Будущее блокчейна заключается в достижении децентрализации, безопасности и масштабируемости. Однако обычно удается реализовать только два из них, что называется проблемой невозможного треугольника блокчейна. На протяжении многих лет люди искали способы увеличить пропускную способность и скорость транзакций блокчейна при гарантированной децентрализации и безопасности, то есть решить проблему масштабирования.
Децентрализация, безопасность и масштабируемость блокчейна определяются следующим образом:
Децентрализация: любой может стать узлом и участвовать в производстве и верификации системы блокчейна, чем больше узлов, тем выше степень децентрализации.
Безопасность: чем выше затраты на получение контроля над блокчейн-системой, тем выше безопасность, цепь может противостоять атакам значительного числа участников.
Масштабируемость: способность блокчейна обрабатывать большое количество транзакций.
Первый значительный хард-форк сети Биткойн произошел из-за проблемы масштабирования. С увеличением числа пользователей и объема транзакций, сеть Биткойн с ограничением в 1 МБ на блок начала сталкиваться с перегрузками. С 2015 года в сообществе Биткойн существовали разногласия по поводу масштабирования: одна сторона поддерживала увеличение размера блока, в то время как другая считала, что следует использовать решение Segwit для оптимизации структуры основной цепи. 1 августа 2017 года сторона, поддерживающая увеличение блока, самостоятельно разработала клиентскую систему с размером блока до 8 МБ, что привело к первому значительному хард-форку в истории Биткойн и появлению новой криптовалюты BCH.
Сеть Эфириума также выбрала жертвовать частью своей масштабируемости, чтобы обеспечить безопасность сети и децентрализацию. Хотя Эфириум не ограничивает объем транзакций, как это делает Биткойн, ограничивая размер блока, он косвенно устанавливает предел на топливные сборы, которые может содержать один блок, но цель остается той же: достичь доверительного консенсуса и обеспечить широкое распределение узлов.
С 2017 года с появлением CryptoKitties, лето DeFi, а затем GameFi и таких приложений, как NFT, рынок постоянно увеличивает потребность в пропускной способности. Однако даже у тьюринг-полноценного эфириума в секунду может обрабатываться только 15-45 транзакций ( TPS ). Это приводит к постоянному увеличению стоимости транзакций, времени расчета, и большинству Dapps трудно покрыть операционные расходы, вся сеть становится медленной и дорогой для пользователей, проблема масштабируемости блокчейна требует решения. Идеальное решение масштабируемости: увеличить скорость транзакций и пропускную способность сети блокчейна, не жертвуя децентрализацией и безопасностью.
2. Категории решений по масштабированию
Мы разделили планы по расширению на две большие категории: расширение на уровне блокчейна и вне блокчейна, основываясь на стандарте "изменится ли уровень основной сети".
2.1 Масштабирование на блокчейне
Основная концепция: решение, достигающее эффекта увеличения пропускной способности за счет изменения одного уровня протокола основной сети. В настоящее время основным решением является шarding.
Существует множество решений для масштабирования в блокчейне, в этой статье не будет их подробно рассматривать, кратко перечислим два из них:
Решение первое заключается в расширении пространства блоков, увеличении количества транзакций, упаковываемых в каждом блоке, но это повысит требования к высокопроизводительному оборудованию узлов, увеличит порог для присоединения узлов и снизит степень "децентрализации".
Второй вариант - это шардирование, которое разбивает бухгалтерскую книгу блокчейна на несколько частей, каждая из которых обрабатывается разными шардированными узлами, что позволяет параллельно обрабатывать несколько транзакций; это может снизить вычислительное давление на узлы и порог входа, повысить скорость обработки транзакций и уровень децентрализации; но это означает, что вычислительная мощность всей сети будет распределена, что снизит общую "безопасность" сети.
Изменение кода протокола основной сети может привести к непредсказуемым негативным последствиям, так как любые незначительные уязвимости безопасности на нижнем уровне могут серьезно угрожать безопасности всей сети, что может вынудить сеть на форк или прерывание для исправления и обновления.
2.2 вне блокчейна расширение
Основная концепция: решение для масштабирования, которое не изменяет существующий протокол основного сетевого уровня.
вне блокчейна масштабируемые решения можно дополнительно разделить на Layer2 и другие решения:
Layer2: Государственные каналы, Плазма, Роллапсы ( Оптимистичные роллапсы и ZK роллапсы )
Состояние канала предполагает, что пользователи должны взаимодействовать с основной сетью только при открытии, закрытии или разрешении споров, а взаимодействие между пользователями происходит вне блокчейна, что позволяет снизить время и затраты на транзакции пользователей и осуществлять неограниченное количество транзакций.
Состояние канала — это простой P2P-протокол, подходящий для "основанных на раундах приложений", например, для игры в шахматы для двоих. Каждый канал управляется многофункциональным смарт-контрактом, работающим в основной сети, который контролирует активы, внесенные в канал, проверяет обновления состояния и разрешает споры между участниками. После развертывания контракта в блокчейне участники вносят средства и блокируют их; после подписания обеими сторонами канал официально открывается. Канал позволяет участникам проводить неограниченное количество бесплатных транзакций вне блокчейна (, если чистая стоимость перевода не превышает общую сумму внесенных токенов ). Участники по очереди отправляют обновления состояния друг другу, ожидая подтверждения подписи от другой стороны. Как только другая сторона подтверждает подпись, обновление состояния считается завершенным. В нормальных условиях обновления состояния, согласованные обеими сторонами, не загружаются в основную сеть; только в случае возникновения спора или закрытия канала они будут зависеть от подтверждения основной сети. Если необходимо закрыть канал, любой участник может подать запрос на транзакцию в основной сети; если запрос на выход получает единогласное одобрение, то на блокчейне он выполняется немедленно, т.е. смарт-контракт распределяет оставшиеся заблокированные средства в зависимости от баланса каждого участника в окончательном состоянии канала; если другие участники не одобряют подпись, все должны ждать окончания "периода оспаривания", прежде чем получат оставшиеся средства.
В целом, решение со статусными каналами может значительно уменьшить вычислительную нагрузку основной сети, повысить скорость транзакций и снизить их стоимость.
3.1.2 Временная шкала
2015/02, Джозеф Пун и Таддеус Драйджа опубликовали черновик белой книги по сети Lightning.
В 2015/11 Джефф Коулман впервые систематически обобщил концепцию State Channel и предложил, что Payment Channel биткойна является подкатегорией концепции State Channel.
2016/01, Джозеф Пун и Таддеус Драйя официально опубликовали белую книгу «Сеть Lightning для биткойнов: Масштабируемые вне блокчейна мгновенные платежи», предложив решение по масштабированию сети биткойнов Payment Channel( платежный канал), которое предназначено исключительно для обработки платежей в сети биткойнов.
Ноябрь 2017, была предложена первая спецификация дизайна State Channel на основе фреймворка Payment Channel под названием Sprites.
2018/06, Counterfactual предложил детальный дизайн обобщенных каналов состояния, это первый полностью связанный с каналами состояния дизайн.
В октябре 2018 года в статье Generalised State Channel Networks была предложена концепция State Channel Networks и Virtual Channels.
2019/02, концепция состояния канала расширена до N-Party Channels, Nitro является первым протоколом, созданным на основе этой идеи.
2019/10, Pisa расширила концепцию Watchtowers, чтобы решить проблему необходимости постоянного онлайн-режима для всех участников.
Традиционный рабочий процесс на цепочке: Алиса и Боб взаимодействуют с интеллектуальным контрактом, развернутым в основной сети, пользователи изменяют состояние интеллектуального контракта, отправляя транзакции на цепочку. Недостатками являются проблемы с временем и затратами.
Общий рабочий процесс, который следует большинству протоколов каналов состояния:
Алиса и Боб переводят средства с личного EOA на адрес контракта в блокчейне, эти средства блокируются в контракте и возвращаются пользователю только после закрытия канала; после подтверждения их подписей, статусный канал официально открывается между ними.
Алиса и Боб теоретически могут вести неограниченное количество сделок вне блокчейна через этот канал, участники общаются друг с другом с помощью зашифрованных подписанных сообщений. Оба пользователя должны подписывать каждую сделку, чтобы предотвратить мошенничество с двойной тратой. Через эти сообщения они предлагают обновления состояния своих счетов и принимают предложенные обновления состояния от другой стороны.
Если Алиса хочет закрыть канал и завершить сделку с Бобом, Алиса должна отправить в контракт окончательное состояние своего аккаунта. Если Боб подпишет и одобрит, контракт вернет заблокированные средства соответствующему пользователю в соответствии с окончательным состоянием. Если Боб не ответит подписью, контракт вернет заблокированные средства соответствующему пользователю по истечении периода оспаривания.
Рабочий процесс канала состояния в пессимистичных условиях: изначально два участника вносят средства, а затем начинают обмениваться обновлениями состояния. Предположим, что в какой-то момент времени Боб не отвечает на отправленную Элис подпись обновления состояния в своем ходе, в этом случае Элис может инициировать вызов, подав в контракт свое последнее действительное состояние, которое также включает подпись Боба, чтобы доказать, что последняя транзакция была одобрена Бобом, и последнее состояние было подтверждено Бобом. Затем контракт позволяет Бобу в течение определенного времени ответить, подав следующее состояние в контракт; если Боб отвечает, то оба могут продолжать торговать в канале состояния; если Боб не отвечает в течение этого периода времени, контракт автоматически закрывает канал состояния и возвращает средства Элис.
3.1.4 Плюсы и минусы
Преимущества:
Срочность: сделки почти выполняются мгновенно
Высокая пропускная способность: теоретически может быть неограниченно масштабируемой
Низкая стоимость: вне блокчейна транзакции практически не имеют стоимости
Приватность: взаимодействие с блокчейном требуется только при открытии и закрытии канала.
Недостатки:
Низкая эффективность использования средств: необходимо замораживать средства
Онлайн требования: участники должны оставаться онлайн постоянно
Ограниченные сценарии применения: более подходит для частых взаимодействий между фиксированными участниками
Сложность закрытия канала и разрешения споров
Проблема ликвидности сети каналов
3.1.5 Приложение
Биткойн Сеть Молний:
Обзор: Сеть Lightning является каналом микроплатежей в сети Биткойн, её общая техническая эволюция включает: создание одностороннего платежного канала с использованием 2/2 мультиподписей, добавление RSMC для создания двустороннего платежного канала, затем добавление HTLC для расширения платежного канала до многопользовательских платежей, и, в конечном итоге, создание платежной сети, то есть сети Lightning. Через вне блокчейна каналы микроплатежей, а затем с помощью посредников формируется торговая сеть, что может решить проблему масштабируемости сети Биткойн. Общее использование сети Lightning следует процессу: "депозит ( создание канала ) → транзакция в сети Lightning ( обновление состояния канала ) → возврат/расчет ( завершение канала )"; теоретически сеть Lightning может обрабатывать миллион транзакций в секунду.
Временная шкала:
Февраль 2015 года, Джозеф Пун и Таддеус Дрия выпустили черновик белой книги сети Lightning.
В январе 2016 года была выпущена официальная версия white paper и основана Lightning Labs
15 марта 2018 года Lightning Labs выпустила первую версию основной сети Lightning Network LND 0.4
В начале 2021 года общая емкость сети Lightning (TVL) составляла всего около 40 миллионов долларов, и ею пользовались примерно 100 тысяч пользователей.
В июне 2021 года Сальвадор объявил о принятии биткойна в качестве законного платежного средства, в сентябре выпустил кошелек Chivo на основе сети Lightning.
В 2022 году Cash App и 26 криптовалютных торговых платформ, включая OKX, Kraken и Bitfinex, объявили о поддержке сети Lightning.
В октябре 2022 года Lightning Labs выпустила новый протокол Taro protocol(alpha на основе Taproot), который в настоящее время проходит тестирование в тестовой сети.
23 ноября 2022 года в сети Lightning было 76,236 платежных каналов, объем средств в каналах составил 5049 $BTC($81.8M)
Экологическое развитие:
Экосистема BTC Lightning Network состоит из следующих уровней: базовая сеть BTC --- ключевая инфраструктура --- различные Dapps.
Основная инфраструктура включает:
Решение для сети Lightning: физические лица и компании могут запускать и подключаться к программному обеспечению сети Lightning, наибольшую долю рынка занимает Lightning Labs.
Узлы и услуги ликвидности: поскольку пользователям сложно самостоятельно запускать свои узлы, необходимо предоставить более удобный интерфейс для управления каналами молниеносных платежей.
На основе основной инфраструктуры находятся различные платежные и финансовые услуги, а также приложения, такие как Strike, который построен на решении LND, позволяющем пользователям покупать и продавать BTC, использовать BTC для чаевых создателям на Twitter и позволяет продавцам Shopify принимать BTC и т.д.
На этой странице может содержаться сторонний контент, который предоставляется исключительно в информационных целях (не в качестве заявлений/гарантий) и не должен рассматриваться как поддержка взглядов компании Gate или как финансовый или профессиональный совет. Подробности смотрите в разделе «Отказ от ответственности» .
10 Лайков
Награда
10
5
Поделиться
комментарий
0/400
CryptoWageSlave
· 17ч назад
Увеличение пропускной способности стало насущной необходимостью.
Подробное объяснение решения по расширению вне блокчейна: от State Channels до решений Layer2
Глубина анализа расширения вне блокчейна
1. Необходимость масштабирования
Будущее блокчейна заключается в достижении децентрализации, безопасности и масштабируемости. Однако обычно удается реализовать только два из них, что называется проблемой невозможного треугольника блокчейна. На протяжении многих лет люди искали способы увеличить пропускную способность и скорость транзакций блокчейна при гарантированной децентрализации и безопасности, то есть решить проблему масштабирования.
Децентрализация, безопасность и масштабируемость блокчейна определяются следующим образом:
Децентрализация: любой может стать узлом и участвовать в производстве и верификации системы блокчейна, чем больше узлов, тем выше степень децентрализации.
Безопасность: чем выше затраты на получение контроля над блокчейн-системой, тем выше безопасность, цепь может противостоять атакам значительного числа участников.
Масштабируемость: способность блокчейна обрабатывать большое количество транзакций.
! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети
Первый значительный хард-форк сети Биткойн произошел из-за проблемы масштабирования. С увеличением числа пользователей и объема транзакций, сеть Биткойн с ограничением в 1 МБ на блок начала сталкиваться с перегрузками. С 2015 года в сообществе Биткойн существовали разногласия по поводу масштабирования: одна сторона поддерживала увеличение размера блока, в то время как другая считала, что следует использовать решение Segwit для оптимизации структуры основной цепи. 1 августа 2017 года сторона, поддерживающая увеличение блока, самостоятельно разработала клиентскую систему с размером блока до 8 МБ, что привело к первому значительному хард-форку в истории Биткойн и появлению новой криптовалюты BCH.
Сеть Эфириума также выбрала жертвовать частью своей масштабируемости, чтобы обеспечить безопасность сети и децентрализацию. Хотя Эфириум не ограничивает объем транзакций, как это делает Биткойн, ограничивая размер блока, он косвенно устанавливает предел на топливные сборы, которые может содержать один блок, но цель остается той же: достичь доверительного консенсуса и обеспечить широкое распределение узлов.
С 2017 года с появлением CryptoKitties, лето DeFi, а затем GameFi и таких приложений, как NFT, рынок постоянно увеличивает потребность в пропускной способности. Однако даже у тьюринг-полноценного эфириума в секунду может обрабатываться только 15-45 транзакций ( TPS ). Это приводит к постоянному увеличению стоимости транзакций, времени расчета, и большинству Dapps трудно покрыть операционные расходы, вся сеть становится медленной и дорогой для пользователей, проблема масштабируемости блокчейна требует решения. Идеальное решение масштабируемости: увеличить скорость транзакций и пропускную способность сети блокчейна, не жертвуя децентрализацией и безопасностью.
2. Категории решений по масштабированию
Мы разделили планы по расширению на две большие категории: расширение на уровне блокчейна и вне блокчейна, основываясь на стандарте "изменится ли уровень основной сети".
2.1 Масштабирование на блокчейне
Основная концепция: решение, достигающее эффекта увеличения пропускной способности за счет изменения одного уровня протокола основной сети. В настоящее время основным решением является шarding.
Существует множество решений для масштабирования в блокчейне, в этой статье не будет их подробно рассматривать, кратко перечислим два из них:
Решение первое заключается в расширении пространства блоков, увеличении количества транзакций, упаковываемых в каждом блоке, но это повысит требования к высокопроизводительному оборудованию узлов, увеличит порог для присоединения узлов и снизит степень "децентрализации".
Второй вариант - это шардирование, которое разбивает бухгалтерскую книгу блокчейна на несколько частей, каждая из которых обрабатывается разными шардированными узлами, что позволяет параллельно обрабатывать несколько транзакций; это может снизить вычислительное давление на узлы и порог входа, повысить скорость обработки транзакций и уровень децентрализации; но это означает, что вычислительная мощность всей сети будет распределена, что снизит общую "безопасность" сети.
Изменение кода протокола основной сети может привести к непредсказуемым негативным последствиям, так как любые незначительные уязвимости безопасности на нижнем уровне могут серьезно угрожать безопасности всей сети, что может вынудить сеть на форк или прерывание для исправления и обновления.
2.2 вне блокчейна расширение
Основная концепция: решение для масштабирования, которое не изменяет существующий протокол основного сетевого уровня.
вне блокчейна масштабируемые решения можно дополнительно разделить на Layer2 и другие решения:
Layer2: Государственные каналы, Плазма, Роллапсы ( Оптимистичные роллапсы и ZK роллапсы )
Другие:Сайдчейны, Валиум
! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети
3. Вне блокчейна расширение
3.1 Государственные каналы
3.1.1 Обзор
Состояние канала предполагает, что пользователи должны взаимодействовать с основной сетью только при открытии, закрытии или разрешении споров, а взаимодействие между пользователями происходит вне блокчейна, что позволяет снизить время и затраты на транзакции пользователей и осуществлять неограниченное количество транзакций.
Состояние канала — это простой P2P-протокол, подходящий для "основанных на раундах приложений", например, для игры в шахматы для двоих. Каждый канал управляется многофункциональным смарт-контрактом, работающим в основной сети, который контролирует активы, внесенные в канал, проверяет обновления состояния и разрешает споры между участниками. После развертывания контракта в блокчейне участники вносят средства и блокируют их; после подписания обеими сторонами канал официально открывается. Канал позволяет участникам проводить неограниченное количество бесплатных транзакций вне блокчейна (, если чистая стоимость перевода не превышает общую сумму внесенных токенов ). Участники по очереди отправляют обновления состояния друг другу, ожидая подтверждения подписи от другой стороны. Как только другая сторона подтверждает подпись, обновление состояния считается завершенным. В нормальных условиях обновления состояния, согласованные обеими сторонами, не загружаются в основную сеть; только в случае возникновения спора или закрытия канала они будут зависеть от подтверждения основной сети. Если необходимо закрыть канал, любой участник может подать запрос на транзакцию в основной сети; если запрос на выход получает единогласное одобрение, то на блокчейне он выполняется немедленно, т.е. смарт-контракт распределяет оставшиеся заблокированные средства в зависимости от баланса каждого участника в окончательном состоянии канала; если другие участники не одобряют подпись, все должны ждать окончания "периода оспаривания", прежде чем получат оставшиеся средства.
В целом, решение со статусными каналами может значительно уменьшить вычислительную нагрузку основной сети, повысить скорость транзакций и снизить их стоимость.
3.1.2 Временная шкала
2015/02, Джозеф Пун и Таддеус Драйджа опубликовали черновик белой книги по сети Lightning.
В 2015/11 Джефф Коулман впервые систематически обобщил концепцию State Channel и предложил, что Payment Channel биткойна является подкатегорией концепции State Channel.
2016/01, Джозеф Пун и Таддеус Драйя официально опубликовали белую книгу «Сеть Lightning для биткойнов: Масштабируемые вне блокчейна мгновенные платежи», предложив решение по масштабированию сети биткойнов Payment Channel( платежный канал), которое предназначено исключительно для обработки платежей в сети биткойнов.
Ноябрь 2017, была предложена первая спецификация дизайна State Channel на основе фреймворка Payment Channel под названием Sprites.
2018/06, Counterfactual предложил детальный дизайн обобщенных каналов состояния, это первый полностью связанный с каналами состояния дизайн.
В октябре 2018 года в статье Generalised State Channel Networks была предложена концепция State Channel Networks и Virtual Channels.
2019/02, концепция состояния канала расширена до N-Party Channels, Nitro является первым протоколом, созданным на основе этой идеи.
2019/10, Pisa расширила концепцию Watchtowers, чтобы решить проблему необходимости постоянного онлайн-режима для всех участников.
2020/03, Hydra предложила Быстрые Изоморфные Каналы.
3.1.3 Технические принципы
Традиционный рабочий процесс на цепочке: Алиса и Боб взаимодействуют с интеллектуальным контрактом, развернутым в основной сети, пользователи изменяют состояние интеллектуального контракта, отправляя транзакции на цепочку. Недостатками являются проблемы с временем и затратами.
Общий рабочий процесс, который следует большинству протоколов каналов состояния:
Алиса и Боб переводят средства с личного EOA на адрес контракта в блокчейне, эти средства блокируются в контракте и возвращаются пользователю только после закрытия канала; после подтверждения их подписей, статусный канал официально открывается между ними.
Алиса и Боб теоретически могут вести неограниченное количество сделок вне блокчейна через этот канал, участники общаются друг с другом с помощью зашифрованных подписанных сообщений. Оба пользователя должны подписывать каждую сделку, чтобы предотвратить мошенничество с двойной тратой. Через эти сообщения они предлагают обновления состояния своих счетов и принимают предложенные обновления состояния от другой стороны.
Если Алиса хочет закрыть канал и завершить сделку с Бобом, Алиса должна отправить в контракт окончательное состояние своего аккаунта. Если Боб подпишет и одобрит, контракт вернет заблокированные средства соответствующему пользователю в соответствии с окончательным состоянием. Если Боб не ответит подписью, контракт вернет заблокированные средства соответствующему пользователю по истечении периода оспаривания.
! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети
Рабочий процесс канала состояния в пессимистичных условиях: изначально два участника вносят средства, а затем начинают обмениваться обновлениями состояния. Предположим, что в какой-то момент времени Боб не отвечает на отправленную Элис подпись обновления состояния в своем ходе, в этом случае Элис может инициировать вызов, подав в контракт свое последнее действительное состояние, которое также включает подпись Боба, чтобы доказать, что последняя транзакция была одобрена Бобом, и последнее состояние было подтверждено Бобом. Затем контракт позволяет Бобу в течение определенного времени ответить, подав следующее состояние в контракт; если Боб отвечает, то оба могут продолжать торговать в канале состояния; если Боб не отвечает в течение этого периода времени, контракт автоматически закрывает канал состояния и возвращает средства Элис.
3.1.4 Плюсы и минусы
Преимущества:
Недостатки:
3.1.5 Приложение
Биткойн Сеть Молний:
Обзор: Сеть Lightning является каналом микроплатежей в сети Биткойн, её общая техническая эволюция включает: создание одностороннего платежного канала с использованием 2/2 мультиподписей, добавление RSMC для создания двустороннего платежного канала, затем добавление HTLC для расширения платежного канала до многопользовательских платежей, и, в конечном итоге, создание платежной сети, то есть сети Lightning. Через вне блокчейна каналы микроплатежей, а затем с помощью посредников формируется торговая сеть, что может решить проблему масштабируемости сети Биткойн. Общее использование сети Lightning следует процессу: "депозит ( создание канала ) → транзакция в сети Lightning ( обновление состояния канала ) → возврат/расчет ( завершение канала )"; теоретически сеть Lightning может обрабатывать миллион транзакций в секунду.
Временная шкала:
Экологическое развитие: Экосистема BTC Lightning Network состоит из следующих уровней: базовая сеть BTC --- ключевая инфраструктура --- различные Dapps.
Основная инфраструктура включает:
На основе основной инфраструктуры находятся различные платежные и финансовые услуги, а также приложения, такие как Strike, который построен на решении LND, позволяющем пользователям покупать и продавать BTC, использовать BTC для чаевых создателям на Twitter и позволяет продавцам Shopify принимать BTC и т.д.
По состоянию на ноябрь 2022 года,