Анализ решений по расширению вне блокчейна: принципы и применение технологии состояния канала

Глубокий анализ вне блокчейна расширения

1. Необходимость расширения

Будущее видение блокчейна заключается в децентрализации, безопасности и масштабируемости, но обычно можно реализовать только два из этих аспектов, что называется «невозможной тройкой» блокчейна. В течение многих лет люди исследовали, как решить эту проблему, повышая пропускную способность и скорость транзакций блокчейна при гарантии децентрализации и безопасности, то есть решая проблему масштабирования, что является одной из актуальных тем на текущем этапе развития блокчейна.

Децентрализация, безопасность и масштабируемость блокчейна определяются следующим образом:

  • Децентрализация: любой может стать узлом и участвовать в производстве и верификации блокчейн-системы. Чем больше узлов, тем выше степень децентрализации, что обеспечивает защиту сети от централизованных участников.

  • Безопасность: чем выше стоимость получения контроля над блокчейн-системой, тем выше безопасность, и сеть может противостоять атакам значительного числа участников.

  • Масштабируемость: способность блокчейна обрабатывать большое количество транзакций.

Первый значительный хардфорк сети Биткойн возник из-за проблемы масштабируемости. С увеличением числа пользователей и объема транзакций сеть Биткойн с ограничением в 1 МБ на блок начала сталкиваться с проблемами перегрузки. С 2015 года в сообществе Биткойн существует разногласие по вопросу масштабируемости: одна сторона поддерживает увеличение размера блока, другая считает, что следует использовать решение SegWit для оптимизации структуры основной цепи. 1 августа 2017 года система клиентских приложений Bitcoin ABC, разработанная самостоятельно, с блоками размером 8 МБ начала работать, что привело к первому значительному хардфорку Биткойн и появлению новой криптовалюты BCH.

Сеть Эфириума также выбрала жертву некоторой степени масштабируемости для обеспечения безопасности и децентрализации сети. Хотя здесь нет ограничений на размер блока, как в биткойне, объем транзакций ограничивается путём ограничения платы за газ, которую может содержать один блок, с целью достижения бездоверительного консенсуса и обеспечения широкого распределения узлов.

Начиная с CryptoKitties 2017 года, затем лето DeFi и, наконец, появление таких цепочечных приложений, как GameFi и NFT, рынок испытывает постоянно растущий спрос на пропускную способность. Однако даже Тьюринг-полноценный Ethereum может обрабатывать только 15-45 транзакций в секунду, что приводит к увеличению стоимости транзакций и увеличению времени расчета, и большинству Dapps трудно выдержать операционные расходы, в результате чего вся сеть становится медленной и дорогой для пользователей. Проблема масштабируемости блокчейна требует срочного решения. Идеальное решение для масштабируемости: максимальное увеличение скорости транзакций и пропускной способности сети блокчейна без ущерба для децентрализации и безопасности.

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

2. Категории решений по масштабированию

Согласно стандарту "изменится ли уровень основной сети", решения по масштабированию можно разделить на две основные категории: масштабирование на блокчейне и вне блокчейна.

2.1 Масштабирование на блокчейне

核心概念:решение, достигающее эффекта масштабирования за счет изменения уровня протокола основной сети, в настоящее время основное решение - это шардирование.

Существует несколько решений для масштабирования в блокчейне, кратко перечислим два из них:

  • Решение первое заключается в расширении пространства блока, увеличении количества транзакций, упакованных в каждый блок, но это повысит требования к высокопроизводительному оборудованию узлов и снизит степень "децентрализации".

  • Решение два - это шarding, разделение блокчейн-реестра на несколько частей, за которые отвечают разные узлы, параллельные вычисления могут одновременно обрабатывать несколько транзакций. Это может снизить вычислительное давление на узлы и порог для вступления, повысить скорость обработки транзакций и степень децентрализации, но это также может снизить "безопасность" всей сети.

Изменение кода протокола основной сети может привести к непредсказуемым негативным последствиям, поскольку любые незначительные уязвимости безопасности на уровне основного кода могут серьезно угрожать безопасности всей сети. Сеть может быть вынуждена провести форк или прервать обновление для исправления. Например, инцидент с инфляционной уязвимостью Zcash в 2018 году: код Zcash был изменен на основе версии кода Bitcoin 0.11.2, и в 2018 году один инженер обнаружил высокоопасную уязвимость в его основном коде, а именно возможность неограниченной эмиссии токенов. Вскоре команда потратила 8 месяцев на секретное исправление, и только после исправления уязвимости этот инцидент был раскрыт.

2.2 вне блокчейна расширение

Основная концепция: решение для масштабирования, не изменяющее существующий протокол первого уровня.

вне блокчейна решения по масштабированию можно дополнительно разделить на Layer2 и другие решения:

  • Layer2: создание нового уровня над основной цепочкой, обработка большинства транзакций и вычислений, взаимодействие с основной цепочкой только в случае необходимости. Включает в себя каналы состояния, побочные цепочки, Plasma, Rollups и др.

  • Другие решения: не строить новый уровень, а использовать другие технологии для масштабирования. Например, Validium, Volition и т.д.

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

3. Решение по расширению вне блокчейна

3.1 Государственные каналы

3.1.1 Обзор

Состояние канала предполагает, что пользователи должны взаимодействовать с основной сетью только при открытии, закрытии или разрешении споров; взаимодействие между пользователями осуществляется вне блокчейна, чтобы снизить временные и финансовые затраты на транзакции и позволить неограниченное количество транзакций.

Состояние канала — это простой P2P-протокол, подходящий для "приложений на основе раундов", таких как шахматная игра на двоих. Каждый канал управляется мультиподписным смарт-контрактом, работающим в основной сети, который контролирует активы, внесенные в канал, проверяет обновления состояния и арбитражирует споры между участниками ( на основе доказательства мошенничества с подписью и временной меткой ). После развертывания контракта в блокчейн-сети участники вносят средства и блокируют их, и после подтверждения подписей обеих сторон канал официально открывается. Канал позволяет участникам проводить неограниченное количество бесплатных сделок вне блокчейна (, при условии, что их чистая стоимость переводов не превышает общего объема внесенных токенов ). Участники поочередно отправляют обновления состояния друг другу, 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 в случае возникновения споров или закрытия канала они полагаются на подтверждение основной сети. Когда необходимо закрыть канал, любой из участников может подать запрос на транзакцию в основной сети, и если запрос на выход получает единогласное одобрение подписи, то на блокчейне он выполняется немедленно, то есть смарт-контракт распределяет оставшиеся заблокированные средства в соответствии с балансом каждого участника в финальном состоянии канала; если другие участники не одобряют подпись, то всем придется дождаться окончания "периода оспаривания", чтобы получить оставшиеся средства.

В общем, схема каналов состояния может значительно уменьшить вычислительную нагрузку основной сети, повысить скорость транзакций и снизить стоимость транзакций.

3.1.2 Временная линия

  • 2015/02, Джозеф Пун и Таддеус Дрйя опубликовали черновик белой книги о сети Lightning.

  • В ноябре 2015 года Джефф Коулман впервые систематически изложил концепцию State Channel и предложил, что Payment Channel биткойна является подкатегорией концепции State Channel.

  • Январь 2016 года, Джозеф Пун и Тадеус Дрйя официально опубликовали белую книгу «Сеть Lightning для биткойнов: Масштабируемые вне блокчейна мгновенные платежи», предложившую решение для масштабирования сети биткойнов Payment Channel( платежный канал), которое предназначено только для обработки транзакционных платежей в сети биткойнов.

  • Ноябрь 2017 года, первая спецификация дизайна State Channel на базе фреймворка Payment Channel, известная как Sprites, была предложена.

  • 2018/06, Counterfactual представил очень детализированный дизайн Обобщенных Каналов Состояний, это первый полностью связанный с каналами состояния 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, основанным на этой идее.

  • 2019/10, Pisa расширила концепцию Watchtowers, чтобы решить проблему постоянного онлайн-пребывания всех участников.

  • 2020/03, Hydra представила Быстрые Изоморфные Каналы.

3.1.3 Технические принципы

Рисунок 1 демонстрирует рабочий процесс на традиционной цепочке: Алиса и Боб взаимодействуют с умным контрактом, развернутым в основной сети, пользователи изменяют состояние умного контракта, отправляя транзакции на цепочку. Недостатком является то, что это приводит к обсуждаемым выше проблемам времени и затрат.

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

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

  • Первый шаг, Алиса и Боб взаимодействуют, переводя средства с личного EOA на адрес контракта вне блокчейна (, 1,2), эти средства блокируются в контракте и возвращаются пользователю только при закрытии канала; после подтверждения подписей, канал состояния между ними официально открывается.

  • Второй шаг, Алиса и Боб теоретически могут проводить неограниченное количество транзакций вне блокчейна ( с помощью этого канала, участники обмениваются зашифрованными подписанными сообщениями ), а не общаются с сетью блокчейна (. Оба пользователя должны подписывать каждую транзакцию, чтобы предотвратить мошенничество с двойными расходами. С помощью этих сообщений они предлагают обновления состояния своих счетов и принимают предложенные друг другом обновления состояния.

  • Третий шаг, если Алиса хочет закрыть канал и завершить сделку с Бобом, Алисе нужно отправить контракту окончательное состояние своего счета ) взаимодействие 3(. Если Боб подпишет и одобрит, контракт вернет заблокированные средства соответствующему пользователю ) взаимодействие 4,5( в соответствии с окончательным состоянием. Если Боб не ответит подписью, контракт вернет заблокированные средства соответствующему пользователю по истечении периода оспаривания.

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

Рисунок 3 показывает рабочий процесс канала состояния в пессимистичном случае: изначально два участника вносят средства ) взаимодействие 1, 2(, а затем начинают обмениваться обновлениями состояния ) синяя пунктирная линия (. Предположим, в какой-то момент времени Боб не отвечает на подпись обновления состояния, отправленную Элис ) взаимодействие 3(, в это время Элис может инициировать вызов, подав в контракт свое последнее действительное состояние ) взаимодействие 4(, это действительное состояние также содержит подпись Боба ранее, 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 они могут продолжать торговать в канале состояния; если Боб не ответит в этот период времени, контракт автоматически закроет канал состояния и вернет средства Элис ) взаимодействие 5(.

! [Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-815c5eb2bdba725e04eebe67b22d42aa.webp(

)# 3.1.4 Достоинства и недостатки

Преимущества:

  • Мгновенное подтверждение транзакции
  • Высокая пропускная способность
  • Низкие交易成本
  • Хорошая конфиденциальность

Недостатки:

  • Необходимо заблокировать средства
  • Необходимо, чтобы все участники были онлайн в реальном времени
  • Задержка вывода
  • Высокие затраты на инициализацию канала
  • Пожалуйста, снова откройте канал
  • Высокая сложность сети канала

3.1.5 Приложение

Биткойн-Лайтнинг Сеть

Обзор: Сеть Lightning является каналом малых платежей в сети Биткойн, ее технологическая эволюция включает: создание одностороннего платежного канала с помощью 2/2 мультиподписей, после добавления RSMC### Revocable Sequence Maturity Contract( можно создать двусторонний 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 малых платежей, а затем с помощью посредников формируется торговая сеть, что позволяет решить проблему масштабируемости сети Биткойн. Общая схема использования сети Lightning следует процессу "депозит) создание канала( → транзакция сети Lightning) обновление состояния канала( → возврат/урегулирование) завершение канала("; теоретически сеть Lightning может обрабатывать миллион транзакций в секунду.

Временная линия:

  • Февраль 2015 года, Джозеф Пун и Тадеус Дрйя 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 общественная емкость сети Lightning )TVL( составляла всего около 40 миллионов долларов, и всего около 100 тысяч пользователей использовали сеть Lightning.
  • В июне 2021 года Сальвадор объявил о принятии биткойна в качестве законного платежного средства,
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
  • 5
  • Репост
  • Поделиться
комментарий
0/400
LiquidationSurvivorvip
· 4ч назад
Старое как мир смертельное трио
Посмотреть ОригиналОтветить0
GateUser-00be86fcvip
· 4ч назад
Выбор из трех, чтобы выбрать два — это действительно сложно.
Посмотреть ОригиналОтветить0
GateUser-bd883c58vip
· 4ч назад
Настоящая треугольная загадка, которую невозможно разгадать.
Посмотреть ОригиналОтветить0
LightningPacketLossvip
· 4ч назад
Треугольник невозможен? Это же судьба.
Посмотреть ОригиналОтветить0
down_only_larryvip
· 4ч назад
Можно ли взять все три? Это меня очень нервирует.
Посмотреть ОригиналОтветить0
  • Закрепить