chaîne principale à résoudre des problèmes.
3.2.2 Chronologie
2012/01 : Le concept de sidechain de Bitcoin a été proposé dans un salon de discussion.
2014/10: Publication du document sur les sidechains de Bitcoin
2017/04: lancement du réseau de test de POA Network
2017/10: Lancement du Matic Network
2017/12: Lancement du réseau principal POA Network
2018/01 : Lancement du testnet Skales
2018/10: lancement du testnet xDai Chain
2020/06: Lancement de Skale sur le réseau principal
2020/06: lancement du réseau principal de la chaîne Matic PoS côté Ethereum
2021/02: Matic Network a été renommé Polygon Network
2021/02: Le réseau principal de la sidechain Ronin du jeu Axie Infinity a commencé à fonctionner.
2021/12: xDai Chain et Gnosis Dao fusionnent pour former Gnosis Chain
2022/03: POA Network a fusionné avec Gnosis Chain
3.2.3 Principes techniques
Les chaînes latérales communiquent principalement avec la chaîne principale par deux méthodes : l'ancrage bidirectionnel ( Symmetric Pegged ) et l'ancrage non coordonné ( Asymmetric Pegged ).
Ancrage bidirectionnel : Les validateurs de la chaîne principale et de la chaîne secondaire enregistrent en temps réel l'état de l'autre. Le transfert d'actifs est réalisé grâce à la technologie SPV bidirectionnelle.
Ancrage non coordonné : les validateurs de la chaîne latérale surveillent l'activité de la chaîne principale, et la chaîne latérale peut enregistrer activement lors d'un transfert de la chaîne principale vers la chaîne latérale. Lors d'un transfert de la chaîne latérale vers la chaîne principale, le mécanisme des Certifiers est introduit pour vérifier les transactions renvoyées par la chaîne latérale.
Résumé du mécanisme de chaîne latérale: Chaîne latérale : la chaîne principale verrouille des actifs, la chaîne latérale génère des actifs enveloppés Chaîne principale : destruction des actifs wrapped sur la chaîne latérale, déverrouillage des actifs sur la chaîne principale
La sécurité des actifs de la chaîne latérale dépend du mécanisme de consensus de la chaîne latérale.
3.2.4 Avantages et inconvénients
Avantages :
Inconvénients :
3.2.5 Application
Principales applications:
xDai( est maintenant renommé Gnosis Chain) : une sidechain ancrée 1:1 avec le dollar.
Polygon : agrégateur de solutions d'extension Ethereum.
Ronin: chaîne latérale du jeu Axie Infinity.
3.2.6 Comparaison des applications
xDai, Polygon et Ronin présentent des différences en termes de mécanismes de consensus, de scénarios d'application et de développement écologique. xDai se concentre sur les paiements, Polygon offre un écosystème diversifié, et Ronin se spécialise dans les applications de jeux.
3.3 Plasma
3.3.1 Résumé
Plasma est un cadre pour construire des Dapps évolutifs. En tant que solution d'évolution des chaînes latérales, Plasma vise à réduire au minimum la confiance des utilisateurs envers l'Operator de la chaîne latérale. Le principe de base de Plasma est que même en cas de défaillance de sécurité de la chaîne Plasma, tous les actifs des utilisateurs peuvent toujours être retirés du réseau principal.
3.3.2 Chronologie
2017/08 : Vitalik et Joseph Poon ont proposé le livre blanc de Plasma
2018/01 : Vitalik propose Plasma MVP
2018/03 : Vitalik a proposé Plasma Cash
2018/06 : Dan Robinson a proposé Plasma Debit
2018/11: La Fondation BANKEX a proposé Plasma Prime
À partir de 2019 : la communauté Ethereum a commencé à explorer les Rollups
3.3.3 Principes techniques
Idée principale de Plasma:
off-chain exécution : la plupart des travaux sont traités en dehors de la chaîne principale
Engagement d'état : Engagement de l'état actuel du bloc via la racine Merkle
Mécanisme de retrait : les utilisateurs peuvent retirer des fonds de la chaîne Plasma
Processus utilisateur:
L'utilisateur dépose des fonds dans le contrat Plasma du réseau principal.
L'utilisateur effectue des transactions sur la chaîne Plasma
L'opérateur traite les transactions et soumet un engagement d'état à la chaîne principale.
Sortie:
3.3.4 Avantages et inconvénients
Avantages :
Inconvénients :
3.3.5 Application
Principales applications:
Plasma Group : étude du cadre Plasma, puis transformation en Optimism
OMG Network : un projet Plasma précoce, qui s'est ensuite transformé en Boba Network
Polygon : agrégateur d'extension Ethereum, incluant le plan Plasma
3.3.6 Comparaison des applications
La technologie Plasma présente des problèmes inhérents, la plupart des projets se sont tournés vers d'autres solutions d'extension. Plasma Group s'est tourné vers Optimistic Rollup, OMG Network vers Boba Network, et Polygon vers des solutions L2 à stack complet.
3.4 Rollups
3.4.1 Résumé
Les Rollups sont une solution d'extension qui place le calcul et le stockage d'état hors chaîne, tout en stockant les engagements d'état et les données de transaction compressées sur chaîne. Ils se divisent principalement en deux types : les Optimistic Rollups et les ZK Rollups.
3.4.2 Principe technique
La pensée fondamentale des Rollups