Будущее блокчейна заключается в достижении децентрализации, безопасности и масштабируемости, но обычно можно одновременно удовлетворить только два из этих требований, что называется "невозможной тройкой" блокчейна. На протяжении многих лет люди искали способы увеличить пропускную способность и скорость транзакций блокчейна, обеспечивая при этом децентрализацию и безопасность, то есть решая проблему масштабирования, что является одной из актуальных тем в процессе развития блокчейна.
Децентрализация, безопасность и масштабируемость блокчейна можно примерно определить как:
Децентрализация: любой может стать узлом и участвовать в производстве и верификации блокчейн-системы, чем больше узлов, тем выше уровень децентрализации.
Безопасность: Чем выше стоимость получения контроля над блокчейн-системой, тем выше безопасность, и цепочка может противостоять атакам значительной доли участников.
Масштабируемость: способность блокчейна обрабатывать большое количество транзакций.
Первая значительная хард-форк сети Биткойн возникла из-за проблемы масштабируемости. С увеличением числа пользователей и объема транзакций сеть Биткойн с лимитом блока в 1 МБ начала сталкиваться с перегрузкой. Начиная с 2015 года, в сообществе Биткойн возникли разногласия по вопросу масштабируемости, что в конечном итоге привело к первой значительной хард-форке в истории Биткойна 1 августа 2017 года, в результате чего появился новый вид монеты BCH.
Таким образом, сеть Ethereum также выбирает жертвовать частью масштабируемости для обеспечения безопасности и децентрализации. Хотя Ethereum не устанавливает прямых ограничений на размер блока, а устанавливает верхний предел на газовые сборы для одного блока, цель этого - достичь бездоверительной консенсуса и обеспечить широкое распределение узлов.
С 2017 года, когда появились CryptoKitties, и впоследствии с ростом приложений DeFi, GameFi и NFT, спрос на пропускную способность на рынке постоянно увеличивается. Однако даже у Тьюринга полного Ethereum может обрабатывать только 15-45 транзакций в секунду, что приводит к увеличению стоимости транзакций, удлинению времени расчета и затруднению для большинства DApps в покрытии операционных расходов, в результате чего вся сеть становится медленной и дорогой. Поэтому проблема масштабируемости блокчейна требует срочного решения. Идеальное решение для масштабируемости заключается в том, чтобы максимально увеличить скорость транзакций и пропускную способность без ущерба для децентрализации и безопасности.
Мы можем классифицировать решения по расширению на две большие категории: расширение на уровне блокчейна и вне блокчейна, используя "изменение уровня главной сети" в качестве критерия.
2.1 Масштабирование на блокчейне
Основная концепция: решение, достигающее эффекта масштабирования за счет изменения уровня протокола основной сети, в настоящее время основное решение - шардирование.
Существует несколько решений для масштабирования в блокчейне, в этой статье не будет подробного обсуждения, кратко перечислим два из них:
Вариант 1 заключается в расширении пространства блока, то есть в увеличении количества транзакций, упакованных в каждом блоке, но это повысит требования к высокопроизводительным узлам, увеличит барьер для присоединения узлов и снизит уровень децентрализации.
Второй вариант - это шардирование, которое делит блокчейн-реестр на несколько частей, каждая из которых отвечает за свою запись, и параллельные вычисления могут одновременно обрабатывать несколько транзакций; это может снизить вычислительное давление на узлы и барьеры для подключения, повысить скорость обработки транзакций и степень децентрализации; но это означает, что вычислительная мощность всей сети будет распределена, что снизит общую безопасность сети.
Изменение протокола основной сети может привести к непредсказуемым негативным последствиям, поскольку любые уязвимости безопасности на нижнем уровне могут серьезно угрожать безопасности всей сети.
2.2 вне блокчейна расширение
Основная концепция: решение для масштабирования, не изменяющее существующий протокол основной сети первого уровня.
вне блокчейна расширение решений можно разделить на Layer2 и другие решения:
Состояние канала предполагает, что пользователю необходимо взаимодействовать с основной сетью только при открытии, закрытии или разрешении споров, а взаимодействие между пользователями осуществляется вне блокчейна, что позволяет снизить время и стоимость транзакций и обеспечить неограниченное количество транзакций.
Статусный канал - это простой P2P-протокол, подходящий для "приложений на основе раундов", таких как игра в международные шахматы для двух человек. Каждый канал управляется многофункциональным умным контрактом, работающим в основной сети, который контролирует активы, внесенные в канал, проверяет обновления статуса и рассматривает споры между участниками. После развертывания контракта участники вносят средства и блокируют их, после подписания обеими сторонами контракт официально открывается. Канал позволяет участникам осуществлять неограниченное количество бесплатных транзакций вне блокчейна (, при условии, что чистая стоимость перевода не превышает общей суммы внесенных токенов ). Участники поочередно отправляют друг другу обновления статуса и ждут подтверждения подписи от другой стороны. Как только другая сторона подтверждает подпись, обновление статуса считается завершенным. В нормальных условиях согласованные обновления статуса не загружаются в основную сеть, они зависят от подтверждения основной сети только в случае спора или закрытия канала. При закрытии канала любой участник может подать запрос на транзакцию в основной сети, если получит одобрение всех подписей, то она выполняется немедленно; в противном случае необходимо дождаться окончания "периода вызова", чтобы получить оставшиеся средства.
Таким образом, решение с использованием каналов состояния может значительно снизить вычислительную нагрузку на основную сеть, увеличить скорость транзакций и уменьшить их стоимость.
2015/02: Джозеф Пун и Таддеус Дрия опубликовали черновик белой книги о сети Lightning.
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 Тадеуш Дрия официально опубликовали белую книгу «The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments», предложив решение для масштабирования сети биткойн — Payment Channel.
2017/11: предложены первые проектные спецификации Sprites для State Channel на основе фреймворка Payment Channel.
2018/06: Counterfactual представил детальный дизайн Обобщенных Каналов Состояний, это первый полностью связанный с каналами состояния дизайн.
2018/10: В статье «Обобщенные сети государственных каналов» предлагаются концепции сетей государственных каналов и виртуальных каналов.
2019/02: Концепция состояния канала расширена до N-Party Channels, Nitro является первым протоколом, основанным на этой идее.
2019/10: Pisa расширила концепцию Watchtowers для решения проблемы постоянного онлайн-присутствия всех участников.
Общий рабочий процесс каналов состояния выглядит следующим образом:
Алиса и Боб вносят средства с личного EOA на адрес контракта в блокчейне, эти средства блокируются в контракте и возвращаются пользователю только после закрытия канала; после подтверждения подписей обеих сторон канал официально открывается.
Алиса и Боб могут проводить неограниченное количество сделок вне блокчейна, участники общаются друг с другом через зашифрованные подписанные сообщения. Обе стороны должны подписывать каждую сделку, чтобы предотвратить злоупотребления с двойным расходованием. Через эти сообщения они представляют обновления состояния своих счетов и принимают обновления состояния, предложенные другой стороной.
Если Алиса хочет закрыть канал, ей необходимо представить в контракт окончательное состояние своего счета. Если Боб подпишет одобрение, контракт вернет заблокированные средства соответствующему пользователю в соответствии с окончательным состоянием. Если Боб не ответит на подпись, контракт вернет средства соответствующему пользователю по истечении периода оспаривания.
В пессимистичном сценарии, если Боб в какой-то момент не ответит на отправленную Элис подпись обновления состояния, Элис может инициировать вызов, подав в контракт свое последнее действительное состояние. Затем контракт позволяет Бобу в течение определенного времени ответить, предоставив следующее состояние в контракт; если Боб отвечает, то они могут продолжать торговать в канале состояния; если Боб не отвечает в этот период времени, контракт автоматически закрывает канал состояния и возвращает средства Элис.
Мгновенные транзакции: не нужно ждать подтверждения блока
Высокая пропускная способность: количество вне блокчейна сделок не ограничено
Низкие затраты: только при открытии и закрытии канала необходимо оплачивать комиссии в блокчейне
Конфиденциальность: детали вне блокчейна не будут раскрыты
Недостатки:
Блокировка средств: средства блокируются в период открытия канала
Онлайн требования: участники должны оставаться онлайн для подписания обновлений статуса
Плохая совместимость: не подходит для сложных многопользовательских взаимодействий
Зависимость от безопасности: полагаться на внешние службы мониторинга (, такие как Watchtowers ), чтобы предотвратить злоупотребления.
3.1.5 Приложение
Биткойн-Лайтнинг Сеть:
Канал малых платежей на основе сети Биткойн, использующий 2/2 мультиподпись для создания одностороннего платежного канала, затем добавление RSMC для создания двустороннего платежного канала, а затем добавление HTLC для соединения платежных каналов и расширения до многопользовательских платежей, в конечном итоге создавая платежную сеть.
В феврале 2015 года был представлен проект белой книги, в январе 2016 года выпущена официальная версия белой книги.
Первая версия основной сети была выпущена в марте 2018 года.
В 2021 годуEl Salvador принял биткойн в качестве законного платежного средства и выпустил кошелек Chivo на основе сети Lightning.
В 2022 году было 76 236 платежных каналов, объем средств в каналах составил 5049 BTC.
Экологическое развитие: от нижнего уровня сети BTC до核心基础设施( решений, узлов и услуг ликвидности), а также различных платежных и финансовых услуг и приложений.
Эфириум Лайтнинг Сеть:
Микроплатежный канал на основе Эфириума, аналогичный сети Lightning.
Основана в 2017 году, ICO прошло в октябре того же года.
В мае 2020 года первый клиент Raiden Light был запущен в основной сети Ethereum.
В настоящее время не получил широкого распространения, причины включают высокие барьеры для входа, появление более продвинутых технологий масштабирования и т.д.
Идет преобразование для работы в сети Ethereum Layer2 Rollup, снижающее расходы на газ для создания State Channel.
Сеть Celer:
По сути, это добавление уровня стимулов ( токена $CELR) в сети Lightning, которое строит высокочастотные взаимодействия DApps на блокчейне с помощью технологий вне блокчейна и экономических моделей стимулов.
Подходит для платформ электронной спортивной игры и других сценариев высокочастотного взаимодействия.
Основан в 2018 году, в марте 2019 года токен $CELR был выпущен на платформе Launchpad Binance.
В настоящее время были запущены продукты DeFi-протокола Layer2.finance, межсетевого протокола информации Celer IM и моста для кросс-цепочки активов cBridge.
Биткойн Lightning Network, Ethereum Lightning Network и Celer Network имеют схожую концепцию дизайна, все они основаны на вне блокчейна решении для масштабирования через каналы состояния. Основное различие заключается в:
Базовый блокчейн: Сеть Биткойн основана на Биткойне, Сеть Лайтнинг и Celer Network основаны на Эфириуме.
Применение:
Сеть Lightning в основном используется для мелких платежей в биткойнах
Сеть 雷电 旨在 поддерживать платежи с использованием ERC20 токенов на Ethereum
Цель Celer Network шире, она поддерживает DApps с высокой частотой взаимодействия
Технические характеристики:
Сеть Lightning использует HTLC для реализации многослойных платежей
Сеть Райдент использует аналогичный механизм
Celer Network добавила уровень стимуляции и уровень маршрутизации состояния
Этап развития:
Сеть Lightning уже достаточно зрелая, экосистема хорошо развита
Развитие сети Лайтнинг идет медленно, уровень использования невысок.
Celer Network переходит к трансформации в многопоточную агрегирующую платформу.
Токеномика:
Сеть Lightning без родного токена
Сеть Lightning и Celer Network выпустили свои собственные токены
3.2 Сайдчейны
3.2.1 Обзор
Концепция сайдчейна была впервые предложена в 2012 году в чате разработчиков Bitcoin, а в 2014 году Blockstream исследователь написал первую статью по этой теме.
Сайдчейн — это форма блокчейна, появившаяся для ускорения биткойн-транзакций, позволяющая использовать более сложные контракты или улучшать механизм консенсуса (, такой как PoS ), или настраивать параметры блока, чтобы сайдчейн подходил для конкретных целей. Результаты транзакций сайдчейна в конечном итоге, при передаче обратно в основную цепь, будут зафиксированы в верификации.
Посмотреть Оригинал
This page may contain third-party content, which is provided for information purposes only (not representations/warranties) and should not be considered as an endorsement of its views by Gate, nor as financial or professional advice. See Disclaimer for details.
14 Лайков
Награда
14
5
Поделиться
комментарий
0/400
LiquidationAlert
· 18ч назад
Не паникуйте, вы же все еще живы, несмотря на ранние потери?
Посмотреть ОригиналОтветить0
not_your_keys
· 18ч назад
Быстрая цепочка всегда надежна?
Посмотреть ОригиналОтветить0
RuntimeError
· 18ч назад
Так всего несколько строк текста, ты уже всё выучил?
Посмотреть ОригиналОтветить0
ForkItAll
· 18ч назад
Треугольная проблема раскрыта...
Посмотреть ОригиналОтветить0
NotFinancialAdvice
· 18ч назад
Хороший парень, говорил полдня, а это опять Нечестивая Троица.
Анализ решений по расширению вне блокчейна: Принципы технологий State Channels и Sidechains и их применение.
Глубина анализа расширения вне блокчейна
1. Необходимость масштабирования
Будущее блокчейна заключается в достижении децентрализации, безопасности и масштабируемости, но обычно можно одновременно удовлетворить только два из этих требований, что называется "невозможной тройкой" блокчейна. На протяжении многих лет люди искали способы увеличить пропускную способность и скорость транзакций блокчейна, обеспечивая при этом децентрализацию и безопасность, то есть решая проблему масштабирования, что является одной из актуальных тем в процессе развития блокчейна.
Децентрализация, безопасность и масштабируемость блокчейна можно примерно определить как:
Первая значительная хард-форк сети Биткойн возникла из-за проблемы масштабируемости. С увеличением числа пользователей и объема транзакций сеть Биткойн с лимитом блока в 1 МБ начала сталкиваться с перегрузкой. Начиная с 2015 года, в сообществе Биткойн возникли разногласия по вопросу масштабируемости, что в конечном итоге привело к первой значительной хард-форке в истории Биткойна 1 августа 2017 года, в результате чего появился новый вид монеты BCH.
Таким образом, сеть Ethereum также выбирает жертвовать частью масштабируемости для обеспечения безопасности и децентрализации. Хотя Ethereum не устанавливает прямых ограничений на размер блока, а устанавливает верхний предел на газовые сборы для одного блока, цель этого - достичь бездоверительной консенсуса и обеспечить широкое распределение узлов.
С 2017 года, когда появились CryptoKitties, и впоследствии с ростом приложений DeFi, GameFi и NFT, спрос на пропускную способность на рынке постоянно увеличивается. Однако даже у Тьюринга полного Ethereum может обрабатывать только 15-45 транзакций в секунду, что приводит к увеличению стоимости транзакций, удлинению времени расчета и затруднению для большинства DApps в покрытии операционных расходов, в результате чего вся сеть становится медленной и дорогой. Поэтому проблема масштабируемости блокчейна требует срочного решения. Идеальное решение для масштабируемости заключается в том, чтобы максимально увеличить скорость транзакций и пропускную способность без ущерба для децентрализации и безопасности.
! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети
2. Категории решений по масштабированию
Мы можем классифицировать решения по расширению на две большие категории: расширение на уровне блокчейна и вне блокчейна, используя "изменение уровня главной сети" в качестве критерия.
2.1 Масштабирование на блокчейне
Основная концепция: решение, достигающее эффекта масштабирования за счет изменения уровня протокола основной сети, в настоящее время основное решение - шардирование.
Существует несколько решений для масштабирования в блокчейне, в этой статье не будет подробного обсуждения, кратко перечислим два из них:
Вариант 1 заключается в расширении пространства блока, то есть в увеличении количества транзакций, упакованных в каждом блоке, но это повысит требования к высокопроизводительным узлам, увеличит барьер для присоединения узлов и снизит уровень децентрализации.
Второй вариант - это шардирование, которое делит блокчейн-реестр на несколько частей, каждая из которых отвечает за свою запись, и параллельные вычисления могут одновременно обрабатывать несколько транзакций; это может снизить вычислительное давление на узлы и барьеры для подключения, повысить скорость обработки транзакций и степень децентрализации; но это означает, что вычислительная мощность всей сети будет распределена, что снизит общую безопасность сети.
Изменение протокола основной сети может привести к непредсказуемым негативным последствиям, поскольку любые уязвимости безопасности на нижнем уровне могут серьезно угрожать безопасности всей сети.
2.2 вне блокчейна расширение
Основная концепция: решение для масштабирования, не изменяющее существующий протокол основной сети первого уровня.
вне блокчейна расширение решений можно разделить на Layer2 и другие решения:
! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети
3.方案 для расширения вне блокчейна
3.1 Государственные каналы
3.1.1 Обзор
Состояние канала предполагает, что пользователю необходимо взаимодействовать с основной сетью только при открытии, закрытии или разрешении споров, а взаимодействие между пользователями осуществляется вне блокчейна, что позволяет снизить время и стоимость транзакций и обеспечить неограниченное количество транзакций.
Статусный канал - это простой P2P-протокол, подходящий для "приложений на основе раундов", таких как игра в международные шахматы для двух человек. Каждый канал управляется многофункциональным умным контрактом, работающим в основной сети, который контролирует активы, внесенные в канал, проверяет обновления статуса и рассматривает споры между участниками. После развертывания контракта участники вносят средства и блокируют их, после подписания обеими сторонами контракт официально открывается. Канал позволяет участникам осуществлять неограниченное количество бесплатных транзакций вне блокчейна (, при условии, что чистая стоимость перевода не превышает общей суммы внесенных токенов ). Участники поочередно отправляют друг другу обновления статуса и ждут подтверждения подписи от другой стороны. Как только другая сторона подтверждает подпись, обновление статуса считается завершенным. В нормальных условиях согласованные обновления статуса не загружаются в основную сеть, они зависят от подтверждения основной сети только в случае спора или закрытия канала. При закрытии канала любой участник может подать запрос на транзакцию в основной сети, если получит одобрение всех подписей, то она выполняется немедленно; в противном случае необходимо дождаться окончания "периода вызова", чтобы получить оставшиеся средства.
Таким образом, решение с использованием каналов состояния может значительно снизить вычислительную нагрузку на основную сеть, увеличить скорость транзакций и уменьшить их стоимость.
! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети
3.1.2 Таймлайн
3.1.3 Технические принципы
Общий рабочий процесс каналов состояния выглядит следующим образом:
Алиса и Боб вносят средства с личного EOA на адрес контракта в блокчейне, эти средства блокируются в контракте и возвращаются пользователю только после закрытия канала; после подтверждения подписей обеих сторон канал официально открывается.
Алиса и Боб могут проводить неограниченное количество сделок вне блокчейна, участники общаются друг с другом через зашифрованные подписанные сообщения. Обе стороны должны подписывать каждую сделку, чтобы предотвратить злоупотребления с двойным расходованием. Через эти сообщения они представляют обновления состояния своих счетов и принимают обновления состояния, предложенные другой стороной.
Если Алиса хочет закрыть канал, ей необходимо представить в контракт окончательное состояние своего счета. Если Боб подпишет одобрение, контракт вернет заблокированные средства соответствующему пользователю в соответствии с окончательным состоянием. Если Боб не ответит на подпись, контракт вернет средства соответствующему пользователю по истечении периода оспаривания.
В пессимистичном сценарии, если Боб в какой-то момент не ответит на отправленную Элис подпись обновления состояния, Элис может инициировать вызов, подав в контракт свое последнее действительное состояние. Затем контракт позволяет Бобу в течение определенного времени ответить, предоставив следующее состояние в контракт; если Боб отвечает, то они могут продолжать торговать в канале состояния; если Боб не отвечает в этот период времени, контракт автоматически закрывает канал состояния и возвращает средства Элис.
! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети
3.1.4 Достоинства и недостатки
Преимущества:
Недостатки:
3.1.5 Приложение
Биткойн-Лайтнинг Сеть:
Эфириум Лайтнинг Сеть:
Сеть Celer:
! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети
3.1.6 Сравнение приложений
Биткойн Lightning Network, Ethereum Lightning Network и Celer Network имеют схожую концепцию дизайна, все они основаны на вне блокчейна решении для масштабирования через каналы состояния. Основное различие заключается в:
Базовый блокчейн: Сеть Биткойн основана на Биткойне, Сеть Лайтнинг и Celer Network основаны на Эфириуме.
Применение:
Технические характеристики:
Этап развития:
Токеномика:
3.2 Сайдчейны
3.2.1 Обзор
Концепция сайдчейна была впервые предложена в 2012 году в чате разработчиков Bitcoin, а в 2014 году Blockstream исследователь написал первую статью по этой теме.
Сайдчейн — это форма блокчейна, появившаяся для ускорения биткойн-транзакций, позволяющая использовать более сложные контракты или улучшать механизм консенсуса (, такой как PoS ), или настраивать параметры блока, чтобы сайдчейн подходил для конкретных целей. Результаты транзакций сайдчейна в конечном итоге, при передаче обратно в основную цепь, будут зафиксированы в верификации.