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Expansão fora da cadeia: a tecnologia Layer2 que quebra a Trindade Profana
Explicação Profundidade da Expansão fora da cadeia
Autor: Cobo Ventures
1. A Necessidade de Escalabilidade
O futuro da blockchain é uma visão grandiosa: descentralização, segurança e escalabilidade; mas geralmente a blockchain só consegue realizar dois desses aspectos, e atender a esses três requisitos é conhecido como o problema do triângulo impossível da blockchain. Ao longo dos anos, as pessoas têm explorado como resolver esse dilema, como aumentar a capacidade de processamento e a velocidade das transações da blockchain, garantindo ao mesmo tempo a descentralização e a segurança, ou seja, resolver o problema da escalabilidade é um dos tópicos mais discutidos no processo de desenvolvimento atual da blockchain.
Vamos primeiro definir de forma geral a descentralização, a segurança e a escalabilidade da blockchain:
Descentralização: qualquer pessoa pode se tornar um nó e participar da produção e verificação do sistema de blockchain. Quanto maior o número de nós, maior o grau de descentralização, garantindo assim que a rede não seja controlada por um pequeno grupo de grandes participantes centralizados.
Segurança: quanto maior o custo para obter o controle do sistema de blockchain, maior será a segurança, permitindo que a cadeia resista a uma maior proporção de ataques de participantes.
Escalabilidade: a capacidade da blockchain de processar um grande número de transações.
A primeira grande bifurcação dura da rede Bitcoin surgiu devido a problemas de escalabilidade. Com o aumento do número de usuários e do volume de transações do Bitcoin, a rede Bitcoin, cujo limite por bloco é de 1MB, começou a enfrentar problemas de congestionamento; a partir de 2015, a comunidade Bitcoin apresentou divergências sobre a questão da escalabilidade, com um lado representado pelo Bitcoin ABC, que apoiava a expansão do tamanho dos blocos, e o outro lado, representado pelo Bitcoin Core, que defendia a utilização da solução Segwit para otimizar a estrutura da cadeia principal. Em 1 de agosto de 2017, o Bitcoin ABC lançou um sistema de cliente desenvolvido por eles com capacidade de 8MB, resultando na primeira grande bifurcação dura da história do Bitcoin, que também deu origem à nova criptomoeda BCH.
Da mesma forma, a rede Ethereum também optou por sacrificar uma parte da escalabilidade para garantir a segurança e a descentralização da rede; embora a rede Ethereum não tenha limitado o volume de transações como a rede Bitcoin, restringindo o tamanho do bloco, ela, de certa forma, se transformou em um limite para a taxa de gás que pode ser acomodada em um único bloco. Mas o objetivo é o mesmo: alcançar um Consensus Sem Confiança e garantir a ampla distribuição dos nós. (, seja cancelando ou aumentando o limite, muitos nós menores com largura de banda, armazenamento e capacidade de computação insuficientes serão eliminados. ).
Desde o CryptoKitties em 2017, o verão DeFi, até o surgimento posterior de aplicações em cadeia como GameFi e NFT, a demanda do mercado por capacidade de processamento tem aumentado constantemente. No entanto, mesmo o Ethereum, que é Turing-completo, consegue processar apenas 15 a 45 transações por segundo (TPS), levando ao aumento dos custos de transação, ao prolongamento do tempo de liquidação, e dificultando a viabilidade econômica da maioria dos Dapps. Como resultado, toda a rede torna-se lenta e cara para os usuários, e o problema da escalabilidade da blockchain precisa ser resolvido com urgência. A solução ideal de escalabilidade é: aumentar a velocidade das transações da rede de blockchain ( um tempo de finalização ) mais curto e uma capacidade de processamento de transações ( TPS) mais alta, sem sacrificar a descentralização e a segurança.
2. Tipos de planos de escalabilidade
Nós classificamos as soluções de escalabilidade em duas grandes categorias: escalabilidade em cadeia e escalabilidade fora da cadeia, com base no critério de "se há uma mudança na camada da mainnet".
2.1 Expansão on-chain
Conceito Central: solução que alcança o efeito de escalabilidade ao alterar uma camada do protocolo da rede principal, sendo a principal solução atual a fragmentação.
A escalabilidade em cadeia tem várias soluções, este artigo não irá desenvolvê-las, abaixo são listadas brevemente duas soluções:
A opção um é expandir o espaço do bloco, ou seja, aumentar o número de transações empacotadas em cada bloco, mas isso aumentará as exigências para dispositivos de nós de alto desempenho, elevando a barreira de entrada para os nós e reduzindo o grau de "descentralização".
A opção dois é o sharding, que divide o livro-razão da blockchain em várias partes, não sendo mais necessário que cada nó participe de todos os registros, mas sim que diferentes shards, ou seja, diferentes nós, sejam responsáveis por registros distintos, permitindo que cálculos paralelos processem várias transações simultaneamente; isso pode reduzir a pressão computacional sobre os nós e o limiar de entrada, aumentando a velocidade de processamento de transações e o grau de descentralização; mas isso significa que o poder computacional de toda a rede é disperso, o que pode reduzir a "segurança" da rede.
Modificar o código do protocolo principal de uma camada pode ter efeitos negativos imprevisíveis, uma vez que qualquer pequena vulnerabilidade de segurança subjacente pode ameaçar seriamente a segurança de toda a rede, a qual pode ser forçada a realizar um fork ou a interromper a atualização de reparo. Por exemplo, o incidente da vulnerabilidade de inflação do Zcash em 2018: o código do Zcash foi modificado a partir do código da versão 0.11.2 do Bitcoin, e em 2018 um engenheiro descobriu uma vulnerabilidade crítica no código subjacente, permitindo que os tokens fossem emitidos infinitamente. A equipe levou 8 meses para corrigir secretamente a falha, e o incidente só foi tornado público após a correção da vulnerabilidade.
2.2 fora da cadeia expansão
Conceito central: solução de escalabilidade que não altera o protocolo da mainnet de camada 1 existente.
O plano de escalabilidade fora da cadeia pode ser dividido em Layer2 e outras soluções:
3. Fora da cadeia expansão do plano
3.1 Canais Estaduais
3.1.1 Resumo
O canal de estado estipula que os utilizadores só precisam interagir com a rede principal quando o canal é aberto, fechado ou para resolver disputas, e que a interação entre utilizadores deve ser realizada fora da cadeia, a fim de reduzir o tempo e o custo monetário das transações dos utilizadores, permitindo que o número de transações não seja limitado.
Os canais de estado são protocolos P2P simples, adequados para "aplicações baseadas em turnos", como um jogo de xadrez entre duas pessoas. Cada canal é gerido por um contrato inteligente multi-assinatura que opera na rede principal, que controla os ativos depositados no canal, valida atualizações de estado e arbitra disputas entre os participantes ( com base em provas de fraude ) que incluem assinaturas e carimbos de data/hora. Após os participantes terem implementado o contrato na rede blockchain, depositam um montante de fundos e o bloqueiam; após a confirmação da assinatura de ambas as partes, o canal é oficialmente aberto. O canal permite que os participantes realizem transações fora da cadeia sem limitações de número (, desde que o valor líquido das transferências não exceda o total de tokens depositados ). Os participantes alternam o envio de atualizações de estado um para o outro, aguardando a confirmação da assinatura do outro. Uma vez que a assinatura do outro é confirmada, essa atualização de estado é considerada concluída. Normalmente, as atualizações de estado acordadas por ambas as partes não são carregadas na rede principal; apenas em caso de disputas ou ao encerrar o canal é que a confirmação da rede principal é necessária. Quando é necessário fechar o canal, qualquer participante pode apresentar um pedido de transação na rede principal; se o pedido de saída receber a aprovação unânime das assinaturas, será executado imediatamente na cadeia, ou seja, o contrato inteligente distribuirá os fundos restantes bloqueados com base no saldo final de cada participante no canal; se outros participantes não aprovarem a assinatura, todos devem esperar pelo fim do "período de contestação" para receber os fundos restantes.
Em suma, a solução de canais de estado pode reduzir significativamente a carga computacional da rede principal, aumentar a velocidade das transações e diminuir os custos das transações.
3.1.2 Linha do tempo
2015/02, Joseph Poon e Thaddeus Dryja publicaram o rascunho do white paper da Lightning Network.
2015/11, Jeff Coleman resumiu sistematicamente o conceito de Canal de Estado pela primeira vez, propondo que o Canal de Pagamento do Bitcoin é um subcaso do conceito de Canal de Estado.
2016/01, Joseph Poon e Thaddeus Dryja publicaram oficialmente o white paper "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments" propondo uma solução de escalabilidade para a Rede Lightning do Bitcoin, o Payment Channel(, que é utilizado apenas para processar pagamentos de transferência na rede Bitcoin.
2017/11, foi proposta a primeira norma de design sobre State Channel baseada na estrutura Payment Channel, chamada Sprites.
2018/06, Counterfactual apresentou um design de Canais de Estado Generalizados muito detalhado, que é o primeiro design totalmente relacionado a canais de estado.
2018/10, o artigo Generalised State Channel Networks propõe os conceitos de State Channel Networks e Virtual Channels.
2019/02, o conceito de canais de estado foi expandido para N-Party Channels, Nitro é o primeiro protocolo baseado nessa ideia.
2019/10, Pisa alargou o conceito de Watchtowers para resolver o problema de todos os participantes precisarem estar continuamente online.
2020/03, Hydra apresentou Canais Isomórficos Rápidos.
)# 3.1.3 Princípio Técnico
O fluxo de trabalho básico do canal de estado é o seguinte:
Alice e Bob depositam fundos de uma EOA pessoal para um endereço de contrato na cadeia, esses fundos são bloqueados no contrato até que o canal seja fechado, momento em que o saldo é devolvido ao usuário; após a confirmação da assinatura, o canal de estado entre os dois é oficialmente aberto.
Alice e Bob podem, teoricamente, realizar transações ilimitadas fora da cadeia através deste canal, com os participantes comunicando-se por mensagens assinadas criptograficamente ### em vez de se comunicarem com a rede blockchain (. Ambos os usuários precisam assinar cada transação para evitar fraudes de gasto duplo. Através dessas mensagens, eles propõem atualizações de estado de suas contas e aceitam as atualizações de estado propostas pelo outro.
Se Alice quiser fechar o canal e terminar a transação com Bob, Alice precisa submeter o estado final da sua conta ao contrato. Se Bob assinar e aprovar, o contrato irá liberar os fundos bloqueados de acordo com o estado final e retorná-los ao respectivo usuário. Se Bob não responder com a assinatura, o contrato irá liberar os fundos bloqueados e retorná-los ao respectivo usuário após o fim do período de desafio.
![Relatório de pesquisa aprofundada: Análise completa da expansão fora da cadeia])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ead28de03be9fc22dcfe3f679ee36bc5.webp(
)# 3.1.4 Vantagens e desvantagens
Vantagens:
Desvantagens:
3.1.5 Aplicação
As principais aplicações incluem a Lightning Network do Bitcoin, a Lightning Network do Ethereum e a Celer Network.
Tomando a rede Lightning do Bitcoin como exemplo:
A ecologia da rede Lightning, de baixo para cima, consiste na: rede BTC de base, infraestrutura central, e várias aplicações. Atualmente, existem mais de 100 aplicações, abrangendo múltiplas categorias como pagamentos, carteiras, e gestão de nós.
![Relatório de Pesquisa Profundidade: Análise Completa da Expansão fora da cadeia])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(
)# 3.1.6 Comparação de Aplicações
A rede Lightning do Bitcoin, a rede Lightning do Ethereum e a Celer Network apresentam algumas diferenças em termos de conceito de design, cenários de aplicação e grau de desenvolvimento:
De um modo geral, a tecnologia de canais de estado ainda está em constante desenvolvimento e espera-se que no futuro tenha uma aplicação mais ampla em cenários como pagamentos de baixo valor e alta frequência.
3.2 Sidechains
3.2.1 Resumo
As cadeias laterais surgiram como uma forma de blockchain para acelerar as transações de bitcoin, podendo utilizar contratos mais complexos ou melhorar o mecanismo de consenso ### como PoS (, ou ajustar parâmetros de bloco para que a cadeia lateral atenda a funções específicas. O resultado das transações da cadeia lateral é, em última análise, registrado no lado dos validadores quando é enviado de volta à cadeia principal. Este modelo de blockchain não é uma nova forma de blockchain, mas sim uma infraestrutura que se anexa à cadeia principal e ajuda a resolver problemas da cadeia principal.
)# 3.2.2 Linha do tempo