Profundidad del análisis de la expansión off-chain
1. La necesidad de la expansión
La visión futura de la blockchain es la descentralización, la seguridad y la escalabilidad. Pero a menudo solo se pueden lograr dos de estas, lo que se conoce como el problema del triángulo imposible de la blockchain. Durante años, las personas han estado explorando cómo aumentar el rendimiento y la velocidad de las transacciones de la blockchain, garantizando la descentralización y la seguridad, es decir, resolver el problema de la escalabilidad.
Definición de la descentralización, seguridad y escalabilidad de la blockchain:
Descentralización: cualquier persona puede convertirse en un nodo para participar en la producción y verificación del sistema de blockchain, cuanto mayor sea el número de nodos, mayor será el grado de descentralización.
Seguridad: cuanto mayor sea el costo de obtener el control del sistema blockchain, mayor será la seguridad, y la cadena podrá resistir un mayor porcentaje de ataques.
Escalabilidad: la capacidad de la blockchain para procesar una gran cantidad de transacciones.
Las redes de Bitcoin y Ethereum han optado por sacrificar una parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad y descentralización de la red. Con el surgimiento de aplicaciones en cadena, la demanda del mercado por capacidad de procesamiento ha ido en aumento, pero la capacidad de procesamiento de transacciones de la red principal es limitada, lo que provoca un aumento en los costos de transacción y un alargamiento del tiempo de liquidación. El problema de la escalabilidad en blockchain necesita ser resuelto urgentemente. La solución ideal de escalabilidad es: aumentar la velocidad de transacción y la capacidad de procesamiento de la red blockchain sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalabilidad
Según el criterio de "si se cambia una capa de la red principal", se pueden clasificar los planes de escalabilidad en dos grandes categorías: escalabilidad en cadena y escalabilidad fuera de cadena.
2.1 escalabilidad en cadena
Concepto clave: solución para lograr efectos de escalabilidad mediante el cambio de una capa del protocolo de la red principal, actualmente la principal solución es el sharding.
Principales soluciones de escalabilidad en cadena:
Ampliar el espacio de bloques: Aumentar la cantidad de transacciones empaquetadas en cada bloque, pero esto aumentará los requisitos del equipo de nodos y reducirá el grado de descentralización.
Fragmentación: dividir el libro mayor de la blockchain en varias partes, con diferentes nodos responsables de diferentes registros. Puede reducir la presión sobre los nodos, aumentar la velocidad de procesamiento de transacciones, pero disminuirá la seguridad de toda la red.
Cambiar un protocolo de red principal puede tener efectos negativos impredecibles, cualquier pequeño fallo de seguridad en la capa base puede amenazar seriamente la seguridad de toda la red.
2.2 off-chain expansión
Concepto clave: solución de escalado que no altera el protocolo de la red principal de primera capa existente.
Las soluciones de escalado off-chain se pueden dividir en Layer2 y otras soluciones:
Layer2: una segunda capa de red construida sobre la cadena principal, como State Channels, Plasma, Rollups, etc.
Otras soluciones: como las cadenas laterales, etc.
3. Profundidad de la expansión off-chain
3.1 Canales de Estado
3.1.1 Resumen
El canal de estado establece que los usuarios solo necesitan interactuar con la cadena principal cuando el canal se abre, se cierra o se resuelve una disputa, y que la interacción entre los usuarios se realice off-chain para reducir el tiempo y costo de las transacciones.
Los canales de estado son protocolos P2P simples, adecuados para "aplicaciones basadas en turnos", como un juego de ajedrez para dos personas. Cada canal es administrado por un contrato inteligente multi-firma que se ejecuta en la cadena principal, el cual controla los activos depositados en el canal, verifica las actualizaciones de estado y arbitra disputas entre los participantes.
3.1.2 Línea de tiempo
2015/02: Joseph Poon y Thaddeus Dryja publican el borrador del whitepaper de la red Lightning.
2015/11: Jeff Coleman resumió sistemáticamente el concepto de State Channel por primera vez.
2016/01: Joseph Poon y Thaddeus Dryja publican oficialmente el white paper de la red Lightning de Bitcoin.
2017/11: Se propuso la primera especificación de diseño de State Channel basada en el marco de Payment Channel, Sprites.
2018/06: Counterfactual propuso un diseño detallado de Canales de Estado Generalizados.
2018/10: Se propone el concepto de Redes de Canales de Estado Generalizados.
2019/02: El concepto de canales de estado se expandió a los N-Party Channels, Nitro es el primer protocolo basado en esa idea.
2019/10: Pisa amplía el concepto de Watchtowers para resolver el problema de que los participantes deben estar en línea de manera continua.
Alice y Bob despliegan un contrato multi-firma en la red principal y depositan fondos; después de confirmar la firma, se abre el canal.
Alice y Bob realizan transacciones gratuitas ilimitadas fuera de la cadena, y cada transacción es confirmada por ambas partes con sus firmas.
Cuando se necesita cerrar el canal, una parte presenta una solicitud de transacción en la red principal:
Si se obtiene la aprobación de todos los firmantes, ejecutar de inmediato.
De lo contrario, espera a que termine el "período de desafío" para ejecutarlo.
En caso de disputa, se puede presentar una prueba de fraude firmada a la red principal.
3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Confirmación instantánea
Baja comisión
Alta capacidad de procesamiento
Buena privacidad
Desventajas:
Necesita bloquear fondos
Los participantes deben permanecer en línea
Solo aplicable a participantes fijos
La capacidad del canal es limitada
3.1.5 Aplicaciones
Principales aplicaciones:
Lightning Network de Bitcoin: canal de pagos de bajo valor en la red de Bitcoin.
Red relámpago de Ethereum: canal de pagos de bajo valor basado en Ethereum.
Celer Network: Aumenta la red relámpago de la capa de incentivos.
3.1.6 Comparación de aplicaciones
Las redes Lightning, Raiden y Celer Network presentan diferencias en cuanto a la ruta técnica, los escenarios de aplicación y el desarrollo del ecosistema. La red Lightning está más desarrollada, la red Raiden avanza lentamente y Celer Network está explorando nuevos escenarios de aplicación.
3.2 Cadenas laterales
3.2.1 Resumen
Las cadenas laterales son una forma de blockchain que surgió para acelerar las transacciones de Bitcoin, permitiendo el uso de contratos más complejos o mejorando el mecanismo de consenso. Las cadenas laterales no son una nueva blockchain, sino una infraestructura que se adjunta a la cadena principal y ayuda a resolver problemas de la cadena principal.
3.2.2 Línea de tiempo
2012/01: El concepto de cadena lateral de Bitcoin fue propuesto en un chat.
2014/10: Publicación del documento sobre las cadenas laterales de Bitcoin
2017/04: Lanzamiento de la red de pruebas de POA Network
2017/10: Se lanza Matic Network
2017/12: Lanzamiento de la mainnet de POA Network
2018/01: Lanzamiento de la red de prueba de Skales
2018/10: Lanzamiento de la prueba de la red xDai Chain
2020/06: Lanzamiento de Skale en la mainnet
2020/06: Lanzamiento de la mainnet de la cadena PoS Matic de Ethereum
2021/02: Matic Network cambió su nombre a Polygon Network
2021/02: La red principal de la cadena lateral Ronin del juego Axie Infinity comenzó a funcionar
2021/12: xDai Chain se fusionó con Gnosis Dao para formar Gnosis Chain
2022/03: POA Network se fusionó con Gnosis Chain
3.2.3 Principios técnicos
Las cadenas laterales se comunican con la cadena principal principalmente a través de dos métodos: anclaje bidireccional ( Symmetric Pegged ) y anclaje no coordinado ( Asymmetric Pegged ).
Anclaje bidireccional: los validadores de la cadena principal y de la cadena lateral registran en tiempo real el estado del otro. La transferencia de activos se realiza a través de la tecnología SPV bidireccional.
Anclaje no coordinado: los validadores de la cadena lateral monitorean la actividad de la cadena principal, y la cadena lateral puede registrar proactivamente cuando se realizan transferencias desde la cadena principal. Al realizar transferencias desde la cadena lateral hacia la cadena principal, se introduce el mecanismo de Certificadores para validar las transacciones devueltas por la cadena lateral.
Resumen del mecanismo de cadena lateral:
Cadena lateral: la cadena principal bloquea los activos, la cadena lateral genera activos envueltos
Cadena principal: quema de activos envueltos en la cadena lateral, desbloqueo de activos en la cadena principal
La seguridad de los activos de cadena lateral depende del mecanismo de consenso de la cadena lateral.
3.2.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Alta capacidad de procesamiento
Baja comisión
Se puede lograr una confirmación rápida
Alta flexibilidad
Desventajas:
Seguridad relativamente baja
Bajo nivel de descentralización
Se necesita confiar en los validadores de la cadena lateral
3.2.5 Aplicación
Principales aplicaciones:
xDai( ahora se llama Gnosis Chain): una cadena lateral vinculada 1:1 con el dólar.
Polygon: agregador de soluciones de escalado de Ethereum.
Ronin: Cadena lateral del juego Axie Infinity.
3.2.6 Comparación de aplicaciones
xDai, Polygon y Ronin presentan diferencias en mecanismos de consenso, casos de uso y desarrollo ecológico. xDai se centra en los pagos, Polygon ofrece un ecosistema diversificado y Ronin se especializa en aplicaciones de juegos.
3.3 Plasma
3.3.1 Resumen
Plasma es un marco para construir Dapps escalables. Como una solución evolutiva de cadena lateral, Plasma tiene como objetivo reducir al mínimo la confianza de los usuarios en el operador de la cadena lateral. El principio básico de Plasma es que, incluso si la cadena Plasma sufre una falla de seguridad, todos los activos de los usuarios aún se pueden retirar a la red principal.
3.3.2 Línea de tiempo
2017/08: Vitalik y Joseph Poon presentaron el libro blanco de Plasma
2018/01: Vitalik propuso Plasma MVP
2018/03: Vitalik propuso Plasma Cash
2018/06: Dan Robinson propuso Plasma Debit
2018/11: La Fundación BANKEX presentó Plasma Prime
Desde 2019: la comunidad de Ethereum comenzó a explorar Rollups
3.3.3 Principios técnicos
Idea central de Plasma:
Ejecución off-chain: la mayor parte del trabajo se procesa fuera de la mainnet
Compromiso de estado: comprometer el estado del bloque actual a través de la raíz de Merkle
Mecanismo de salida: los usuarios pueden retirar fondos de la cadena Plasma
Flujo de usuarios:
El usuario deposita fondos en el contrato Plasma de la red principal.
El usuario realiza transacciones en la cadena Plasma
El operador procesa la transacción y envía el compromiso de estado a la cadena principal.
Salir:
El usuario envía una solicitud de salida al contrato de la mainnet
Después del período de desafío, si nadie desafía, se procederá a la salida.
3.3.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Alta capacidad de procesamiento
Baja comisión
Seguridad relativamente alta
Desventajas:
Problemas de disponibilidad de datos
Problema de salida masiva
La experiencia del usuario es deficiente
Función limitada
3.3.5 Aplicación
Principales aplicaciones:
Plasma Group: investigar el marco de Plasma, luego transformarse en Optimism
OMG Network: proyecto inicial de Plasma, luego se transformó en Boba Network
Polygon: Agregador de escalado de Ethereum, que incluye el esquema Plasma
3.3.6 Comparación de aplicaciones
La tecnología Plasma tiene problemas inherentes, la mayoría de los proyectos se han dirigido a otras soluciones de escalabilidad. Plasma Group se ha trasladado a Optimistic Rollup, OMG Network a Boba Network, Polygon a soluciones L2 de pila completa.
3.4 Rollups
3.4.1 Resumen
Rollups son una solución de escalabilidad que coloca el cómputo y el almacenamiento de estado fuera de la cadena, mientras que almacena los compromisos de estado y los datos de transacciones comprimidos en la cadena. Se dividen principalmente en Optimistic Rollups y ZK Rollups.
3.4.2 Principios técnicos
La idea central de Rollups
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ser_we_are_ngmi
· 07-31 02:51
¿Es correcto que se trata de la expansión off-chain? Esto no es mejor que el canario~
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SatoshiLegend
· 07-31 02:41
Desde la primera versión del código fuente de Satoshi Nakamoto, ya había un camino para resolver el cuello de botella de tps, pero desafortunadamente, en ese momento la potencia computacional era insuficiente.
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CounterIndicator
· 07-31 02:40
Cadena de bloques no es nada del otro mundo, ya lo dije～
Análisis completo de las soluciones de escalado off-chain: desde State Channels hasta Rollups
Profundidad del análisis de la expansión off-chain
1. La necesidad de la expansión
La visión futura de la blockchain es la descentralización, la seguridad y la escalabilidad. Pero a menudo solo se pueden lograr dos de estas, lo que se conoce como el problema del triángulo imposible de la blockchain. Durante años, las personas han estado explorando cómo aumentar el rendimiento y la velocidad de las transacciones de la blockchain, garantizando la descentralización y la seguridad, es decir, resolver el problema de la escalabilidad.
Definición de la descentralización, seguridad y escalabilidad de la blockchain:
Descentralización: cualquier persona puede convertirse en un nodo para participar en la producción y verificación del sistema de blockchain, cuanto mayor sea el número de nodos, mayor será el grado de descentralización.
Seguridad: cuanto mayor sea el costo de obtener el control del sistema blockchain, mayor será la seguridad, y la cadena podrá resistir un mayor porcentaje de ataques.
Escalabilidad: la capacidad de la blockchain para procesar una gran cantidad de transacciones.
Las redes de Bitcoin y Ethereum han optado por sacrificar una parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad y descentralización de la red. Con el surgimiento de aplicaciones en cadena, la demanda del mercado por capacidad de procesamiento ha ido en aumento, pero la capacidad de procesamiento de transacciones de la red principal es limitada, lo que provoca un aumento en los costos de transacción y un alargamiento del tiempo de liquidación. El problema de la escalabilidad en blockchain necesita ser resuelto urgentemente. La solución ideal de escalabilidad es: aumentar la velocidad de transacción y la capacidad de procesamiento de la red blockchain sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalabilidad
Según el criterio de "si se cambia una capa de la red principal", se pueden clasificar los planes de escalabilidad en dos grandes categorías: escalabilidad en cadena y escalabilidad fuera de cadena.
2.1 escalabilidad en cadena
Concepto clave: solución para lograr efectos de escalabilidad mediante el cambio de una capa del protocolo de la red principal, actualmente la principal solución es el sharding.
Principales soluciones de escalabilidad en cadena:
Ampliar el espacio de bloques: Aumentar la cantidad de transacciones empaquetadas en cada bloque, pero esto aumentará los requisitos del equipo de nodos y reducirá el grado de descentralización.
Fragmentación: dividir el libro mayor de la blockchain en varias partes, con diferentes nodos responsables de diferentes registros. Puede reducir la presión sobre los nodos, aumentar la velocidad de procesamiento de transacciones, pero disminuirá la seguridad de toda la red.
Cambiar un protocolo de red principal puede tener efectos negativos impredecibles, cualquier pequeño fallo de seguridad en la capa base puede amenazar seriamente la seguridad de toda la red.
2.2 off-chain expansión
Concepto clave: solución de escalado que no altera el protocolo de la red principal de primera capa existente.
Las soluciones de escalado off-chain se pueden dividir en Layer2 y otras soluciones:
Layer2: una segunda capa de red construida sobre la cadena principal, como State Channels, Plasma, Rollups, etc.
Otras soluciones: como las cadenas laterales, etc.
3. Profundidad de la expansión off-chain
3.1 Canales de Estado
3.1.1 Resumen
El canal de estado establece que los usuarios solo necesitan interactuar con la cadena principal cuando el canal se abre, se cierra o se resuelve una disputa, y que la interacción entre los usuarios se realice off-chain para reducir el tiempo y costo de las transacciones.
Los canales de estado son protocolos P2P simples, adecuados para "aplicaciones basadas en turnos", como un juego de ajedrez para dos personas. Cada canal es administrado por un contrato inteligente multi-firma que se ejecuta en la cadena principal, el cual controla los activos depositados en el canal, verifica las actualizaciones de estado y arbitra disputas entre los participantes.
3.1.2 Línea de tiempo
2015/02: Joseph Poon y Thaddeus Dryja publican el borrador del whitepaper de la red Lightning.
2015/11: Jeff Coleman resumió sistemáticamente el concepto de State Channel por primera vez.
2016/01: Joseph Poon y Thaddeus Dryja publican oficialmente el white paper de la red Lightning de Bitcoin.
2017/11: Se propuso la primera especificación de diseño de State Channel basada en el marco de Payment Channel, Sprites.
2018/06: Counterfactual propuso un diseño detallado de Canales de Estado Generalizados.
2018/10: Se propone el concepto de Redes de Canales de Estado Generalizados.
2019/02: El concepto de canales de estado se expandió a los N-Party Channels, Nitro es el primer protocolo basado en esa idea.
2019/10: Pisa amplía el concepto de Watchtowers para resolver el problema de que los participantes deben estar en línea de manera continua.
2020/03: Hydra presentó Canales Isomórficos Rápidos.
3.1.3 Principios técnicos
Flujo de trabajo del canal de estado:
Alice y Bob despliegan un contrato multi-firma en la red principal y depositan fondos; después de confirmar la firma, se abre el canal.
Alice y Bob realizan transacciones gratuitas ilimitadas fuera de la cadena, y cada transacción es confirmada por ambas partes con sus firmas.
Cuando se necesita cerrar el canal, una parte presenta una solicitud de transacción en la red principal:
En caso de disputa, se puede presentar una prueba de fraude firmada a la red principal.
3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Desventajas:
3.1.5 Aplicaciones
Principales aplicaciones:
Lightning Network de Bitcoin: canal de pagos de bajo valor en la red de Bitcoin.
Red relámpago de Ethereum: canal de pagos de bajo valor basado en Ethereum.
Celer Network: Aumenta la red relámpago de la capa de incentivos.
3.1.6 Comparación de aplicaciones
Las redes Lightning, Raiden y Celer Network presentan diferencias en cuanto a la ruta técnica, los escenarios de aplicación y el desarrollo del ecosistema. La red Lightning está más desarrollada, la red Raiden avanza lentamente y Celer Network está explorando nuevos escenarios de aplicación.
3.2 Cadenas laterales
3.2.1 Resumen
Las cadenas laterales son una forma de blockchain que surgió para acelerar las transacciones de Bitcoin, permitiendo el uso de contratos más complejos o mejorando el mecanismo de consenso. Las cadenas laterales no son una nueva blockchain, sino una infraestructura que se adjunta a la cadena principal y ayuda a resolver problemas de la cadena principal.
3.2.2 Línea de tiempo
2012/01: El concepto de cadena lateral de Bitcoin fue propuesto en un chat.
2014/10: Publicación del documento sobre las cadenas laterales de Bitcoin
2017/04: Lanzamiento de la red de pruebas de POA Network
2017/10: Se lanza Matic Network
2017/12: Lanzamiento de la mainnet de POA Network
2018/01: Lanzamiento de la red de prueba de Skales
2018/10: Lanzamiento de la prueba de la red xDai Chain
2020/06: Lanzamiento de Skale en la mainnet
2020/06: Lanzamiento de la mainnet de la cadena PoS Matic de Ethereum
2021/02: Matic Network cambió su nombre a Polygon Network
2021/02: La red principal de la cadena lateral Ronin del juego Axie Infinity comenzó a funcionar
2021/12: xDai Chain se fusionó con Gnosis Dao para formar Gnosis Chain
2022/03: POA Network se fusionó con Gnosis Chain
3.2.3 Principios técnicos
Las cadenas laterales se comunican con la cadena principal principalmente a través de dos métodos: anclaje bidireccional ( Symmetric Pegged ) y anclaje no coordinado ( Asymmetric Pegged ).
Anclaje bidireccional: los validadores de la cadena principal y de la cadena lateral registran en tiempo real el estado del otro. La transferencia de activos se realiza a través de la tecnología SPV bidireccional.
Anclaje no coordinado: los validadores de la cadena lateral monitorean la actividad de la cadena principal, y la cadena lateral puede registrar proactivamente cuando se realizan transferencias desde la cadena principal. Al realizar transferencias desde la cadena lateral hacia la cadena principal, se introduce el mecanismo de Certificadores para validar las transacciones devueltas por la cadena lateral.
Resumen del mecanismo de cadena lateral: Cadena lateral: la cadena principal bloquea los activos, la cadena lateral genera activos envueltos Cadena principal: quema de activos envueltos en la cadena lateral, desbloqueo de activos en la cadena principal
La seguridad de los activos de cadena lateral depende del mecanismo de consenso de la cadena lateral.
3.2.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Desventajas:
3.2.5 Aplicación
Principales aplicaciones:
xDai( ahora se llama Gnosis Chain): una cadena lateral vinculada 1:1 con el dólar.
Polygon: agregador de soluciones de escalado de Ethereum.
Ronin: Cadena lateral del juego Axie Infinity.
3.2.6 Comparación de aplicaciones
xDai, Polygon y Ronin presentan diferencias en mecanismos de consenso, casos de uso y desarrollo ecológico. xDai se centra en los pagos, Polygon ofrece un ecosistema diversificado y Ronin se especializa en aplicaciones de juegos.
3.3 Plasma
3.3.1 Resumen
Plasma es un marco para construir Dapps escalables. Como una solución evolutiva de cadena lateral, Plasma tiene como objetivo reducir al mínimo la confianza de los usuarios en el operador de la cadena lateral. El principio básico de Plasma es que, incluso si la cadena Plasma sufre una falla de seguridad, todos los activos de los usuarios aún se pueden retirar a la red principal.
3.3.2 Línea de tiempo
2017/08: Vitalik y Joseph Poon presentaron el libro blanco de Plasma
2018/01: Vitalik propuso Plasma MVP
2018/03: Vitalik propuso Plasma Cash
2018/06: Dan Robinson propuso Plasma Debit
2018/11: La Fundación BANKEX presentó Plasma Prime
Desde 2019: la comunidad de Ethereum comenzó a explorar Rollups
3.3.3 Principios técnicos
Idea central de Plasma:
Ejecución off-chain: la mayor parte del trabajo se procesa fuera de la mainnet
Compromiso de estado: comprometer el estado del bloque actual a través de la raíz de Merkle
Mecanismo de salida: los usuarios pueden retirar fondos de la cadena Plasma
Flujo de usuarios:
El usuario deposita fondos en el contrato Plasma de la red principal.
El usuario realiza transacciones en la cadena Plasma
El operador procesa la transacción y envía el compromiso de estado a la cadena principal.
Salir:
3.3.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Desventajas:
3.3.5 Aplicación
Principales aplicaciones:
Plasma Group: investigar el marco de Plasma, luego transformarse en Optimism
OMG Network: proyecto inicial de Plasma, luego se transformó en Boba Network
Polygon: Agregador de escalado de Ethereum, que incluye el esquema Plasma
3.3.6 Comparación de aplicaciones
La tecnología Plasma tiene problemas inherentes, la mayoría de los proyectos se han dirigido a otras soluciones de escalabilidad. Plasma Group se ha trasladado a Optimistic Rollup, OMG Network a Boba Network, Polygon a soluciones L2 de pila completa.
3.4 Rollups
3.4.1 Resumen
Rollups son una solución de escalabilidad que coloca el cómputo y el almacenamiento de estado fuera de la cadena, mientras que almacena los compromisos de estado y los datos de transacciones comprimidos en la cadena. Se dividen principalmente en Optimistic Rollups y ZK Rollups.
3.4.2 Principios técnicos
La idea central de Rollups