Глибина аналізу розширення поза блокчейном

1. Необхідність розширення

Майбутнє блокчейну передбачає децентралізацію, безпеку та масштабованість, але зазвичай можливо досягти лише двох з цих цілей, що називається проблемою неможливого трикутника блокчейну. Протягом багатьох років люди досліджували, як підвищити пропускну здатність та швидкість транзакцій блокчейну за умови забезпечення децентралізації та безпеки, тобто вирішити питання масштабування, що є однією з актуальних тем розвитку блокчейну сьогодні.

Децентралізація, безпека та масштабованість блокчейну визначаються просто так:

• Децентралізація: будь-хто може стати вузлом та брати участь у системі блокчейн, чим більше вузлів, тим вищий рівень децентралізації, що забезпечує відсутність контролю з боку невеликої кількості великих централізованих учасників.

• Безпека: чим вищі витрати на отримання контролю над блокчейн-системою, тим вища безпека, що дозволяє протистояти атакам з боку значної частки учасників.

• Масштабованість: здатність блокчейну обробляти велику кількість транзакцій.

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

Перший великий хард-форк мережі Біткоїн виник через проблеми з масштабуванням. Зі збільшенням кількості користувачів і обсягу транзакцій, мережа Біткоїн з обмеженням у 1 МБ почала стикатися з заторами; з 2015 року в спільноті Біткоїн існували розбіжності щодо масштабування, одна сторона підтримувала розширення блоку, а інша — використання SegWit для оптимізації структури основного ланцюга. 1 серпня 2017 року, одна сторона, що підтримувала розширення блоку, самостійно розробила систему клієнта на 8 МБ, що призвело до першого великого хард-форку Біткоїн і народження нової криптовалюти BCH.

Мережа Ethereum також вибрала жертвувати частиною масштабованості для забезпечення безпеки та децентралізації, встановивши верхню межу на блокові витрати, щоб обмежити обсяг транзакцій. З 2017 року, коли з'явилися CryptoKitties, і до пізніших застосувань DeFi, GameFi та NFT, попит ринку на пропускну здатність постійно зростав, але Ethereum здатен обробляти лише 15-45 транзакцій на секунду, що призводить до збільшення витрат на транзакції та подовження часу розрахунків, більшість DApp важко витримує витрати на експлуатацію, а вся мережа стає повільною та дорогою, терміново потрібно вирішити проблему масштабування. Ідеальне рішення для масштабування: максимально підвищити швидкість транзакцій та пропускну здатність без жертвування децентралізацією та безпекою.

2. Категорії планів розширення

Згідно з критерієм "чи змінює це основну мережу", плани розширення можна розділити на два основних типи: розширення на ланцюгу та розширення поза блокчейном.

2.1 Розширення на блокчейні

Основна концепція: рішення, яке досягає ефекту масштабування шляхом зміни одного рівня основного мережевого протоколу, наразі основним рішенням є шардінг.

поза блокчейном розширення має різні рішення, тут коротко наведено два з них:

• Варіант перший: розширити блоковий простір, збільшити кількість транзакцій, що упаковуються в кожному блоці, але це підвищить вимоги до обладнання вузлів і знизить рівень децентралізації.

• Варіант два: шардінг, розділяє блокчейн-реєстр на декілька частин, за які відповідають різні вузли, паралельні обчислення можуть обробляти кілька транзакцій одночасно; це може знизити обчислювальне навантаження на вузли та поріг входження, підвищити швидкість обробки транзакцій і рівень децентралізації; але обчислювальна потужність усієї мережі розподіляється, що може знизити безпеку всієї мережі.

Зміна протоколу основної мережі може спричинити непередбачувані негативні наслідки, тонкі вразливості безпеки на нижньому рівні можуть серйозно загрожувати безпеці всієї мережі, що може призвести до розвилки або перерви в ремонті оновлення.

2.2 поза блокчейном розширення

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

поза блокчейном розширення можна поділити на Layer2 та інші рішення:

Рішення Layer2 включають:

• Канал стану
• Бічний ланцюг
• Плазма
• Rollups(оптимістичні згортки та нульові знання згортки)

Інші варіанти включають:

• Верифікатор
• Валідіум

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

3. Поза блокчейном розширення плану

3.1 Державні канали

3.1.1 Резюме

Статусний канал передбачає, що користувачі повинні взаємодіяти з основною мережею лише під час відкриття, закриття або вирішення суперечок, а взаємодії між користувачами відбуваються поза блокчейном, щоб зменшити час та витрати на транзакції, забезпечуючи необмежену кількість транзакцій.

Канали стану - це простий P2P протокол, придатний для "додатків на основі раундів", таких як двоє людей у настільних іграх. Кожен канал управляється мультипідписним смарт-контрактом в основній мережі, який контролює внесені активи, перевіряє оновлення стану та арбітрує спори. Учасники після розгортання контракту вносять кошти і блокують їх, після підписання обома сторонами канал офіційно відкривається. Канал дозволяє необмежену кількість безкоштовних транзакцій поза блокчейном (, якщо загальна сума переказу не перевищує внесені токени ). Учасники по черзі відправляють оновлення стану і чекають підтвердження підписом іншої сторони. У нормальних умовах оновлення стану не завантажується в основну мережу, тільки у випадку суперечок або закриття каналу залежить від підтвердження основної мережі. При закритті каналу будь-який учасник може подати запит в основну мережу, якщо отримає підписи всіх учасників, то запит виконується негайно; в іншому випадку потрібно чекати закінчення "періоду виклику", щоб отримати залишкові кошти.

Статеві канали можуть значно зменшити обчислювальне навантаження основної мережі, підвищити швидкість транзакцій та знизити витрати на транзакції.

3.1.2 Таймлайн

• 2015/02: Джозеф Пун і Таддеус Дріджа опублікували чернетку білого документа про мережу Lightning
• 2015/11: Джефф Коулман вперше систематично узагальнив концепцію State Channel
• 2016/01: Джозеф Пун і Таддеус Дріджа офіційно опублікували білу книгу про мережу Lightning Bitcoin
• 2017/11: перша специфікація дизайну State Channel на основі рамки платіжних каналів Sprites була запропонована
• 2018/06: Counterfactual запропонував детальний дизайн Generalized State Channels
• 2018/10: Генералізовані державні канальні мережі вводять концепцію державних канальних мереж і віртуальних каналів
• 2019/02: Концепція статус-каналів була розширена до N-Party Channels, Nitro є першим протоколом, заснованим на цій ідеї
• 2019/10: Pisa для вирішення проблеми, що учасники повинні залишатися онлайн, розширив концепцію Watchtowers
• 2020/03:Hydra запропонував Швидкі ізоморфні канали

3.1.3 Технічні принципи

Традиційний робочий процес на блокчейні: користувач взаємодіє з основним смарт-контрактом, надсилаючи транзакції для зміни стану контракту. Недоліком є те, що це призводить до проблем із часом і витратами.

Процес роботи каналу стану:

1. Користувач вносить кошти на адресу контракту основної мережі, блокуючи кошти до закриття каналу
2. Користувач проводить необмежену кількість транзакцій поза блокчейном, використовуючи зашифровані підписані повідомлення для зв'язку.
3. Якщо потрібно закрити канал, користувач подає остаточний стан до контракту
4. Якщо сторона підписала схвалення, контракт розподіляє кошти відповідно до кінцевого стану; в іншому випадку потрібно дочекатися закінчення періоду оскарження.

У песимістичному випадку:

• Якщо певний користувач не реагує на оновлення стану, інша сторона може подати останній дійсний стан до контракту, щоб розпочати виклик.
• Контракт дозволяє стороні, яка оскаржується, відповісти протягом певного часу
• Якщо немає відповіді, контракт автоматично закриває канал і повертає кошти

3.1.4 Плюси та мінуси

Переваги:

• Миттєве підтвердження транзакції
• Висока пропускна спроможність
• Низькі комісії за транзакції
• хороша конфіденційність

Недоліки:

• потрібно заздалегідь заблокувати кошти
• Обмежена ємність каналу
• Учасники повинні постійно бути онлайн для моніторингу
• Вартість створення та закриття каналу висока
• Обмежена універсальність

3.1.5 Додаток

Біткоїн-мережа блискавки:

Огляд: Мережа Lightning є каналом мікроплатежів у мережі Bitcoin, еволюція технології пройшла: односторонні платіжні канали, двосторонні платіжні канали, багатосторонні платіжні мережі. Через поза блокчейном платіжні канали та посередників формується торговельна мережа, що вирішує проблему масштабування мережі Bitcoin. Процес використання виглядає наступним чином: "депозит ( створення каналу )→ транзакція у мережі Lightning ( оновлення стану каналу )→ повернення/розрахунок ( закриття каналу )". Теоретично можна обробляти мільйон транзакцій на секунду.

Таймлайн:

• Лютий 2015 року: опубліковано проект білого документа
• Січень 2016 року: Офіційне випуск білої книги, заснування Lightning Labs
• Березень 2018: випущено першу версію основної мережі LND 0.4
• Червень 2021: Сальвадор прийняв біткойн як законний платіжний засіб, випустивши гаманець Chivo на базі мережі Lightning.
• 2022 рік: кілька торгових платформ підтримують мережу блискавки
• Жовтень 2022: Мережа Lightning має 76 236 платіжних каналів, обсяг коштів у каналах становить 5049 BTC

Екологічний розвиток: Екосистема блискавичної мережі складається з: основної мережі BTC, основної інфраструктури, різноманітних DApps. Основна інфраструктура включає рішення для блискавичної мережі та послуги ліквідності вузлів. Над інфраструктурою розташовані програми, такі як платіжні та фінансові послуги. Наразі існує понад 20 категорій і більше 100 застосунків, які охоплюють такі сфери, як платежі, гаманці, управління вузлами, браузерні розширення, подкасти та потокове відео.

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

Ефірний блискавичний мережа:

Огляд: Мережа 雷电 (Thunder Network) базується на Ethereum та є каналом малих платежів, подібно до мережі Lightning, що дозволяє розширювати транзакції на ланцюгу шляхом створення каналу стану, забезпечуючи швидкі та дешеві платежі токенами ERC20.

Часова лінія:

• Заснована в 2017 році, засновник був основним розробником Ethereum
• ICO проведено в жовтні 2017 року, зібрано понад 30 мільйонів доларів США
• У травні 2020 року випущено першу версію основної мережі Alderaan
• В кінці 2021 року кілька бірж зняли токен RDN з торгів

Наразі не отримав широкого застосування, причини включають:

1. Використання має високий поріг: коли комісії Gas в Ethereum занадто високі, вартість відкриття каналу занадто велика
2. З'явилися більш просунуті технології масштабування: на той час це була єдина схема масштабування для Ethereum, але наразі з'явилися кращі рішення, такі як Rollup.

Екологічний розвиток: Наразі екосистема розвивається повільно, команда працює над перетворенням її для роботи в мережі Ethereum Layer2 Rollup, щоб знизити витрати на Gas для створення каналів. У травні 2022 року вона запустилася на Arbitrum, ставши L2 на основі L2. У майбутньому планується перехід до Rollups як до доповнюючого рішення.

Мережа Celer:

Огляд: Celer Network в своїй суті збільшує інсентивний шар (CELR токена ) блискавичних мереж, створюючи швидкі, низьковартісні високочастотні взаємодії DApps, такі як платформи електронного спорту, через поза блокчейном технології розширення та інсентивну економічну модель.

Технічний принцип: Користувачі взаємодіють у стані каналу поза блокчейном, тільки у разі необхідності (, якщо виникає спір ), тоді проводиться верифікація на блокчейні. За допомогою конвертера адрес поза блокчейном OAT, адреса поза блокчейном може унікально відображати смарт-контракт на блокчейні.

Архітектура складається з трьох рівнів:

• cChannel: широкі канали стану та комплект позаблокчейнових рішень
• cRoute:поза блокчейном платіжний маршрут
• cOS:поза блокчейном застосунків розробки фреймворк та середовище виконання

Часова лінія:

• Заснована в 2018 році, команда з відомих університетів
• У березні 2019 року на Binance Launchpad випущено токен CELR
• Липень 2019 року - запуск основної мережі, випуск першої універсальної мережі стану та платформу для електронного спорту CelerX

Екологічний розвиток: З розвитком екосистеми блокчейну до багатоланцюгової моделі, Celer Network перетворився на платформу L2 для агрегування масштабування з підтримкою крос-чейн, запустивши DeFi протокол Layer2.finance, інформаційний крос-чейн протокол Celer IM та міст активів cBridge та інші продукти. cBridge вже підтримує 139 токенів і 38 ланцюгів. У листопаді 2022 року інтегровано в MetaMask Bridges Beta та тестову мережу zkSync 2.0.

3.1.6 Порівняння застосувань

Біткойн-мережа блискавки:

• Основне використання: мікроплатежі біткойнами
• Технічні характеристики: HTLC підтримує багаторазові платежі
• Екологічний розвиток: широке застосування, стабільний ріст обсягу на ланцюзі
• Переваги: низькі комісії, швидкі транзакції, підвищена масштабованість мережі біткойн
• Недоліки: потрібно попередньо зберігати кошти, обмежена ємність каналу, складний маршрут

Ефірний грозовий мережа:

• Головне призначення: оплата токенами Ethereum
• Технічні особливості: підтримка загальних смарт-контрактів
• Екологічний розвиток: повільний розвиток, перехід до Rollup
• Переваги: підтримка складнішої логіки
• Недоліки: висока бар'єрність входу, відсталість екосистеми

Мережа Celer:

• Основне використання: DApp з високою частотою взаємодії
• Технічні характеристики: додавання шару стимулювання, підтримка загальних смарт-контрактів
• Екологічний розвиток: перехід до міжланцюгової L2 агрегаційної платформи
• Переваги: сильна універсальність, крос-ланцюгова здатність
• Недоліки: відносно складно

![万字Глибина