Майбутнє блокчейну – це грандіозна візія: децентралізація, безпека та масштабованість. Але зазвичай блокчейн може реалізувати лише два з цих трьох вимог; одночасне задоволення всіх трьох вимог називається проблемою неможливого трикутника блокчейну. Протягом багатьох років люди досліджували, як вирішити цю проблему, як підвищити пропускну спроможність і швидкість транзакцій блокчейну при забезпеченні децентралізації та безпеки, тобто вирішення проблеми масштабування є однією з актуальних тем обговорення в процесі розвитку блокчейну.
Давайте спочатку загально визначимо децентралізацію, безпеку та масштабованість блокчейну:
Децентралізація: кожен може стати вузлом і брати участь у виробництві та перевірці системи блокчейн, чим більше вузлів, тим вищий рівень децентралізації, що забезпечує, щоб мережа не контролювалася невеликою групою великих централізованих учасників.
Безпека: чим вищі витрати на отримання контролю над системою блокчейн, тим вища безпека, отже, мережа може протистояти атакам з боку значної частини учасників.
Масштабованість: здатність блокчейну обробляти велику кількість транзакцій.
Перше велике жорстке розгалуження мережі Біткоїн виникло через проблему масштабування. Зі збільшенням кількості користувачів та обсягу транзакцій у мережі Біткоїн, яка має обмеження в 1 МБ на кожен блок, почали виникати проблеми з перевантаженням; з 2015 року в спільноті Біткоїн існували розбіжності щодо проблеми масштабування: одна сторона, представлена Bitcoin ABC, підтримувала розширення блоку, а інша сторона, представлена Bitcoin Core, вважала, що слід використовувати рішення Segwit для оптимізації структури основного ланцюга. 1 серпня 2017 року Bitcoin ABC самостійно розробив клієнтську систему до 8 МБ, що призвело до появи першого великого жорсткого розгалуження в історії Біткоїн, а також стало причиною виникнення нової криптовалюти BCH.
Так само, мережа Ethereum також обрала пожертвувати частиною масштабованості, щоб забезпечити безпеку та децентралізацію мережі; хоча мережа Ethereum не обмежує обсяг транзакцій, як це робить мережа Bitcoin, шляхом обмеження розміру блоку, вона фактично перетворилася на встановлення верхньої межі на плату за паливо, що може вміститися в один блок, але мета все ще полягає в досягненні Trustless Consensus і забезпеченні широкого розподілу вузлів (, незалежно від того, чи скасують, чи підвищать ліміт, це призведе до вимирання багатьох менших вузлів з недостатньою пропускною здатністю, зберіганням і обчислювальною потужністю ).
З 2017 року з CryptoKitties, літнього сезону DeFi, а потім із зростанням таких ланцюгових застосувань, як GameFi та NFT, попит на пропускну спроможність на ринку постійно зростає, але навіть Тюрінг-повноцінний Ethereum може обробляти лише 15~45 транзакцій на секунду (TPS), що призводить до постійного збільшення витрат на транзакції, подовження часу розрахунків, більшість Dapps важко витримують витрати на обслуговування, а вся мережа стає повільною та дорогою для користувачів, проблема масштабування блокчейну терміново потребує вирішення. Ідеальний стан масштабування: без жертвування децентралізацією та безпекою, якнайбільше підвищити швидкість транзакцій блокчейн-мережі ( коротший час фіналізації ) та пропускну спроможність транзакцій ( вищий TPS ).
Ми розділили плани розширення на дві основні категорії: розширення на базовому рівні та розширення поза блокчейном, керуючись критерієм "чи змінюється один шар основної мережі".
2.1 Розширення на ланцюгу
Основна концепція: рішення, яке досягає ефекту масштабування шляхом зміни шару основного мережевого протоколу, наразі основним рішенням є шардінг.
Розширення на блокчейні має кілька варіантів, в цій статті не буде їх розглядатися, нижче коротко наведено два варіанти:
Перший варіант полягає в розширенні простору блоків, тобто в збільшенні кількості транзакцій, що упаковуються в кожному блоці, але це підвищить вимоги до обладнання вузлів високої продуктивності, підвищить поріг входу для вузлів, знизивши рівень "децентралізації".
Варіант два — це шардінг, який розділяє блокчейн-реєстр на кілька частин, де не кожен вузол бере участь у всіх записях, а різні шардінги, тобто різні вузли, відповідають за різні записи, паралельні обчислення можуть обробляти кілька транзакцій одночасно; це дозволяє зменшити обчислювальне навантаження на вузли та бар'єри входу, підвищити швидкість обробки транзакцій і рівень децентралізації; але це означає, що загальна обчислювальна потужність мережі розподіляється, що знижує "безпеку" всієї мережі.
Зміна коду протоколу основної мережі може призвести до непередбачуваних негативних наслідків, оскільки будь-яка незначна вразливість безпеки на нижньому рівні серйозно загрожує безпеці всієї мережі, і мережа може бути змушена до розгалуження або переривання ремонту оновлення. Наприклад, інцидент з інфляційною вразливістю Zcash у 2018 році: код Zcash був змінений на основі коду версії Bitcoin 0.11.2, у 2018 році один інженер виявив, що в його базовому коді є небезпечна вразливість, а саме токени можуть бути безмежно випущені, після чого команда витратила 8 місяців на таємне виправлення, і лише після виправлення вразливості ця подія була оприлюднена.
2.2 поза блокчейном розширення
Основна концепція: рішення для масштабування, яке не змінює існуючий протокол основної мережі першого рівня.
поза блокчейном рішення для розширення можна поділити на Layer2 та інші рішення:
Layer2: шляхом створення додаткового мережевого шару над основною мережею, перенесення більшості обробки транзакцій та обчислень на цей шар для підвищення пропускної здатності транзакцій та зниження витрат. Основні компоненти включають канали стану, Plasma, Rollups тощо.
Інші рішення: такі як бічні ланцюги та інші незалежні блокчейн-мережі, які здійснюють крос-ланцюгову взаємодію з основною мережею.
3. Позаблокчейном розширення плану
3.1 Державні канали
3.1.1 Огляд
Стан каналу передбачає, що користувачам потрібно взаємодіяти з основною мережею тільки при відкритті, закритті або вирішенні суперечок, а взаємодію між користувачами здійснювати поза блокчейном, щоб знизити час та фінансові витрати на транзакції користувачів і забезпечити необмежену кількість транзакцій.
Статевий канал є простим P2P протоколом, що підходить для "заснованих на раундах додатків", наприклад, гри в шахи для двох. Кожен канал управляється багатопідписним смарт-контрактом, що працює в основній мережі, цей контракт контролює активи, внесені до каналу, підтверджує оновлення стану та арбітрує спори між учасниками ( на основі доказів шахрайства з підписами та часовими мітками ). Після розгортання контракту в блокчейн-мережі учасники вносять кошти та блокують їх, а після підписаного підтвердження обома сторонами канал офіційно відкривається. Канал дозволяє учасникам здійснювати необмежену кількість безкоштовних транзакцій поза блокчейном (, якщо їхня чиста вартість переказів не перевищує загальну суму внесених токенів ). Учасники по черзі надсилають оновлення стану один одному, чекаючи підтвердження підпису від іншої сторони. Як тільки інша сторона підтверджує підпис, це оновлення стану вважається завершеним. Як правило, погоджені оновлення стану не завантажуються в основну мережу, лише у разі спору або закриття каналу буде покладенося на основну мережу для підтвердження. Коли потрібно закрити канал, будь-який з учасників може подати запит на транзакцію в основній мережі, якщо запит на вихід отримує одноголосне схвалення підписів, тоді на ланцюгу негайно виконується, тобто смарт-контракт розподіляє залишок заблокованих коштів відповідно до залишків кожного учасника в остаточному стані каналу; якщо інші учасники не схвалили підпис, тоді всім потрібно чекати закінчення "періоду виклику", перш ніж отримати залишкові кошти.
Отже, рішення зі статус-каналами може значно зменшити обчислювальне навантаження основної мережі, підвищити швидкість транзакцій та знизити витрати на транзакції.
3.1.2 Лінія часу
2015/02, Джозеф Пун і Тадеуш Дріджа опублікували проект白皮书闪电网络.
2015/11, Джефф Колеман вперше систематично узагальнив концепцію State Channel, запропонувавши, що Payment Channel біткоїна є підвипадком концепції State Channel.
2016/01, Joseph Poon та Thaddeus Dryja офіційно опублікували білий папір «The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments», в якому запропонували рішення для масштабування біткоїн-мережі — Payment Channel( платіжний канал), це рішення призначене лише для обробки переказів на біткоїн-мережі.
2017/11, перша специфікація дизайну State Channel на основі фреймворку Payment Channel, відома як Sprites, була запропонована.
2018/06, Counterfactual запропонував дуже детальний дизайн Генералізованих Державних Каналів, це перший повністю пов'язаний з державними каналами дизайн.
У жовтні 2018 року в статті «Узагальнені мережі державних каналів» були запропоновані концепції державних канальних мереж і віртуальних каналів.
2019/02, концепція каналів стану була розширена до N-Party Channels, Nitro є першим протоколом, побудованим на цій ідеї.
2019/10, Pisa для вирішення питання, що всі учасники повинні залишатися онлайн, розширила концепцію Watchtowers.
Основний робочий процес статус-каналів виглядає наступним чином:
Аліса і Боб вносять кошти з їх особистих EOA на адреси контракту поза блокчейном, ці кошти блокуються в контракті до закриття каналу, після чого залишок повертається користувачеві; після підписання підтвердження двох сторін, стан каналу між ними офіційно відкритий.
Аліса та Боб теоретично можуть проводити необмежену кількість транзакцій поза блокчейном через цей канал, учасники спілкуються один з одним за допомогою зашифрованих підписаних повідомлень (, а не з мережею блокчейну ). Обидва користувачі повинні підписувати кожну транзакцію, щоб запобігти зловживанням з подвійною витратою. За допомогою цих повідомлень вони пропонують оновлення стану своїх рахунків і приймають оновлення стану, запропоновані іншою стороною.
Якщо Аліса хоче закрити канал і завершити угоду з Бобом, Алісі потрібно подати остаточний стан свого рахунку до контракту. Якщо Боб підпише та підтвердить, контракт звільнить заблоковані кошти відповідно до остаточного стану. Якщо Боб не відреагує на підпис, контракт звільнить заблоковані кошти відповідно до остаточного стану після закінчення періоду оскарження.
Якщо Боб не відповідає на підпис оновлення стану, надісланий Алісою, під час свого ходу, Аліса може ініціювати виклик, подавши в контракт своє останнє дійсне стан, яке також містить підпис Боба, тим самим доводячи, що остання транзакція була затверджена Бобом, а останній стан підтверджений Бобом. Потім контракт дозволяє Бобу відповісти протягом певного часу, подаючи наступний стан в контракт; якщо Боб відповідає, обидва можуть продовжити торгівлю в каналі станів; якщо Боб не відповідає протягом цього періоду, контракт автоматично закриває канал станів і повертає кошти Алісі.
Миттєвість: торгівля може бути завершена негайно, без необхідності чекати підтвердження блоку
Приватність: тільки остаточний стан буде записаний у блокчейн, проміжні етапи не будуть розкриті
Масштабованість: може підтримувати безмежну кількість транзакцій поза блокчейном
Низька вартість: поза блокчейном транзакції практично не вимагають комісії
Недоліки:
Доступність: необхідно, щоб учасники залишалися в онлайні
Низька ефективність використання капіталу: неможливо використовувати кошти під час їх блокування.
Складність: певний бар'єр для розробників та користувачів
Обмеження ліквідності: обмежені кошти в каналі
Обмежена придатність: в основному підходить для сторін з частими взаємодіями
3.1.5 Застосування
Біткоїн-мережа Lightning
Огляд:
Мережа Lightning є каналом малих платежів у мережі Bitcoin, її загальна технологічна еволюція пройшла: 2/2 мультипідпис для побудови одностороннього платіжного каналу, після додавання RSMC(Revocable Sequence Maturity Contract) можна побудувати двосторонній платіжний канал, а після додавання HTLC(Hash Time Lock Contract) можна підключити платіжний канал для розширення на багатьох учасників, зрештою побудувавши платіжну мережу, тобто мережу Lightning. Через поза блокчейном малі платежі.
Ця сторінка може містити контент третіх осіб, який надається виключно в інформаційних цілях (не в якості запевнень/гарантій) і не повинен розглядатися як схвалення його поглядів компанією Gate, а також як фінансова або професійна консультація. Див. Застереження для отримання детальної інформації.
9 лайків
Нагородити
9
5
Поділіться
Прокоментувати
0/400
BlockImposter
· 16год тому
поза блокчейном交易 划个重点
Переглянути оригіналвідповісти на0
GasGasGasBro
· 16год тому
Безкоштовний gas yyds!
Переглянути оригіналвідповісти на0
DaoGovernanceOfficer
· 17год тому
*с sigh* ще одне поверхневе трактування трилеми... з емпіричної точки зору, стан каналу зазнав невдачі саме через ці спрощені рамки
Переглянути оригіналвідповісти на0
AirdropHunter007
· 17год тому
Сміттєві ланцюги говорять про масштабування, краще вже зовсім не використовувати ланцюг.
Переглянути оригіналвідповісти на0
Ser_Liquidated
· 17год тому
Не питайте мене, які є способи, адже все ще поза блокчейном, все залежить від грошей.
поза блокчейном розширення рішення Глибина аналізу: від стан каналу до Lighting Network
Поглиблений аналіз розширення поза блокчейном
1. Необхідність розширення
Майбутнє блокчейну – це грандіозна візія: децентралізація, безпека та масштабованість. Але зазвичай блокчейн може реалізувати лише два з цих трьох вимог; одночасне задоволення всіх трьох вимог називається проблемою неможливого трикутника блокчейну. Протягом багатьох років люди досліджували, як вирішити цю проблему, як підвищити пропускну спроможність і швидкість транзакцій блокчейну при забезпеченні децентралізації та безпеки, тобто вирішення проблеми масштабування є однією з актуальних тем обговорення в процесі розвитку блокчейну.
Давайте спочатку загально визначимо децентралізацію, безпеку та масштабованість блокчейну:
Перше велике жорстке розгалуження мережі Біткоїн виникло через проблему масштабування. Зі збільшенням кількості користувачів та обсягу транзакцій у мережі Біткоїн, яка має обмеження в 1 МБ на кожен блок, почали виникати проблеми з перевантаженням; з 2015 року в спільноті Біткоїн існували розбіжності щодо проблеми масштабування: одна сторона, представлена Bitcoin ABC, підтримувала розширення блоку, а інша сторона, представлена Bitcoin Core, вважала, що слід використовувати рішення Segwit для оптимізації структури основного ланцюга. 1 серпня 2017 року Bitcoin ABC самостійно розробив клієнтську систему до 8 МБ, що призвело до появи першого великого жорсткого розгалуження в історії Біткоїн, а також стало причиною виникнення нової криптовалюти BCH.
Так само, мережа Ethereum також обрала пожертвувати частиною масштабованості, щоб забезпечити безпеку та децентралізацію мережі; хоча мережа Ethereum не обмежує обсяг транзакцій, як це робить мережа Bitcoin, шляхом обмеження розміру блоку, вона фактично перетворилася на встановлення верхньої межі на плату за паливо, що може вміститися в один блок, але мета все ще полягає в досягненні Trustless Consensus і забезпеченні широкого розподілу вузлів (, незалежно від того, чи скасують, чи підвищать ліміт, це призведе до вимирання багатьох менших вузлів з недостатньою пропускною здатністю, зберіганням і обчислювальною потужністю ).
З 2017 року з CryptoKitties, літнього сезону DeFi, а потім із зростанням таких ланцюгових застосувань, як GameFi та NFT, попит на пропускну спроможність на ринку постійно зростає, але навіть Тюрінг-повноцінний Ethereum може обробляти лише 15~45 транзакцій на секунду (TPS), що призводить до постійного збільшення витрат на транзакції, подовження часу розрахунків, більшість Dapps важко витримують витрати на обслуговування, а вся мережа стає повільною та дорогою для користувачів, проблема масштабування блокчейну терміново потребує вирішення. Ідеальний стан масштабування: без жертвування децентралізацією та безпекою, якнайбільше підвищити швидкість транзакцій блокчейн-мережі ( коротший час фіналізації ) та пропускну спроможність транзакцій ( вищий TPS ).
! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз офчейн-експансії
2. Категорії планів розширення
Ми розділили плани розширення на дві основні категорії: розширення на базовому рівні та розширення поза блокчейном, керуючись критерієм "чи змінюється один шар основної мережі".
2.1 Розширення на ланцюгу
Основна концепція: рішення, яке досягає ефекту масштабування шляхом зміни шару основного мережевого протоколу, наразі основним рішенням є шардінг.
Розширення на блокчейні має кілька варіантів, в цій статті не буде їх розглядатися, нижче коротко наведено два варіанти:
Зміна коду протоколу основної мережі може призвести до непередбачуваних негативних наслідків, оскільки будь-яка незначна вразливість безпеки на нижньому рівні серйозно загрожує безпеці всієї мережі, і мережа може бути змушена до розгалуження або переривання ремонту оновлення. Наприклад, інцидент з інфляційною вразливістю Zcash у 2018 році: код Zcash був змінений на основі коду версії Bitcoin 0.11.2, у 2018 році один інженер виявив, що в його базовому коді є небезпечна вразливість, а саме токени можуть бути безмежно випущені, після чого команда витратила 8 місяців на таємне виправлення, і лише після виправлення вразливості ця подія була оприлюднена.
2.2 поза блокчейном розширення
Основна концепція: рішення для масштабування, яке не змінює існуючий протокол основної мережі першого рівня.
поза блокчейном рішення для розширення можна поділити на Layer2 та інші рішення:
Layer2: шляхом створення додаткового мережевого шару над основною мережею, перенесення більшості обробки транзакцій та обчислень на цей шар для підвищення пропускної здатності транзакцій та зниження витрат. Основні компоненти включають канали стану, Plasma, Rollups тощо.
Інші рішення: такі як бічні ланцюги та інші незалежні блокчейн-мережі, які здійснюють крос-ланцюгову взаємодію з основною мережею.
3. Позаблокчейном розширення плану
3.1 Державні канали
3.1.1 Огляд
Стан каналу передбачає, що користувачам потрібно взаємодіяти з основною мережею тільки при відкритті, закритті або вирішенні суперечок, а взаємодію між користувачами здійснювати поза блокчейном, щоб знизити час та фінансові витрати на транзакції користувачів і забезпечити необмежену кількість транзакцій.
Статевий канал є простим P2P протоколом, що підходить для "заснованих на раундах додатків", наприклад, гри в шахи для двох. Кожен канал управляється багатопідписним смарт-контрактом, що працює в основній мережі, цей контракт контролює активи, внесені до каналу, підтверджує оновлення стану та арбітрує спори між учасниками ( на основі доказів шахрайства з підписами та часовими мітками ). Після розгортання контракту в блокчейн-мережі учасники вносять кошти та блокують їх, а після підписаного підтвердження обома сторонами канал офіційно відкривається. Канал дозволяє учасникам здійснювати необмежену кількість безкоштовних транзакцій поза блокчейном (, якщо їхня чиста вартість переказів не перевищує загальну суму внесених токенів ). Учасники по черзі надсилають оновлення стану один одному, чекаючи підтвердження підпису від іншої сторони. Як тільки інша сторона підтверджує підпис, це оновлення стану вважається завершеним. Як правило, погоджені оновлення стану не завантажуються в основну мережу, лише у разі спору або закриття каналу буде покладенося на основну мережу для підтвердження. Коли потрібно закрити канал, будь-який з учасників може подати запит на транзакцію в основній мережі, якщо запит на вихід отримує одноголосне схвалення підписів, тоді на ланцюгу негайно виконується, тобто смарт-контракт розподіляє залишок заблокованих коштів відповідно до залишків кожного учасника в остаточному стані каналу; якщо інші учасники не схвалили підпис, тоді всім потрібно чекати закінчення "періоду виклику", перш ніж отримати залишкові кошти.
Отже, рішення зі статус-каналами може значно зменшити обчислювальне навантаження основної мережі, підвищити швидкість транзакцій та знизити витрати на транзакції.
3.1.2 Лінія часу
3.1.3 Технічні принципи
Основний робочий процес статус-каналів виглядає наступним чином:
Аліса і Боб вносять кошти з їх особистих EOA на адреси контракту поза блокчейном, ці кошти блокуються в контракті до закриття каналу, після чого залишок повертається користувачеві; після підписання підтвердження двох сторін, стан каналу між ними офіційно відкритий.
Аліса та Боб теоретично можуть проводити необмежену кількість транзакцій поза блокчейном через цей канал, учасники спілкуються один з одним за допомогою зашифрованих підписаних повідомлень (, а не з мережею блокчейну ). Обидва користувачі повинні підписувати кожну транзакцію, щоб запобігти зловживанням з подвійною витратою. За допомогою цих повідомлень вони пропонують оновлення стану своїх рахунків і приймають оновлення стану, запропоновані іншою стороною.
Якщо Аліса хоче закрити канал і завершити угоду з Бобом, Алісі потрібно подати остаточний стан свого рахунку до контракту. Якщо Боб підпише та підтвердить, контракт звільнить заблоковані кошти відповідно до остаточного стану. Якщо Боб не відреагує на підпис, контракт звільнить заблоковані кошти відповідно до остаточного стану після закінчення періоду оскарження.
Якщо Боб не відповідає на підпис оновлення стану, надісланий Алісою, під час свого ходу, Аліса може ініціювати виклик, подавши в контракт своє останнє дійсне стан, яке також містить підпис Боба, тим самим доводячи, що остання транзакція була затверджена Бобом, а останній стан підтверджений Бобом. Потім контракт дозволяє Бобу відповісти протягом певного часу, подаючи наступний стан в контракт; якщо Боб відповідає, обидва можуть продовжити торгівлю в каналі станів; якщо Боб не відповідає протягом цього періоду, контракт автоматично закриває канал станів і повертає кошти Алісі.
! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею
3.1.4 Плюси та мінуси
Переваги:
Недоліки:
3.1.5 Застосування
Біткоїн-мережа Lightning
Огляд: Мережа Lightning є каналом малих платежів у мережі Bitcoin, її загальна технологічна еволюція пройшла: 2/2 мультипідпис для побудови одностороннього платіжного каналу, після додавання RSMC(Revocable Sequence Maturity Contract) можна побудувати двосторонній платіжний канал, а після додавання HTLC(Hash Time Lock Contract) можна підключити платіжний канал для розширення на багатьох учасників, зрештою побудувавши платіжну мережу, тобто мережу Lightning. Через поза блокчейном малі платежі.