Analisis mendalam tentang off-chain scaling: solusi inovatif untuk mengoptimalkan kinerja Blockchain

Analisis Kedalaman Ekspansi off-chain

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

1. Kebutuhan untuk Memperluas Kapasitas

Masa depan blockchain adalah visi yang megah: desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas; tetapi biasanya blockchain hanya dapat memenuhi dua dari ketiganya, sementara memenuhi ketiga persyaratan ini disebut sebagai masalah segitiga tidak mungkin dari blockchain. Selama bertahun-tahun, orang telah menjelajahi bagaimana menyelesaikan dilema ini, bagaimana meningkatkan throughput dan kecepatan transaksi blockchain sambil menjamin desentralisasi dan keamanan, yaitu menyelesaikan masalah skalabilitas, adalah salah satu topik hangat yang dibahas dalam proses pengembangan blockchain saat ini.

Mari kita secara umum mendefinisikan desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas blockchain:

  • Desentralisasi: Siapa pun dapat menjadi node untuk berpartisipasi dalam produksi dan verifikasi sistem blockchain, semakin banyak jumlah node, semakin tinggi tingkat desentralisasi, sehingga memastikan jaringan tidak dikendalikan oleh sekelompok kecil peserta terpusat yang besar.
  • Keamanan: Semakin tinggi biaya yang dikeluarkan untuk mendapatkan kontrol atas sistem blockchain, semakin tinggi keamanannya, sehingga rantai dapat menahan serangan dari proporsi peserta yang lebih besar.
  • Skalabilitas: kemampuan blockchain untuk memproses sejumlah besar transaksi.

Hard fork besar pertama di jaringan Bitcoin berasal dari masalah skalabilitas. Seiring meningkatnya jumlah pengguna dan volume transaksi Bitcoin, jaringan Bitcoin dengan batas maksimum 1MB per blok mulai menghadapi masalah kemacetan; sejak tahun 2015, komunitas Bitcoin telah memiliki perbedaan pendapat mengenai masalah skalabilitas, di satu sisi ada kubu yang mendukung perluasan blok yang diwakili oleh Bitcoin ABC, di sisi lain ada kubu blok kecil yang diwakili oleh Bitcoin Core, yang percaya bahwa harus menggunakan solusi segregated witness (Segwit) untuk mengoptimalkan struktur rantai utama. Pada 1 Agustus 2017, Bitcoin ABC mulai menjalankan sistem klien yang dikembangkan sendiri hingga 8MB, yang menyebabkan munculnya hard fork besar pertama dalam sejarah Bitcoin, dan dengan demikian melahirkan mata uang baru BCH.

Sama halnya, jaringan Ethereum juga memilih untuk mengorbankan sebagian dari skalabilitasnya demi menjaga keamanan dan desentralisasi jaringan; meskipun jaringan Ethereum tidak membatasi jumlah transaksi dengan membatasi ukuran blok seperti jaringan Bitcoin, tetapi secara tidak langsung beralih menjadi menetapkan batas atas pada biaya bahan bakar yang dapat ditampung dalam satu blok, namun tujuannya tetap untuk mencapai Konsensus Tanpa Kepercayaan dan memastikan distribusi node yang luas ( baik dengan menghapus maupun meningkatkan batasan akan mengeliminasi banyak node kecil yang kekurangan bandwidth, penyimpanan, dan kemampuan komputasi ).

Sejak CryptoKitties pada tahun 2017, musim DeFi, hingga munculnya aplikasi on-chain seperti GameFi dan NFT, permintaan pasar untuk throughput terus meningkat. Namun, bahkan Ethereum yang Turing-complete hanya dapat memproses 15~45 transaksi per detik ( TPS ), yang mengakibatkan biaya transaksi terus meningkat, waktu penyelesaian menjadi lebih lama, dan sebagian besar Dapps sulit menanggung biaya operasional. Seluruh jaringan juga menjadi lambat dan mahal bagi pengguna, sehingga masalah skalabilitas blockchain perlu segera diselesaikan. Solusi skalabilitas dalam kondisi ideal adalah: tanpa mengorbankan desentralisasi dan keamanan, juga dapat meningkatkan kecepatan transaksi jaringan blockchain ( waktu finalitas yang lebih pendek ) dan throughput transaksi ( TPS yang lebih tinggi ).

Laporan Penelitian Kedalaman Sepuluh Ribu Kata: Analisis Lengkap tentang Ekspansi off-chain

2. Kategori Rencana Perluasan

Kami membagi rencana ekspansi menjadi dua kategori besar yaitu ekspansi on-chain dan ekspansi off-chain berdasarkan standar "apakah mengubah satu lapisan mainnet".

2.1 Ekspansi on-chain

Konsep inti: solusi untuk mencapai efek skalabilitas dengan mengubah satu lapisan protokol jaringan utama, saat ini solusi utama adalah sharding.

Ada berbagai solusi untuk skalabilitas di rantai, artikel ini tidak akan membahasnya secara mendalam, berikut adalah ringkasan dua solusi:

  • Opsi satu adalah memperluas ruang blok, yaitu meningkatkan jumlah transaksi yang dikemas dalam setiap blok, tetapi ini akan meningkatkan tuntutan pada perangkat node berkinerja tinggi, meningkatkan ambang batas untuk bergabung sebagai node, dan mengurangi tingkat "desentralisasi".
  • Solusi kedua adalah pemisahan, membagi buku besar blockchain menjadi beberapa bagian, bukan setiap node yang terlibat dalam semua pencatatan, tetapi berbagai fragmen yaitu node yang berbeda bertanggung jawab untuk pencatatan yang berbeda, dan perhitungan paralel dapat memproses beberapa transaksi secara bersamaan; ini dapat mengurangi tekanan komputasi pada node dan ambang batas untuk bergabung, meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi dan tingkat desentralisasi; tetapi ini berarti kekuatan komputasi di seluruh jaringan terdistribusi, yang akan mengurangi "keamanan" seluruh jaringan.

Mengubah kode protokol mainnet dapat menghasilkan dampak negatif yang sulit diprediksi, karena setiap celah keamanan yang halus di lapisan bawah dapat mengancam keamanan seluruh jaringan secara serius, dan jaringan mungkin terpaksa melakukan fork atau menghentikan perbaikan upgrade. Misalnya, insiden celah inflasi Zcash pada tahun 2018: kode Zcash didasarkan pada modifikasi kode versi Bitcoin 0.11.2, pada tahun 2018 seorang insinyur menemukan celah berbahaya di kode dasar, yaitu token dapat diterbitkan tanpa batas, dan tim menghabiskan waktu 8 bulan untuk memperbaikinya secara rahasia, insiden ini baru diumumkan setelah perbaikan celah.

2.2 off-chain ekspansi

Konsep Inti: Solusi skalabilitas yang tidak mengubah protokol mainnet lapisan satu yang ada.

Solusi perluasan off-chain dapat dibagi lagi menjadi Layer2 dan solusi lainnya:

Laporan Penelitian Kedalaman Lima Ribu Kata: Analisis Menyeluruh tentang Ekspansi off-chain

3. Solusi Skalabilitas off-chain

3.1 Saluran Negara

3.1.1 Ringkasan

Saluran status menetapkan bahwa pengguna hanya perlu berinteraksi dengan jaringan utama saat saluran dibuka, ditutup, atau menyelesaikan sengketa, dan menempatkan interaksi antara pengguna di off-chain, dengan demikian mengurangi waktu dan biaya transaksi pengguna, serta memungkinkan jumlah transaksi tidak terbatas.

Saluran status adalah protokol P2P sederhana, cocok untuk "aplikasi berbasis giliran", misalnya, permainan catur dua orang. Setiap saluran dikelola oleh kontrak pintar multisignature yang berjalan di mainnet, kontrak ini mengontrol aset yang disimpan dalam saluran, memverifikasi pembaruan status, dan mengadili sengketa antara peserta ( berdasarkan bukti penipuan yang dilengkapi dengan tanda tangan dan cap waktu ). Setelah peserta menerapkan kontrak di jaringan blockchain, mereka menyetor sejumlah dana dan menguncinya, setelah kedua belah pihak menandatangani konfirmasi, saluran secara resmi dibuka. Saluran memungkinkan transaksi off-chain gratis tanpa batas antara peserta ( selama nilai bersih transfer mereka tidak melebihi total token yang disetor ). Peserta secara bergiliran mengirim pembaruan status kepada satu sama lain, menunggu konfirmasi tanda tangan dari pihak lawan. Setelah pihak lawan mengonfirmasi dengan tanda tangan, pembaruan status ini dianggap selesai. Dalam keadaan normal, pembaruan status yang disetujui oleh kedua belah pihak tidak diunggah ke mainnet, hanya dalam kasus sengketa atau penutupan saluran, yang akan bergantung pada konfirmasi mainnet. Ketika perlu menutup saluran, salah satu peserta dapat mengajukan permintaan transaksi di mainnet, jika permintaan keluar mendapatkan persetujuan tanda tangan penuh, maka segera dieksekusi di chain, yaitu kontrak pintar mendistribusikan sisa dana yang terkunci berdasarkan saldo setiap peserta pada status akhir saluran; jika peserta lain tidak memberikan persetujuan tanda tangan, maka semua orang harus menunggu akhir "masa tantangan" untuk menerima sisa dana.

Dengan demikian, skema saluran status dapat secara signifikan mengurangi beban komputasi jaringan utama, meningkatkan kecepatan transaksi, dan mengurangi biaya transaksi.

3.1.2 Garis Waktu

  • 2015/02, Joseph Poon dan Thaddeus Dryja menerbitkan draf whitepaper jaringan Lightning.
  • 2015/11, Jeff Coleman pertama kali secara sistematis merangkum konsep State Channel, mengemukakan bahwa Payment Channel Bitcoin adalah salah satu sub-kasus dari konsep State Channel.
  • 2016/01, Joseph Poon dan Thaddeus Dryja secara resmi menerbitkan makalah berjudul "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments" yang mengusulkan skema skalabilitas untuk jaringan Bitcoin yaitu Payment Channel( saluran pembayaran), skema ini hanya digunakan untuk memproses pembayaran transfer di jaringan Bitcoin.
  • 2017/11, desain spesifikasi tentang State Channel pertama yang didasarkan pada kerangka Payment Channel, Sprites, diusulkan.
  • 2018/06, Counterfactual mengajukan desain Generalized State Channels yang sangat detail, ini adalah desain pertama yang sepenuhnya terkait dengan saluran status.
  • 2018/10, artikel Generalised State Channel Networks memperkenalkan konsep State Channel Networks dan Virtual Channels.
  • 2019/02, konsep saluran status diperluas ke N-Party Channels, Nitro adalah protokol pertama yang dibangun berdasarkan ide tersebut.
  • 2019/10, Pisa untuk mengatasi masalah semua peserta yang perlu tetap online, memperluas konsep Watchtowers.
  • 2020/03, Hydra mengajukan Fast Isomorphic Channels.

Laporan Penelitian Mendalam: Analisis Menyeluruh tentang Ekspansi off-chain

3.1.3 Prinsip Teknologi

Alur kerja umum dari saluran status adalah sebagai berikut:

  1. Alice dan Bob menyetor dana dari EOA pribadi mereka ke alamat kontrak on-chain, dana ini dikunci dalam kontrak hingga saldo dikembalikan kepada pengguna saat saluran ditutup; setelah konfirmasi tanda tangan dari kedua pihak, saluran status antara keduanya secara resmi dibuka.

  2. Alice dan Bob secara teoritis dapat melakukan transaksi tanpa batas di kedalaman melalui saluran ini, para peserta saling berkomunikasi melalui pesan tanda tangan terenkripsi (, bukan berkomunikasi dengan jaringan blockchain ). Kedua pengguna harus menandatangani setiap transaksi untuk mencegah penipuan ganda. Melalui pesan ini, mereka mengajukan pembaruan status akun mereka dan menerima pembaruan status yang diajukan oleh pihak lain.

  3. Jika Alice ingin menutup saluran untuk menyelesaikan transaksi dengan Bob, Alice perlu mengajukan status akhir akunnya kepada kontrak. Jika Bob menandatangani dan menyetujui, kontrak akan melepaskan dana yang terkunci dan mengembalikannya kepada pengguna yang bersangkutan berdasarkan status akhir. Jika Bob tidak memberikan tanda tangan, kontrak akan melepaskan dana yang terkunci dan mengembalikannya kepada pengguna yang bersangkutan setelah periode tantangan berakhir.

Laporan Penelitian Kedalaman Sepuluh Ribu Kata: Analisis Menyeluruh tentang Ekspansi off-chain

3.1.4 Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan:

  • Kecepatan transaksi cepat, hampir konfirmasi instan
  • Biaya transaksi yang sangat rendah
  • Tingkat throughput tinggi, secara teori jumlah transaksi tidak terbatas
  • Privasi yang baik, hanya status akhir yang on-chain

Kekurangan:

  • Perlu mengunci dana
  • Semua peserta perlu tetap online
  • Kapasitas saluran terbatas
  • Membangun dan menutup saluran memerlukan biaya transaksi
  • Kontrak pintar yang kompleks sulit untuk diimplementasikan
  • Masalah likuiditas

3.1.5 Aplikasi

Jaringan Lightning Bitcoin

Ikhtisar: Jaringan Lightning adalah saluran pembayaran kecil di jaringan Bitcoin, yang mengalami evolusi teknologi keseluruhan: 2/2 multisig membangun saluran pembayaran satu arah, setelah menambahkan RSMC dapat membangun saluran pembayaran dua arah, kemudian setelah menambahkan HTLC dapat menghubungkan saluran pembayaran untuk memperluas ke pembayaran banyak orang, akhirnya membangun jaringan pembayaran yaitu Jaringan Lightning. Melalui saluran pembayaran kecil off-chain, kemudian dengan bantuan perantara membentuk jaringan transaksi, dapat menyelesaikan masalah skalabilitas jaringan Bitcoin. Penggunaan keseluruhan dari Jaringan Lightning mengikuti proses "setoran ( membangun saluran )→ transaksi Jaringan Lightning ( memperbarui status saluran )→ pengembalian dana / penyelesaian ( mengakhiri saluran )"; secara teori, Jaringan Lightning dapat memproses satu juta transaksi per detik.

Garis waktu:

  • Pada bulan Februari 2015, Joseph Poon dan Thaddeus Dryja merilis draf buku putih jaringan Lightning.
  • Versi resmi whitepaper dirilis pada Januari 2016 dan Lightning Labs didirikan.
  • Pada 15 Maret 2018, Lightning Labs merilis versi utama pertama dari jaringan lightning yaitu Lightning Network Daemon (LND) versi 0.4
  • Awal tahun 2021, kapasitas publik jaringan Lightning (TVL) hanya sekitar 40 juta dolar, dengan kurang dari 100 ribu pengguna yang menggunakan jaringan Lightning.
  • Pada bulan Juni 2021, El Salvador mengumumkan adopsi Bitcoin sebagai mata uang resmi, dan pada bulan September meluncurkan dompet berbasis jaringan Lightning Chivo.
  • Pada tahun 2022, Cash App dan 26 platform perdagangan cryptocurrency termasuk OKX, Kraken, Bitfinex mengumumkan dukungan untuk jaringan Lightning, memungkinkan fungsi penyetoran dan penarikan BTC yang instan dan murah.
  • Oktober 2022, Lightning Labs merilis protokol baru berbasis Taproot — Taro protocol( versi alpha), yang saat ini sedang diuji di testnet, dan akan dapat digunakan untuk mencetak, mengirim, dan menerima aset di jaringan Bitcoin, serta melalui jaringan Lightning.
BTC-1.41%
Lihat Asli
Halaman ini mungkin berisi konten pihak ketiga, yang disediakan untuk tujuan informasi saja (bukan pernyataan/jaminan) dan tidak boleh dianggap sebagai dukungan terhadap pandangannya oleh Gate, atau sebagai nasihat keuangan atau profesional. Lihat Penafian untuk detailnya.
  • Hadiah
  • 5
  • Bagikan
Komentar
0/400
LightningPacketLossvip
· 18jam yang lalu
Masih bermain Unholy Trinity, rug pull off-chain terasa lebih menggiurkan.
Lihat AsliBalas0
BlockDetectivevip
· 18jam yang lalu
Memang sulit untuk memperluas, bagaimana cara meningkatkan tps?
Lihat AsliBalas0
CoffeeOnChainvip
· 18jam yang lalu
Sangat menjengkelkan, segitiga ini masih belum bisa diselesaikan...
Lihat AsliBalas0
WagmiOrRektvip
· 19jam yang lalu
Hah, pada akhirnya itu masih bukan masalah segitiga yang membuat rambut rontok.
Lihat AsliBalas0
RooftopVIPvip
· 19jam yang lalu
Wah, artikel ini sudah mengulangi topik lama lagi.
Lihat AsliBalas0
Perdagangkan Kripto Di Mana Saja Kapan Saja
qrCode
Pindai untuk mengunduh aplikasi Gate
Komunitas
Bahasa Indonesia
  • 简体中文
  • English
  • Tiếng Việt
  • 繁體中文
  • Español
  • Русский
  • Français (Afrique)
  • Português (Portugal)
  • Bahasa Indonesia
  • 日本語
  • بالعربية
  • Українська
  • Português (Brasil)