Повний аналіз рішень для розширення поза блокчейном: стан каналу, Lighting Network та їх розвиток.

Глибина аналізу розширення поза блокчейном

Автори: Еллейн Сюй, Хетті Цзян, Джун Ванг, Уалон Лін, Іліу Лін

1. Необхідність розширення

Майбутнє блокчейну полягає в децентралізації, безпеці та масштабованості. Але зазвичай блокчейн може реалізувати лише два з цих трьох аспектів, що відоме як проблема неможливого трикутника блокчейну. Протягом багатьох років люди досліджували, як підвищити пропускну здатність та швидкість транзакцій блокчейну, забезпечуючи децентралізацію та безпеку, тобто вирішувати проблему масштабування, що є однією з актуальних тем у процесі розвитку блокчейну.

Давайте спочатку визначимо децентралізацію, безпеку та масштабованість блокчейну:

  • Децентралізація: будь-хто може стати вузлом і брати участь у системі блокчейн, чим більше вузлів, тим вищий рівень децентралізації, що забезпечує відсутність контролю з боку небагатьох учасників.

  • Безпека: Чим вищі витрати на отримання контролю над системою блокчейн, тим вища безпека, ланцюг може протистояти атакам значної частини учасників.

  • Масштабованість: здатність блокчейну обробляти велику кількість транзакцій.

Перше значне жорстке розгалуження мережі Біткоїн сталося через проблеми з масштабуванням. Зі збільшенням кількості користувачів Біткоїн та обсягу транзакцій, мережа з обмеженням блоку в 1 МБ почала стикатися з заторами. З 2015 року в спільноті Біткоїн існували розбіжності щодо питання масштабування: одна сторона підтримувала розширення блоку, а інша — використання технології Segwit для оптимізації структури основного ланцюга. 1 серпня 2017 року сторона, яка підтримувала великі блоки, самостійно розробила систему клієнта на 8 МБ, що призвело до першого значного жорсткого розгалуження Біткоїн та виникнення нової криптовалюти BCH.

Те ж саме, мережа Ethereum також пожертвувала частиною масштабованості для забезпечення безпеки мережі та децентралізації, встановивши верхню межу на плату за паливо, яку може вмістити один блок, щоб обмежити обсяг транзакцій. Мета полягає в досягненні бездоказового консенсусу та забезпеченні широкого розподілу вузлів.

Від CryptoKitties 2017 року, літа DeFi, до пізніших зростань таких ланцюгових застосувань, як GameFi та NFT, ринок постійно збільшує попит на пропускну здатність, але Ethereum все ще може обробляти лише 15-45 транзакцій за секунду. Це призводить до збільшення вартості транзакцій, подовження часу розрахунків, більшість DApps важко витримують витрати на експлуатацію, а вся мережа стає повільною та дорогою для користувачів, проблема розширення блокчейна потребує термінового вирішення. Ідеальне рішення для розширення полягає в тому, щоб максимально підвищити швидкість транзакцій та пропускну здатність мережі блокчейна без шкоди для децентралізації та безпеки.

2. Категорії планів масштабування

Ми за критерієм "чи змінюється основна мережа" розділили плани розширення на дві великі категорії: розширення на ланцюзі та поза блокчейном.

2.1 Розширення поза блокчейном

Основна концепція: рішення, яке досягає ефекту розширення шляхом зміни одного рівня основного мережевого протоколу, наразі основним рішенням є шардінг.

Існує кілька варіантів розширення на ланцюзі, у цій статті не буде детального розгляду, коротко наведемо два з них:

  • Вариант один - розширити блок-простір, збільшити кількість транзакцій, що пакетуються в кожному блоці, але це підвищить вимоги до обладнання високопродуктивних вузлів, підвищить бар'єр для приєднання вузлів і знизить рівень "децентралізації".

  • Варіант два - це шардінг, який розділяє бухгалтерський облік блокчейну на кілька частин, де різні шардінги відповідають за різні обліки, а паралельні обчислення можуть одночасно обробляти кілька транзакцій. Це може знизити обчислювальне навантаження на вузли та бар'єри для приєднання, підвищити швидкість обробки транзакцій і рівень децентралізації, але знизить загальну "безпеку" мережі.

Зміна основного протоколу мережі може призвести до непередбачуваних негативних наслідків, оскільки будь-яка незначна вразливість у безпеці на нижньому рівні може серйозно загрожувати безпеці всієї мережі. Наприклад, інцидент з інфляційною вразливістю Zcash у 2018 році: код Zcash базується на модифікації версії Bitcoin 0.11.2, у 2018 році було виявлено, що в його базовому коді є високий ризик вразливості, що дозволяє безмежну емісію токенів, команда витратила 8 місяців на таємне виправлення, а після виправлення лише тоді публічно оголосила про цей інцидент.

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 детально розділити на Layer2 та інші рішення:

Ван字 Глибина дослідження: всебічний аналіз поза блокчейном розширення

3. Поза блокчейном розширення рішення

3.1 Канали стану

3.1.1 Огляд

Стан каналу передбачає, що користувачам потрібно взаємодіяти з головною мережею тільки під час відкриття, закриття або вирішення спорів, при цьому взаємодії між користувачами відбуваються поза блокчейном, що дозволяє зменшити час і кошти на транзакції та забезпечити необмежену кількість угод.

Стан каналу — це простий P2P-протокол, що підходить для "застосунків на основі раундів", таких як гра в шахи для двох. Кожен канал управляється багатопідписним смарт-контрактом, що працює в основній мережі, який контролює активи, що вносяться в канал, перевіряє оновлення стану та арбітрує суперечки між учасниками ( на основі доказу шахрайства з підписом та часовою міткою ). Після розгортання контракту в блокчейн-мережі учасники вносять кошти та блокують їх, і після підписання обома сторонами канал офіційно відкривається. Канал дозволяє учасникам здійснювати необмежену кількість безкоштовних транзакцій поза блокчейном (, поки чиста вартість їхніх переказів не перевищує загальну суму внесених токенів ). Учасники по черзі надсилають оновлення стану один одному, чекаючи підтвердження підпису з боку іншого. Як тільки інша сторона підтверджує підпис, це оновлення стану вважається завершеним. У нормальних умовах оновлення стану, погоджені обома сторонами, не завантажуються в основну мережу, лише у випадку виникнення суперечки або закриття каналу покладаються на підтвердження основної мережі. Коли необхідно закрити канал, будь-який учасник може подати запит на транзакцію в основну мережу, якщо запит на вихід отримує одностайну згоду підпису, то в блокчейні це виконується негайно, тобто смарт-контракт розподіляє залишкові заблоковані кошти відповідно до залишків кожного учасника на остаточному стані каналу; якщо інші учасники не підписали схвалення, усі повинні чекати закінчення "періоду виклику", перш ніж отримати залишкові кошти.

Отже, рішення зі стану каналу може значно зменшити обчислювальне навантаження основної мережі, підвищити швидкість транзакцій і знизити витрати на транзакції.

3.1.2 Хронологія

  • 2015/02, Джозеф Пун і Таддеус Дріджа опублікували проект білої книги мережі Lightning.

  • 2015/11, Джефф Колман вперше систематично узагальнив концепцію State Channel, запропонувавши, що Payment Channel біткоїна є підказкою до концепції State Channel.

  • 2016/01, Джозеф Пун і Таддеус Дріджа офіційно опублікували білу книгу «The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments», в якій було представлено рішення для масштабування біткойн-мережі – Payment Channel (, яке призначене тільки для обробки переказів у біткойн-мережі.

  • 2017/11, було запропоновано першу специфікацію дизайну State Channel під рамках Payment Channel, що називається Sprites.

  • 2018/06, Counterfactual запропонував дуже детальний дизайн Generalized State Channels, це перший повністю пов'язаний з каналами стану дизайн.

  • У жовтні 2018 року в статті «Узагальнені державні мережі каналів» була запропонована концепція мереж державних каналів і віртуальних каналів.

  • 2019/02, концепція стану каналу була розширена до N-Party Channels, Nitro є першим протоколом, створеним на основі цієї ідеї.

  • 2019/10, Pisa розширив концепцію Watchtowers, щоб вирішити проблему постійної онлайн-присутності всіх учасників.

  • 2020/03, Hydra запропонувала Швидкі ізоморфні канали.

)# 3.1.3 Технічний принцип

Рисунок 1 демонструє робочий процес на традиційному ланцюзі: Аліса та Боб взаємодіють зі смарт-контрактом, розгорнутим в основній мережі, користувач змінює стан смарт-контракту, надсилаючи транзакцію на ланцюг. Недоліком є те, що це призводить до обговорених вище проблем з часом та витратами.

! [Звіт про глибоке дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз офчейн-експансії]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-087d35594a04d33375b8199b93eb355e.webp(

Рисунок 2 демонструє загальний робочий процес, якого дотримуються більшість протоколів каналів стану: в оптимістичному випадку, Аліса та Боб повинні виконати ті ж дії, що й раніше, але цього разу вони використовують канали стану, а не взаємодіють з контрактом на блокчейні.

  • Перший крок, Аліса та Боб взаємодіють, переводячи кошти з особистого EOA на адрес контракту поза блокчейном ), 1,2(, ці кошти блокуються в контракті до моменту закриття каналу, після чого залишок буде повернуто користувачеві; після підтвердження підпису обома, статусний канал між ними офіційно відкривається.

  • На другому кроці Аліса і Боб теоретично можуть проводити необмежену кількість транзакцій поза ланцюгом через цей канал ) ( синьою пунктирною лінією, де учасники спілкуються один з одним за допомогою зашифрованих підписаних повідомлень ) а не спілкуються з мережею блокчейн (. Користувачі з обох сторін повинні будуть підписувати кожну транзакцію, щоб запобігти подвійним витратам. За допомогою цих повідомлень вони пропонують оновлення статусу у власних облікових записах і приймають оновлення статусу від іншої сторони.

  • Третій крок, якщо Аліса хоче закрити канал і завершити транзакцію з Бобом, Аліса повинна подати остаточний стан свого рахунку ) взаємодії 3( до контракту, якщо Боб підпише і схвалить, контракт звільнить заблоковані кошти відповідно до остаточного стану і поверне їх відповідному користувачу ) взаємодія 4,5(. Якщо Боб не відповість на підпис, контракт звільнить заблоковані кошти і поверне їх відповідному користувачу після закінчення періоду оскарження.

![Великий звіт про Глибину: всебічний аналіз поза блокчейном])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ead28de03be9fc22dcfe3f679ee36bc5.webp(

Рисунок 3 демонструє робочий процес каналу стану в умовах песимізму: спочатку двоє учасників вносять кошти ) взаємодія 1, 2(, а потім починають обмінюватися оновленнями стану ) синя пунктирна лінія (. Припустимо, що в якийсь момент Боб не відповідає на підписане оновлення стану, надіслане Алісою ) взаємодія 3(, в цей момент Аліса може ініціювати виклик, подавши свою останню дійсну стану до контракту ) взаємодія 4(, цей дійсний стан також містить підпис Боба з попереднього разу, що підтверджує, що остання угода отримала згоду Боба, а кінцевий стан був підтверджений Бобом. Потім контракт дозволяє Бобу протягом певного часу відповісти, подавши наступний стан до контракту; якщо Боб відповідає, то обидва можуть продовжувати здійснювати угоди в каналі стану; якщо Боб не відповідає в цей період часу, контракт автоматично закриває канал стану та повертає кошти Алісі ) взаємодія 5(.

! [Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(

)# 3.1.4 Плюси та мінуси

Переваги:

  • Миттєвість: поза блокчейном транзакції майже миттєві.
  • Масштабованість: кількість транзакцій поза блокчейном не обмежена
  • Приватність: тільки фінальний стан каналу буде записаний у блокчейн
  • Низькі витрати: значно зменшено витрати на транзакції поза блокчейном

Недоліки:

  • Доступність: учасники повинні бути постійно онлайн, щоб відповідати на виклики суперників
  • Ефективність капіталу: потрібно заблокувати кошти
  • Ризик централізації: тривале розвиток мережі каналів може призвести до того, що деякі вузли стануть централізованими "хабами"
  • Складність: механізм оновлення стану є досить складним

3.1.5 Застосування

Біткоїн мережа блискавки

Огляд:

Мережа Lightning є каналом малих платежів у мережі Bitcoin, її загальна еволюція технологій пройшла через: 2/2 мультипідпис, що створює односторонній платіжний канал, після додавання RSMC###Revocable Sequence Maturity Contract( можна створити двосторонній платіжний канал, потім додавання HTLC)Hash Time Lock Contract( дозволяє розширити платіжні канали для кількох учасників, врешті-решт створюючи платіжну мережу, тобто мережу Lightning. Через позаблокчейн канали малих платежів, а також за допомогою посередників створюється торговельна мережа, що може вирішити проблему масштабування мережі Bitcoin. Загальне використання мережі Lightning дотримується процесу "депозит)створення каналу(→транзакція мережі Lightning)оновлення стану каналу(→повернення/розрахунок)закриття каналу("; теоретично мережа Lightning може обробляти мільйон транзакцій на секунду.

Часова лінія:

  • У лютому 2015 року Джозеф Пун і Таддеус Дріджа опублікували чернетку білого документа мережі Lightning;
  • У січні 2016 року було опубліковано остаточну версію біліого паперу та засновано Lightning Labs;
  • 15 березня 2018 року, Lightning Labs випустила першу версію головної мережі мережі Lightning Network Daemon )LND( версії 0.4.
  • На початку 2021 року публічна ємність мережі Lightning )TVL( становила лише близько 40 мільйонів доларів, приблизно 100 тисяч користувачів використовували мережу Lightning.
  • У червні 2021 року Сальвадор оголосив про прийняття біткоїна як законного платіжного засобу, у вересні випустив гаманець Chivo на основі мережі Lightning.
  • У 2022 році Cash App та 26 криптовалютних платформ, включаючи OKX, Kraken, Bitfinex, оголосили про підтримку мережі Lightning, що забезпечує миттєві та дешеві депозити та зняття BTC, а також функції переказу.
  • У жовтні 2022 року Lightning Labs випустила новий протокол на основі Taproot -- Taro protocol)alpha версія(, мета
Переглянути оригінал
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.
  • Нагородити
  • 7
  • Поділіться
Прокоментувати
0/400
SandwichHuntervip
· 07-09 12:24
Нечестива Трійця真值了 就是解决不了
Переглянути оригіналвідповісти на0
SatoshiLegendvip
· 07-06 18:53
Другий рівень перезапуску Блокчейн дослідження.... В 2006 році ідея Сатоші Накамото про Lighting Network насправді заклала тут перші основи.
Переглянути оригіналвідповісти на0
ForkTonguevip
· 07-06 18:51
Га, це справді той трикутник, вічно незмінний.
Переглянути оригіналвідповісти на0
retroactive_airdropvip
· 07-06 18:50
Найскладніше в трикутному парадоксі - це розширення.
Переглянути оригіналвідповісти на0
MemeEchoervip
· 07-06 18:48
Цей трикутник не є проблемою, проблема в четвертому куті.
Переглянути оригіналвідповісти на0
LiquidityWizardvip
· 07-06 18:45
Трикутне питання занадто складне для розв'язання...
Переглянути оригіналвідповісти на0
ruggedNotShruggedvip
· 07-06 18:41
Знову говорять про трикутник неможливості.
Переглянути оригіналвідповісти на0
  • Закріпити