Глубина анализа расширения вне блокчейна

1. Необходимость расширения

Будущее видение блокчейна заключается в децентрализации, безопасности и масштабируемости. Но обычно блокчейн может реализовать только два из этих трех аспектов, что называется проблемой невозможного треугольника блокчейна. На протяжении многих лет люди исследуют, как повысить пропускную способность и скорость транзакций блокчейна при обеспечении децентрализации и безопасности, то есть решить проблему масштабирования.

Определение децентрализации, безопасности и масштабируемости блокчейна:

• Децентрализация: любой может стать узлом и участвовать в производстве и верификации блокчейн-системы, чем больше узлов, тем выше степень децентрализации.
• Безопасность: Чем выше затраты на получение контроля над системой блокчейна, тем выше безопасность.
• Масштабируемость: способность блокчейна обрабатывать большое количество транзакций.

Первая значительная хардфорк в сети Биткойн возникла из-за проблемы масштабируемости. Сеть Эфириум также выбрала пожертвовать частью своей масштабируемости для обеспечения безопасности и децентрализации сети. Начиная с 2017 года, рынок постоянно увеличивал требования к пропускной способности, но Эфириум может обрабатывать только 15-45 транзакций в секунду, что приводит к увеличению стоимости транзакций и более длительному времени расчета. Идеальное решение для масштабируемости: увеличить скорость и пропускную способность блокчейн-сети без жертвы децентрализации и безопасности.

! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети

2. Категории решений по масштабированию

Согласно стандарту "изменится ли основной блокчейн", расширительные схемы можно разделить на две основные категории: расширение на блокчейне и расширение вне блокчейна.

2.1 Масштабирование в цепочке

Основная концепция: решение, достигающее эффекта масштабирования за счет изменения уровня протокола основной сети, основное решение - шардирование.

Основной план:

• Увеличение пространства блока: увеличение количества транзакций, упакованных в каждом блоке, но это снизит уровень децентрализации.
• Шардинг: разделение блокчейн-реестра на несколько частей, каждая из которых ведется разными узлами, что может повысить скорость обработки транзакций, но снизит общую безопасность сети.

Изменение уровня протокола основной сети может привести к непредсказуемым негативным последствиям, угрожающим безопасности всей сети.

2.2 вне блокчейна расширение

Основная концепция: решение для масштабирования, не изменяющее существующий протокол основного сетевого уровня.

Можно разделить на Layer 2 и другие решения:

• Уровень 2: Вторичная сеть, построенная выше основной цепочки
• Другие решения: такие как побочные цепочки и т.д.

! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети

3. Вне блокчейна масштабирование.

3.1 Государственные каналы

3.1.1 Обзор

Состояние канала предполагает, что пользователи должны взаимодействовать с основной сетью только при открытии, закрытии или разрешении спора; взаимодействие между пользователями происходит вне блокчейна, чтобы сократить время и затраты на транзакции, обеспечивая неограниченное количество транзакций.

Канал состояния — это простой P2P-протокол, подходящий для приложений на основе раундов. Каждый канал управляется многофункциональным смарт-контрактом, работающим в основной сети, который контролирует активы, помещенные в канал, проверяет обновления состояния и арбитражирует споры между участниками.

3.1.2 Таймлайн

• 2015/02: Джозеф Пун и Таддеус Дріджа опубликовали черновик белой книги сети Lightning
• 2015/11: Джефф Коулман впервые систематически обобщил концепцию State Channel
• 2016/01: Официально опубликован белый документ сети Lightning Bitcoin
• 2017/11: Предложены первые спецификации дизайна State Channel Sprites
• 2018/06: Counterfactual представил детальный дизайн обобщенных каналов состояния
• 2018/10: Предложены концепции State Channel Networks и Virtual Channels
• 2019/02: Появление концепции N-Party Channels, Nitro является первым протоколом, основанным на этой идее.
• 2019/10: Pisa расширяет концепцию Watchtowers, решая проблему необходимости постоянного онлайн-участия.
• 2020/03: Hydra представила Быстрые Изоморфные Каналы

! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

3.1.3 Технические принципы

Рабочий процесс канала состояния:

1. Пользователь вносит средства в смарт-контракт, открывая канал
2. Пользователь осуществляет транзакции вне блокчейна, общаясь друг с другом с помощью подписанных сообщений.
3. При закрытии канала отправьте окончательное состояние в контракт
4. Если нет споров, средства распределяются в соответствии с окончательным состоянием контракта.
5. В случае спора, вступает в период оспаривания, арбитраж по контракту

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

3.1.4 Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Мгновенное подтверждение сделки
• Высокая пропускная способность
• Низкие комиссии
• Хорошая конфиденциальность

Недостатки:

• Необходимо заблокировать средства
• Задержка закрытия канала
• Трудно поддерживать сложные приложения
• Пользователю необходимо проводить онлайн-мониторинг

3.1.5 Приложение

Основные приложения:

• Биткойн-Лайтнинг Сеть: сеть платежных каналов для мелких платежей
• Эфириум Лайкнет: решение для масштабирования Эфириума, аналогичное сети Лайтнинг
• Celer Network: увеличение уровня стимулов в сети каналов состояния

3.1.6 Сравнение приложений

Биткойн-Лайтнинг Сеть:

• Развивался давно, экосистема достаточно зрелая
• Поддерживается только оплата BTC

Эфириум Лайтовая Сеть:

• Поддержка переводов ETH и ERC20
• Медленный рост, низкий уровень использования

Сеть Celer:

• Поддержка универсальных сценариев применения
• Увеличение стимулов для токенов, быстрое развитие экосистемы

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

3.2 Сайдчейны

3.2.1 Обзор

Боковая цепь — это форма блокчейна, которая появилась для ускорения транзакций биткойнов и может использовать более сложные контракты или улучшенные механизмы консенсуса. Результаты транзакций боковой цепи в конечном итоге будут записаны в основной цепи.

3.2.2 Временная линия

• 2012/01: Концепция побочных цепей биткойна впервые была предложена
• 2014/10: Опубликована статья о побочных цепях биткойна
• 2017/04:Запуск тестовой сети POA Network
• 2017/10:Запуск сети Matic
• 2017/12: Запуск основной сети POA Network
• 2018/01:Запуск тестовой сети Skale
• 2018/10: Запуск тестовой сети xDai Chain
• 2020/06:Запуск основной сети Skale
• 2020/06:Запуск основной сети Matic PoS Chain
• 2021/02: Запуск основной сети Ronin, побочной цепи Axie Infinity
• 2021/12: Объединение xDai Chain и Gnosis Dao
• 2022/03: POA Network объединился с Gnosis Chain

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети

3.2.3 Технические принципы

Сайдчейн имеет два основных способа связи с основной цепочкой:

• Двунаправленная привязка: валидаторы основной цепи и побочной цепи взаимно фиксируют состояние друг друга
• Не координированная привязка: валидаторы сайдчейна контролируют мейнчейн, мейнчейн осуществляет связь через введение сертифицирующих.

Механизм побочной цепи:

• Основная цепь -> побочная цепь: основная цепь блокирует активы, побочная цепь генерирует эквивалентные активы Основная цепь: уничтожение активов боковой цепи, разблокировка активов основной цепи

Безопасность активов на побочной цепи зависит от механизма консенсуса побочной цепи.

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

3.2.4 Достоинства и недостатки

Преимущества:

• Высокая степень настройки
• Поддержка сложных смарт-контрактов
• Позволяет быстрое подтверждение сделок

Недостатки:

• Уровень децентрализации низкий
• Безопасность зависит от валидаторов
• Высокая задержка двусторонних переводов

3.2.5 Приложение

Основные приложения:

• xDai Chain( теперь Gnosis Chain): основан на DAI боковой цепи
• Polygon( до Matic Network): агрегатор решений для расширения Ethereum
• Ronin: специализированная боковая цепь для игры Axie Infinity

3.2.6 Сравнение приложений

Цепочка xDai:

• Низкая стоимость транзакций, высокая скорость
• Экологическое развитие обычно

Полигон:

• Многочисленные решения по масштабированию
• Экологическое развитие довольно хорошее

Ронин:

• Специально разработано для игр
• Подвергся серьезным инцидентам безопасности

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

3.3 Плазма

3.3.1 Обзор

Plasma — это фреймворк для создания масштабируемых Dapp, который предназначен для снижения доверия пользователей к операторам боковой цепи. Даже если оператор ведет себя злонамеренно, активы пользователей могут быть безопасно выведены в основную сеть.

3.3.2 Временная линия

• 2017/08: Выпуск белой книги Plasma
• 2018/01:Предложение Plasma MVP
• 2018/03:Предложение Plasma Cash
• 2018/06:Предложение Plasma Debit
• 2018/11: Предложение концепции Plasma Prime
• С 2019 года: сообщество Эфириума начало исследовать Rollups

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

3.3.3 Технические принципы

Основная идея Plasma:

• вне блокчейна выполнение: большая часть работы обрабатывается вне основной сети
• Обязательство состояния: подтверждение состояния вычислений вне блокчейна в основной сети через корень Меркла
• Механизм выхода: пользователи могут безопасно вывести средства из Plasma цепи в основную сеть

Рабочий процесс:

1. Пользователь вносит активы в контракт основной сети
2. Выполнение транзакций на цепочке Plasma
3. Оператор регулярно отправляет корень состояния в основную сеть
4. Пользователь может в любое время инициировать запрос на выход.
5. После периода испытаний можно извлечь активы из смарт-контракта основной сети

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

3.3.4 Плюсы и минусы

Преимущества:

• Высокая пропускная способность
• Низкие комиссии
• высокая безопасность

Недостатки:

• Долгое время выхода
• Пользователям необходимо следить за состоянием на блокчейне
• Трудно поддерживать сложные приложения

3.3.5 Приложение

Основные приложения:

• Plasma Group: позже трансформировался в Optimism
• OMG Network: после ребрендинга стал Boba Network
• Polygon: Интеграция различных решений по масштабированию

3.3.6 Резюме

Plasma является технологическим переходным решением, которое имеет некоторые внутренние проблемы. Большинство проектов после попыток переходят к другим решениям для масштабирования, таким как Rollups.

3.4 Роллапсы

3.4.1 Обзор

Основная идея Rollups заключается в том, чтобы размещать вычисления и хранение состояния вне блокчейна, а на блокчейн выводить только обязательства состояния и сжатые данные транзакций. Rollups делятся на оптимистичные Rollups и ZK Rollups.

3.4.2 Технический принцип

Принцип работы Rollups:

1. Пользователь отправляет транзакцию на Layer 2
2. Агрегатор упаковывает и выполняет сделки
3. Отправьте пакет транзакций и корень состояния в контракт Layer 1
4. Проверка и обновление состояния контракта уровня 1

Основная проблема Rollups: как гарантировать правильность загружаемых пакетов транзакций

Два решения:

• Доказательство мошенничества → Оптимистичные ролл-апы
• Доказательство действительности → ZK Rollups

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети

3.4.3 Плюсы и минусы

Преимущества:

• Унаследовать безопасность Layer 1
• Высокая пропускная способность
• Низкие комиссии

Недостатки:

• Проблемы доступности данных
• Время вывода довольно долго(Оптимистичные роллапсы)
• Проблема совместимости EVM(ZK Rollups)

3.4.5 Оптимистичные роллапы

3.4.5.1 Обзор

Оптимистичные роллапсы(OPRUs)полагаются на доказательства мошенничества для обеспечения правильности выполнения вне блокчейна. По умолчанию все транзакции считаются правильными, проверка на основной цепи выполняется только в случае спора.

3.4.5.2 Временная шкала

• 2018/08: Arbitrum предложил разместить сделки