Полный анализ решений по расширению вне блокчейна: состояние канала, Сеть Lighting и их история развития

Глубина анализа расширения вне блокчейна

Автор: Эллейн Сюй, Хетти Цзян, Джун Ван, Уалон Лин, Илю Лин

1. Необходимость масштабирования

Будущее блокчейна видится в децентрализации, безопасности и масштабируемости. Но обычно блокчейн может реализовать только два из этих трех параметров, что называется "невозможным треугольником блокчейна". На протяжении многих лет люди исследовали, как повысить пропускную способность и скорость транзакций блокчейна при гарантии децентрализации и безопасности, то есть решить проблему масштабирования, что является одной из актуальных тем в процессе развития блокчейна.

Давайте сначала определим децентрализацию, безопасность и масштабируемость блокчейна:

  • Децентрализация: любой может стать узлом и участвовать в системе блокчейна, чем больше узлов, тем выше степень децентрализации, что обеспечивает отсутствие контроля над сетью со стороны небольшой группы участников.

  • Безопасность: Чем выше стоимость получения контроля над системой блокчейна, тем выше безопасность; цепочка может противостоять атакам со стороны значительного числа участников.

  • Масштабируемость: способность блокчейна обрабатывать большое количество транзакций.

Первая значительная хард-форк сети Биткойн возникла из-за проблемы масштабируемости. С увеличением числа пользователей Биткойна и объема транзакций сеть с ограничением в 1 МБ начала сталкиваться с перегрузкой. С 2015 года в сообществе Биткойн существуют разногласия по вопросу масштабируемости: одна сторона поддерживает увеличение размера блока, другая сторона поддерживает использование Segwit для оптимизации структуры основной цепи. 1 августа 2017 года сторона, поддерживающая большие блоки, самостоятельно разработала систему клиента на 8 МБ, что привело к первому значительному хард-форку Биткойна и появлению новой криптовалюты BCH.

Точно так же сеть Ethereum пожертвовала частью своей масштабируемости для обеспечения безопасности сети и децентрализации, установив верхний предел на топливные сборы, которые может вместить один блок, чтобы ограничить объем транзакций. Цель состоит в том, чтобы достичь бездоверительного консенсуса и обеспечить широкое распределение узлов.

С 2017 года с появлением CryptoKitties, лета DeFi, а затем и ростом таких цепочных приложений, как GameFi и NFT, рыночный спрос на пропускную способность постоянно увеличивается, но Ethereum по-прежнему может обрабатывать только 15-45 транзакций в секунду. Это приводит к увеличению стоимости транзакций, увеличению времени расчета, и большинству DApps трудно нести операционные расходы, что делает всю сеть медленной и дорогой для пользователей. Проблема масштабируемости блокчейна требует срочного решения. Идеальным решением масштабируемости является максимальное увеличение скорости транзакций и пропускной способности сети блокчейна без ущерба для децентрализации и безопасности.

2. Категории решений по масштабированию

Мы разделили схемы масштабирования на две категории: масштабирование на блокчейне и вне блокчейна, основываясь на критерии "изменится ли основной слой сети".

2.1 Масштабирование в цепочке

Основная концепция: решение, достигающее эффекта масштабирования за счет изменения уровня протокола основной сети, в настоящее время основное решение - это шarding.

Существует несколько решений для расширения цепочки, в этой статье не будет развиваться, кратко перечислим два из них:

  • Первый вариант заключается в расширении пространства блоков, увеличении количества транзакций, упакованных в каждом блоке, но это повысит требования к высокопроизводительным узлам, увеличит порог входа для узлов и снизит уровень "децентрализации".

  • Второй вариант — это шардирование, при котором блокчейн-реестр делится на несколько частей, и разные шарды отвечают за разные записи, параллельные вычисления могут одновременно обрабатывать несколько транзакций. Это может снизить нагрузку на вычисления узлов и барьеры для присоединения, повысить скорость обработки транзакций и степень децентрализации, но снизит общую "безопасность" сети.

Изменение уровня протокола основной сети может привести к непредсказуемым негативным последствиям, поскольку любые мелкие уязвимости безопасности на уровне базовой платформы могут серьезно угрожать безопасности всей сети. Например, инцидент с инфляционной уязвимостью Zcash в 2018 году: код Zcash был модифицирован на основе версии Bitcoin 0.11.2, и в 2018 году было обнаружено, что в его базовом коде существует опасная уязвимость, позволяющая без ограничений печатать токены. Команда работала над секретным исправлением в течение 8 месяцев, и только после исправления они обнародовали этот инцидент.

2.2 вне блокчейна расширение

Основная концепция: решение по масштабированию, не изменяющее существующий протокол основной сети уровня 1.

вне блокчейна расширение схемы можно дополнительно разделить на Layer2 и другие схемы:

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

3. Вне блокчейна расширение решения

3.1 Государственные каналы

3.1.1 Обзор

Статус-канал устанавливает, что пользователи должны взаимодействовать с основной сетью только при открытии, закрытии или разрешении спора, а взаимодействия между пользователями должны происходить вне блокчейна, чтобы снизить временные и денежные затраты пользователей и обеспечить неограниченное количество транзакций.

Состояние канала — это простой P2P-протокол, подходящий для "приложений на основе раундов", таких как игра в шахматы для двоих. Каждый канал управляется многофункциональным смарт-контрактом, работающим в основной сети, который контролирует активы, внесенные в канал, проверяет обновления состояния и арбитрирует споры между участниками ( на основании доказательства мошенничества с подписью и временной меткой ). Участники после развертывания контракта в блокчейн-сети вносят средства и блокируют их, и после подтверждения подписей обеих сторон канал официально открывается. Канал позволяет участникам совершать неограниченное количество бесплатных транзакций вне блокчейна (, при условии, что их чистая стоимость перевода не превышает общего количества внесенных токенов ). Участники по очереди отправляют друг другу обновления состояния, ожидая подтверждения подписи от другой стороны. Как только другая сторона подтверждает подпись, это обновление состояния считается завершенным. В нормальных условиях обновления состояния, согласованные обеими сторонами, не загружаются в основную сеть, только при возникновении споров или закрытии канала они зависят от подтверждения основной сети. Когда необходимо закрыть канал, любой из участников может подать запрос на транзакцию в основной сети, если запрос на выход получает единогласное одобрение подписей, то он немедленно выполняется на блокчейне, то есть смарт-контракт распределяет оставшиеся заблокированные средства в зависимости от баланса каждого участника в конечном состоянии канала; если другие участники не одобрят подпись, всем придется ждать окончания "периода оспаривания", прежде чем они смогут получить оставшиеся средства.

Таким образом, решение с канала состояния может значительно сократить вычисления в основной сети, повысить скорость транзакций и снизить стоимость транзакций.

3.1.2 Хронология

  • 2015/02, Джозеф Пун и Таддеус Дрйя 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, Joseph Poon и Thaddeus Dryja официально опубликовали белую книгу «The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments», предложившую схему масштабирования сети Биткойн – Payment Channel (, которая предназначена только для обработки платежей переводов в сети Биткойн.

  • В ноябре 2017 года были предложены первые проектные стандарты для State Channel на основе фреймворка Payment Channel, известные как Sprites.

  • 2018/06, Counterfactual представила очень подробный дизайн Обобщенных Государственных Каналов, это первый полностью связанный с Государственными Каналами дизайн.

  • В октябре 2018 года в статье Generalised State Channel Networks была предложена концепция State Channel Networks и Virtual Channels.

  • 2019/02, концепция каналов состояния расширилась до N-Party Channels, Nitro является первым протоколом, созданным на основе этой идеи.

  • 2019/10, Pisa для решения проблемы необходимости постоянного онлайн-присутствия всех участников расширила концепцию Watchtowers.

  • 2020/03, Hydra предложила Быстрые Изоморфные Каналы.

)# 3.1.3 Технический принцип

Рисунок 1 показывает рабочий процесс на традиционной цепочке: Алиса и Боб взаимодействуют с умным контрактом, развернутым в основной сети, пользователи изменяют состояние умного контракта, отправляя транзакции в цепочку. Недостатком является возникновение упомянутых выше проблем с временем и стоимостью.

! [Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-087d35594a04d33375b8199b93eb355e.webp(

Рисунок 2 демонстрирует общий рабочий процесс, которому следуют большинство протоколов каналов состояния: в оптимистичном случае Алиса и Боб должны выполнить те же действия, что и ранее, но на этот раз они используют канал состояния, а не взаимодействуют с контрактом в блокчейне.

  • Первый шаг, Алиса и Боб взаимодействуют, переводя средства со своих личных EOA на адрес контрактов вне блокчейна ), 1,2(, эти средства блокируются в контракте и возвращаются пользователю только после закрытия канала; после подтверждения подписей между ними, статусный канал между двумя официально открыт.

  • Второй шаг, Alice и Bob теоретически могут проводить неограниченное количество сделок вне блокчейна через этот канал ) синяя пунктирная линия (, участники общаются друг с другом через зашифрованные сообщения с подписями ) вместо того, чтобы общаться с сетью блокчейна (. Оба пользователя должны подписывать каждую сделку, чтобы предотвратить мошенничество с двойной тратой. Через эти сообщения они предлагают обновления состояния своих счетов и принимают обновления состояния, предложенные другой стороной.

  • Третий шаг: если Алиса хочет закрыть канал и завершить сделку с Бобом, Алисе необходимо отправить контракту конечное состояние своего счета ) взаимодействие 3(; если Боб подпишет и одобрит, контракт вернет заблокированные средства соответствующему пользователю согласно конечному состоянию ) взаимодействие 4,5(. Если Боб не ответит подписью, контракт вернет заблокированные средства соответствующему пользователю после окончания периода оспаривания.

! [Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ead28de03be9fc22dcfe3f679ee36bc5.webp(

Рисунок 3 показывает рабочий процесс канала состояния в пессимистичном случае: изначально два участника вносят средства ) взаимодействие 1, 2(, затем начинают обмениваться обновлениями состояния ) синяя пунктирная линия (. Предположим, в какой-то момент времени Боб не отвечает на обновление состояния, отправленное Элис, подписанное ) взаимодействие 3(, в этот момент Элис может инициировать вызов, подав свою последнюю действительную запись состояния в контракт ) взаимодействие 4(, это действительное состояние также содержит подпись Боба, что подтверждает, 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 совершать сделки в канале состояния; если Боб не отвечает в этот период времени, контракт автоматически закрывает канал состояния и возвращает средства Элис ) взаимодействие 5(.

! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(

)# 3.1.4 Плюсы и минусы

Преимущества:

  • Мгновенность: вне блокчейна сделки почти мгновенны
  • Масштабируемость: количество вне блокчейна сделок не ограничено
  • Конфиденциальность: только конечное состояние канала будет записано в блокчейн
  • Низкие комиссии: значительно снизили затраты на транзакции в блокчейне

Недостатки:

  • Доступность: требуется, чтобы участники оставались онлайн для ответа на вызовы соперников
  • Эффективность средств: необходимо заблокировать средства
  • Риски централизации: Долгосрочное развитие сетей каналов может привести к тому, что некоторые узлы станут централизационными "узлами".
  • Сложность: механизм обновления состояния довольно сложен

3.1.5 Приложение

Биткойн Сеть Молнии

Обзор:

Сеть Lightning — это канал для мелких платежей в сети Биткойн, ее общая эволюция технологий прошла через: 2/2 мультиподпись для создания однонаправленного платежного канала, добавление RSMC###Revocable Sequence Maturity Contract( позволяет создать двунаправленный платежный канал, затем добавление HTLC)Hash Time Lock Contract( позволяет расширить платежные каналы для многопользовательских платежей, в конечном итоге создавая платежную сеть, то есть сеть Lightning. Через вне блокчейна каналы для мелких платежей, затем с помощью посредников формируется торговая сеть, что может решить проблему масштабируемости сети Биткойн. Общая схема использования сети Lightning следует процессу: "депозит)создание канала(→транзакция в сети Lightning)обновление состояния канала(→возврат/расчет)закрытие канала("; теоретически сеть Lightning может обрабатывать миллион транзакций в секунду.

Временная шкала:

  • В феврале 2015 года Джозеф Пун и Таддеус Дрия опубликовали черновик белой книги сети Lightning;
  • В январе 2016 года была выпущена официальная версия белой книги и основана Lightning Labs;
  • 15 марта 2018 года Lightning Labs выпустила первую версию основной сети Lightning Network Daemon )LND( версии 0.4.
  • В начале 2021 года общая емкость сети Lightning )TVL( составляла всего около 40 миллионов долларов, и менее 100 тысяч пользователей использовали сеть Lightning.
  • 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 бирж, включая OKX, Kraken и Bitfinex, объявили о поддержке сети Lightning, обеспечивая мгновенные и дешевые функции депозитов и снятий BTC.
  • В октябре 2022 года Lightning Labs выпустила новый протокол на основе Taproot -- Taro protocol)alpha версия(, цель
Посмотреть Оригинал
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» .
  • Награда
  • 7
  • Поделиться
комментарий
0/400
SandwichHuntervip
· 07-09 12:24
Нечестивая Троица真值了 就是解决不了
Посмотреть ОригиналОтветить0
SatoshiLegendvip
· 07-06 18:53
Перезапуск второго уровня Блокчейн исследования.... Идея Сети Lighting Сатоши Накамото 2006 года на самом деле была заложена здесь.
Посмотреть ОригиналОтветить0
ForkTonguevip
· 07-06 18:51
Ха, это действительно тот треугольник, который вечен и неизменен.
Посмотреть ОригиналОтветить0
retroactive_airdropvip
· 07-06 18:50
Самое сложное в треугольной дилемме — это масштабирование.
Посмотреть ОригиналОтветить0
MemeEchoervip
· 07-06 18:48
Этот треугольник не проблема, а вот четвертая сторона - это уже проблема.
Посмотреть ОригиналОтветить0
LiquidityWizardvip
· 07-06 18:45
Треугольная проблема слишком сложна для решения...
Посмотреть ОригиналОтветить0
ruggedNotShruggedvip
· 07-06 18:41
Опять говорят о треугольнике невозможности.
Посмотреть ОригиналОтветить0
  • Закрепить