Майбутнє блокчейну бачиться в децентралізації, безпеці та масштабованості. Але зазвичай можна реалізувати лише два з цих трьох аспектів, що відомо як проблема неможливого трикутника блокчейну. Протягом багатьох років люди досліджували, як підвищити пропускну здатність та швидкість транзакцій блокчейну, забезпечуючи децентралізацію та безпеку, тобто вирішуючи проблему масштабування.
Визначення децентралізації, безпеки та масштабованості блокчейну:
Децентралізація: будь-хто може стати вузлом та брати участь у виробництві та верифікації в системі блокчейн, чим більше вузлів, тим вищий рівень децентралізації.
Безпека: Чим вищі витрати на отримання контролю над системою блокчейну, тим вища безпека, ланцюг може витримувати більшу частку атак.
Масштабованість: здатність блокчейну обробляти велику кількість транзакцій.
Біткойн та мережа Ефіріум обрали пожертвувати частиною масштабованості, щоб забезпечити безпеку та децентралізацію мережі. Зі зростанням кількості застосувань поза блокчейном, попит на пропускну здатність на ринку постійно зростає, але обмежена здатність обробки транзакцій у головній мережі призводить до збільшення витрат на транзакції та подовження часу розрахунків. Проблема масштабування блокчейну потребує термінового вирішення. Ідеальне рішення для масштабування полягає у підвищенні швидкості транзакцій та пропускної здатності мережі блокчейн без жертвування децентралізацією та безпекою.
Відповідно до стандарту "чи змінюється один рівень основної мережі", плани розширення можна поділити на два основні типи: розширення на ланцюгу та розширення поза блокчейном.
2.1 Розширення поза блокчейном
Основна концепція: рішення, яке досягає ефекту масштабування шляхом зміни одного рівня протоколу основної мережі, поточним основним рішенням є шардінг.
Основні рішення для розширення поза блокчейном:
Розширення блочного простору: збільшення кількості транзакцій, які упаковуються в кожен блок, але це підвищить вимоги до обладнання вузлів і знизить рівень децентралізації.
Фрагментація: розподіл блокчейн-реєстру на кілька частин, за які відповідають різні вузли. Це може знизити навантаження на вузли, підвищити швидкість обробки транзакцій, але зменшує загальну безпеку мережі.
Зміна протоколу основної мережі може призвести до непередбачуваних негативних наслідків, будь-яка незначна вразливість у базовому рівні серйозно загрожує безпеці всієї мережі.
2.2 поза блокчейном розширення
Основна концепція: рішення для масштабування, яке не змінює існуючий протокол основної мережі першого рівня.
поза блокчейном розширення можна поділити на Layer2 та інші рішення:
Layer2: Друга мережа, яка будується над основним блокчейном, така як State Channels, Plasma, Rollups тощо.
Інші рішення: такі як бічні ланцюги тощо.
3. Поза блокчейном розширення
3.1 Державні канали
3.1.1 Огляд
Статевий канал передбачає, що користувачам потрібно взаємодіяти з основною мережею лише під час відкриття, закриття або вирішення суперечок, а взаємодія між користувачами відбувається поза блокчейном, щоб знизити час та витрати на транзакції.
Стан каналу — це простий P2P протокол, що підходить для "додатків на основі раундів", таких як гра в шахи на двох. Кожен канал управляється смарт-контрактом з мультипідписом, який працює в основній мережі, цей контракт контролює активи, що вносяться в канал, перевіряє оновлення статусу та арбітрує спори між учасниками.
3.1.2 Хронологія
2015/02: Джозеф Пун і Таддеус Дріджа опублікували чернетку білого паперу про мережу Lightning.
2015/11: Джефф Коулман вперше систематично узагальнив концепцію State Channel.
2016/01: Джозеф Пун і Тадеуш Дріджа офіційно опублікували білий папір про біткойн-мережу Lightning.
2017/11: Перший проект специфікації дизайну State Channel на основі фреймворку Payment Channel, що отримав назву Sprites, був запропонований.
2018/06: Counterfactual запропонував детальний дизайн Узагальнених Державних Каналів.
2018/10:Запропоновано концепцію загальних мереж каналів стану.
2019/02: Концепція каналів стану розширена до N-Party Channels, Nitro є першим протоколом, заснованим на цій ідеї.
2019/10: Pisa розширює концепцію Watchtowers, вирішуючи проблему необхідності постійного онлайн-участі.
Аліса та Боб розгорнули багатопідписний контракт у основній мережі та внесли кошти, після підтвердження підпису канал відкрито.
Аліса та Боб проводять безкоштовні угоди без обмежень поза блокчейном, кожна угода підтверджується підписами обох сторін.
Коли потрібно закрити канал, одна сторона подає запит на транзакцію в основній мережі:
Якщо буде отримано схвалення всіх учасників, негайно виконати.
Інакше виконуйте після закінчення "періоду виклику".
У разі виникнення суперечки можна подати підписану доказ фрода до основної мережі.
3.1.4 Плюси та мінуси
Переваги:
Миттєве підтвердження
Низькі комісії
Висока пропускна здатність
Хороша конфіденційність
Недоліки:
Потрібно заблокувати кошти
Учасники повинні залишатися онлайн
Тільки для фіксованих учасників
Обмежена ємність каналу
3.1.5 Застосування
Основні застосування:
Біткойн-мережа: канал малих платежів в мережі біткойн.
Мережа Lightning Ethereum: канал малих платежів на базі Ethereum.
Celer Network: збільшення шару стимулів для блискавичних мереж.
3.1.6 Порівняння застосувань
Мережі Lightning, Raiden і Celer мають відмінності в технічних маршрутах, сценаріях застосування та розвитку екосистеми. Мережа Lightning є більш зрілою, мережа Raiden розвивається повільно, а Celer Network досліджує нові сценарії застосування.
Бокова ланка – це форма блокчейну, що виникла для прискорення транзакцій біткойна, яка може використовувати більш складні контракти або покращувати механізми консенсусу. Бокова ланка не є новим блокчейном, а є інфраструктурою, що приєднується до основного ланцюга та допомагає основному ланцюгу вирішувати проблеми.
3.2.2 Тимчасова лінія
2012/01: Концепція бічного ланцюга біткоїна була запропонована в чатах
2014/10: Опубліковано статтю про бічну ланцюг біткойна
2017/04: Запуск тестової мережі POA Network
2017/10: Запуск Matic Network
2017/12: Запуск основної мережі POA Network
2018/01: Запуск тестової мережі Skales
2018/10:Запуск тестової мережі xDai Chain
2020/06:Запуск основної мережі Skale
2020/06: Запуск основної мережі Matic PoS Chain на стороні Ethereum
2021/02: Matic Network перейменовано в Polygon Network
2021/02: Початок роботи основної мережі Ronin, бічної мережі гри Axie Infinity
2021/12: xDai Chain об'єдналася з Gnosis Dao і утворила Gnosis Chain
2022/03: Мережу POA об'єднано з Gnosis Chain
3.2.3 Технічний принцип
Бічні ланцюги в основному мають два способи спілкування з основним ланцюгом: двостороннє закріплення ( Symmetric Pegged ) і неузгоджене закріплення ( Asymmetric Pegged ).
Двостороннє прив'язування: валідатори основного ланцюга та бокового ланцюга в реальному часі фіксують стан один одного. Переміщення активів здійснюється за допомогою двосторонньої технології SPV.
Неконсистентне закріплення: валідатори побічного ланцюга моніторять активність основного ланцюга, побічний ланцюг може активно записувати під час переказів з основного ланцюга. Коли побічний ланцюг переказує на основний ланцюг, вводиться механізм сертифікаторів для перевірки транзакцій, повернених з побічного ланцюга.
Підсумок механізму бічного ланцюга:
Бічна ланка: Головна ланка блокує активи, бічна ланка генерує wrapped asset
Головний ланцюг: знищення обгорнутого активу на бічному ланцюзі, розблокування активу на головному ланцюзі
Безпека активів на бічному ланцюзі залежить від механізму консенсусу бічного ланцюга.
3.2.4 Плюси та мінуси
Переваги:
Висока пропускна здатність
Низькі комісії
Можливість швидкого підтвердження
Висока гнучкість
Недоліки:
безпека є нижчою
Низький рівень децентралізації
Потрібна довіра до валідаторів бічного ланцюга
3.2.5 Застосування
Основні застосування:
xDai( тепер перейменовано на Gnosis Chain): бокова ланка, прив'язана до долара 1:1.
Polygon: агрегатор рішень для масштабування Ethereum.
Ronin: Бокова ланка гри Axie Infinity.
3.2.6 Порівняння застосунків
xDai, Polygon та Ronin мають різні аспекти в механізмі консенсусу, сценаріях застосування, розвитку екосистеми тощо. xDai зосереджується на платежах, Polygon пропонує різноманітну екосистему, а Ronin спеціалізується на ігрових застосунках.
Plasma є рамкою для побудови масштабованих Dapp. Як еволюційне рішення для побічних ланцюгів, Plasma має на меті зменшити довіру користувачів до операторів побічних ланцюгів до мінімуму. Основний принцип Plasma полягає в тому, що, навіть якщо ланцюг Plasma зазнає безпекового збою, всі активи користувачів все ще можуть бути відкликані на основну мережу.
3.3.2 Хронологія
2017/08: Віталік і Джозеф Пун запропонували білу книгу Plasma
2018/01: Віталік запропонував Plasma MVP
2018/03: Віталік запропонував Plasma Cash
2018/06: Дан Робінсон提出 Plasma Debit
2018/11: Фонд BANKEX представив Plasma Prime
З 2019 року: спільнота Ethereum почала досліджувати Rollups
поза блокчейном виконання: більшість роботи обробляється за межами основної мережі
Зобов'язання стану: зобов'язання поточного стану блоку через Merkle Root
Механізм виходу: користувач може вивести кошти з Plasma-ланцюга
Користувацький процес:
Користувач вносить кошти в контракт Plasma у основній мережі
Користувач проводить транзакції в Plasma-ланцюзі
Оператор обробляє транзакцію та подає зобов'язання про стан до основної мережі
Вихід:
Користувач надсилає запит на вихід до основного мережевого контракту
Після періоду викликів, якщо ніхто не викликав, буде виконано вихід
3.3.4 Плюси та мінуси
Переваги:
Висока пропускна здатність
Низькі комісії
Вища безпека
Недоліки:
Проблема доступності даних
Проблема масового виходу
Користувацький досвід досить поганий
Обмежена функціональність
3.3.5 Застосування
Основні застосування:
Plasma Group: дослідження фреймворку Plasma, пізніше перетворено на Optimism
OMG Network: ранній проект Plasma, пізніше трансформувався в Boba Network
Polygon: агрегатор масштабування Ethereum, що містить рішення Plasma
3.3.6 Порівняння застосунків
Технологія Plasma має вроджені проблеми, більшість проектів перейшли до інших рішень для масштабування. Plasma Group перейшла на Optimistic Rollup, OMG Network перейшла на Boba Network, Polygon перейшла на повноцінне L2 рішення.
3.4 Ролапи
3.4.1 Огляд
Rollups є рішенням для масштабування, яке розміщує обчислення та зберігання стану поза блокчейном, тоді як на ланцюгу зберігаються зобов'язання стану та стиснуті дані транзакцій. Вони поділяються на два основні типи: Optimistic Rollups та ZK Rollups.
3.4.2 Технічний принцип
Основна ідея Rollups
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.
11 лайків
Нагородити
11
3
Поділіться
Прокоментувати
0/400
ser_we_are_ngmi
· 07-31 02:51
поза блокчейном розширення, так? Це навіть гірше, ніж канарка~
Переглянути оригіналвідповісти на0
SatoshiLegend
· 07-31 02:41
З першої версії коду Сатоші Накамото видно, що шлях вирішення проблеми tps вже існує, але на той час обчислювальна потужність була недостатня.
Пояснення всіх схем розширення поза блокчейном: від State Channels до Rollups
Поза блокчейном розширення Глибина аналізу
1. Необхідність масштабування
Майбутнє блокчейну бачиться в децентралізації, безпеці та масштабованості. Але зазвичай можна реалізувати лише два з цих трьох аспектів, що відомо як проблема неможливого трикутника блокчейну. Протягом багатьох років люди досліджували, як підвищити пропускну здатність та швидкість транзакцій блокчейну, забезпечуючи децентралізацію та безпеку, тобто вирішуючи проблему масштабування.
Визначення децентралізації, безпеки та масштабованості блокчейну:
Децентралізація: будь-хто може стати вузлом та брати участь у виробництві та верифікації в системі блокчейн, чим більше вузлів, тим вищий рівень децентралізації.
Безпека: Чим вищі витрати на отримання контролю над системою блокчейну, тим вища безпека, ланцюг може витримувати більшу частку атак.
Масштабованість: здатність блокчейну обробляти велику кількість транзакцій.
Біткойн та мережа Ефіріум обрали пожертвувати частиною масштабованості, щоб забезпечити безпеку та децентралізацію мережі. Зі зростанням кількості застосувань поза блокчейном, попит на пропускну здатність на ринку постійно зростає, але обмежена здатність обробки транзакцій у головній мережі призводить до збільшення витрат на транзакції та подовження часу розрахунків. Проблема масштабування блокчейну потребує термінового вирішення. Ідеальне рішення для масштабування полягає у підвищенні швидкості транзакцій та пропускної здатності мережі блокчейн без жертвування децентралізацією та безпекою.
! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз офчейн-експансії
2. Категорії планів розширення
Відповідно до стандарту "чи змінюється один рівень основної мережі", плани розширення можна поділити на два основні типи: розширення на ланцюгу та розширення поза блокчейном.
2.1 Розширення поза блокчейном
Основна концепція: рішення, яке досягає ефекту масштабування шляхом зміни одного рівня протоколу основної мережі, поточним основним рішенням є шардінг.
Основні рішення для розширення поза блокчейном:
Розширення блочного простору: збільшення кількості транзакцій, які упаковуються в кожен блок, але це підвищить вимоги до обладнання вузлів і знизить рівень децентралізації.
Фрагментація: розподіл блокчейн-реєстру на кілька частин, за які відповідають різні вузли. Це може знизити навантаження на вузли, підвищити швидкість обробки транзакцій, але зменшує загальну безпеку мережі.
Зміна протоколу основної мережі може призвести до непередбачуваних негативних наслідків, будь-яка незначна вразливість у базовому рівні серйозно загрожує безпеці всієї мережі.
2.2 поза блокчейном розширення
Основна концепція: рішення для масштабування, яке не змінює існуючий протокол основної мережі першого рівня.
поза блокчейном розширення можна поділити на Layer2 та інші рішення:
Layer2: Друга мережа, яка будується над основним блокчейном, така як State Channels, Plasma, Rollups тощо.
Інші рішення: такі як бічні ланцюги тощо.
3. Поза блокчейном розширення
3.1 Державні канали
3.1.1 Огляд
Статевий канал передбачає, що користувачам потрібно взаємодіяти з основною мережею лише під час відкриття, закриття або вирішення суперечок, а взаємодія між користувачами відбувається поза блокчейном, щоб знизити час та витрати на транзакції.
Стан каналу — це простий P2P протокол, що підходить для "додатків на основі раундів", таких як гра в шахи на двох. Кожен канал управляється смарт-контрактом з мультипідписом, який працює в основній мережі, цей контракт контролює активи, що вносяться в канал, перевіряє оновлення статусу та арбітрує спори між учасниками.
3.1.2 Хронологія
2015/02: Джозеф Пун і Таддеус Дріджа опублікували чернетку білого паперу про мережу Lightning.
2015/11: Джефф Коулман вперше систематично узагальнив концепцію State Channel.
2016/01: Джозеф Пун і Тадеуш Дріджа офіційно опублікували білий папір про біткойн-мережу Lightning.
2017/11: Перший проект специфікації дизайну State Channel на основі фреймворку Payment Channel, що отримав назву Sprites, був запропонований.
2018/06: Counterfactual запропонував детальний дизайн Узагальнених Державних Каналів.
2018/10:Запропоновано концепцію загальних мереж каналів стану.
2019/02: Концепція каналів стану розширена до N-Party Channels, Nitro є першим протоколом, заснованим на цій ідеї.
2019/10: Pisa розширює концепцію Watchtowers, вирішуючи проблему необхідності постійного онлайн-участі.
2020/03:Hydra запропонувала Швидкі Ізоморфні Канали.
! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею
3.1.3 Технічний принцип
Процес роботи каналу стану:
Аліса та Боб розгорнули багатопідписний контракт у основній мережі та внесли кошти, після підтвердження підпису канал відкрито.
Аліса та Боб проводять безкоштовні угоди без обмежень поза блокчейном, кожна угода підтверджується підписами обох сторін.
Коли потрібно закрити канал, одна сторона подає запит на транзакцію в основній мережі:
У разі виникнення суперечки можна подати підписану доказ фрода до основної мережі.
3.1.4 Плюси та мінуси
Переваги:
Недоліки:
3.1.5 Застосування
Основні застосування:
Біткойн-мережа: канал малих платежів в мережі біткойн.
Мережа Lightning Ethereum: канал малих платежів на базі Ethereum.
Celer Network: збільшення шару стимулів для блискавичних мереж.
3.1.6 Порівняння застосувань
Мережі Lightning, Raiden і Celer мають відмінності в технічних маршрутах, сценаріях застосування та розвитку екосистеми. Мережа Lightning є більш зрілою, мережа Raiden розвивається повільно, а Celer Network досліджує нові сценарії застосування.
! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею
3.2 Бічні ланцюги
3.2.1 Резюме
Бокова ланка – це форма блокчейну, що виникла для прискорення транзакцій біткойна, яка може використовувати більш складні контракти або покращувати механізми консенсусу. Бокова ланка не є новим блокчейном, а є інфраструктурою, що приєднується до основного ланцюга та допомагає основному ланцюгу вирішувати проблеми.
3.2.2 Тимчасова лінія
2012/01: Концепція бічного ланцюга біткоїна була запропонована в чатах
2014/10: Опубліковано статтю про бічну ланцюг біткойна
2017/04: Запуск тестової мережі POA Network
2017/10: Запуск Matic Network
2017/12: Запуск основної мережі POA Network
2018/01: Запуск тестової мережі Skales
2018/10:Запуск тестової мережі xDai Chain
2020/06:Запуск основної мережі Skale
2020/06: Запуск основної мережі Matic PoS Chain на стороні Ethereum
2021/02: Matic Network перейменовано в Polygon Network
2021/02: Початок роботи основної мережі Ronin, бічної мережі гри Axie Infinity
2021/12: xDai Chain об'єдналася з Gnosis Dao і утворила Gnosis Chain
2022/03: Мережу POA об'єднано з Gnosis Chain
3.2.3 Технічний принцип
Бічні ланцюги в основному мають два способи спілкування з основним ланцюгом: двостороннє закріплення ( Symmetric Pegged ) і неузгоджене закріплення ( Asymmetric Pegged ).
Двостороннє прив'язування: валідатори основного ланцюга та бокового ланцюга в реальному часі фіксують стан один одного. Переміщення активів здійснюється за допомогою двосторонньої технології SPV.
Неконсистентне закріплення: валідатори побічного ланцюга моніторять активність основного ланцюга, побічний ланцюг може активно записувати під час переказів з основного ланцюга. Коли побічний ланцюг переказує на основний ланцюг, вводиться механізм сертифікаторів для перевірки транзакцій, повернених з побічного ланцюга.
Підсумок механізму бічного ланцюга: Бічна ланка: Головна ланка блокує активи, бічна ланка генерує wrapped asset Головний ланцюг: знищення обгорнутого активу на бічному ланцюзі, розблокування активу на головному ланцюзі
Безпека активів на бічному ланцюзі залежить від механізму консенсусу бічного ланцюга.
3.2.4 Плюси та мінуси
Переваги:
Недоліки:
3.2.5 Застосування
Основні застосування:
xDai( тепер перейменовано на Gnosis Chain): бокова ланка, прив'язана до долара 1:1.
Polygon: агрегатор рішень для масштабування Ethereum.
Ronin: Бокова ланка гри Axie Infinity.
3.2.6 Порівняння застосунків
xDai, Polygon та Ronin мають різні аспекти в механізмі консенсусу, сценаріях застосування, розвитку екосистеми тощо. xDai зосереджується на платежах, Polygon пропонує різноманітну екосистему, а Ronin спеціалізується на ігрових застосунках.
! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею
3.3 Плазма
3.3.1 Огляд
Plasma є рамкою для побудови масштабованих Dapp. Як еволюційне рішення для побічних ланцюгів, Plasma має на меті зменшити довіру користувачів до операторів побічних ланцюгів до мінімуму. Основний принцип Plasma полягає в тому, що, навіть якщо ланцюг Plasma зазнає безпекового збою, всі активи користувачів все ще можуть бути відкликані на основну мережу.
3.3.2 Хронологія
2017/08: Віталік і Джозеф Пун запропонували білу книгу Plasma
2018/01: Віталік запропонував Plasma MVP
2018/03: Віталік запропонував Plasma Cash
2018/06: Дан Робінсон提出 Plasma Debit
2018/11: Фонд BANKEX представив Plasma Prime
З 2019 року: спільнота Ethereum почала досліджувати Rollups
! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею
3.3.3 Технічні принципи
Основна ідея Plasma:
поза блокчейном виконання: більшість роботи обробляється за межами основної мережі
Зобов'язання стану: зобов'язання поточного стану блоку через Merkle Root
Механізм виходу: користувач може вивести кошти з Plasma-ланцюга
Користувацький процес:
Користувач вносить кошти в контракт Plasma у основній мережі
Користувач проводить транзакції в Plasma-ланцюзі
Оператор обробляє транзакцію та подає зобов'язання про стан до основної мережі
Вихід:
3.3.4 Плюси та мінуси
Переваги:
Недоліки:
3.3.5 Застосування
Основні застосування:
Plasma Group: дослідження фреймворку Plasma, пізніше перетворено на Optimism
OMG Network: ранній проект Plasma, пізніше трансформувався в Boba Network
Polygon: агрегатор масштабування Ethereum, що містить рішення Plasma
3.3.6 Порівняння застосунків
Технологія Plasma має вроджені проблеми, більшість проектів перейшли до інших рішень для масштабування. Plasma Group перейшла на Optimistic Rollup, OMG Network перейшла на Boba Network, Polygon перейшла на повноцінне L2 рішення.
3.4 Ролапи
3.4.1 Огляд
Rollups є рішенням для масштабування, яке розміщує обчислення та зберігання стану поза блокчейном, тоді як на ланцюгу зберігаються зобов'язання стану та стиснуті дані транзакцій. Вони поділяються на два основні типи: Optimistic Rollups та ZK Rollups.
3.4.2 Технічний принцип
Основна ідея Rollups