Sistema de conocimientos básicos de la red de segunda capa de Bitcoin

El auge de las inscripciones en Bitcoin ha inyectado nueva vitalidad al ecosistema de Bitcoin, provocando que más personas vuelvan a prestar atención a Bitcoin. Hay opiniones que consideran que esto ha abierto la caja de Pandora del ecosistema de Bitcoin. En los numerosos desarrollos tecnológicos del ecosistema de Bitcoin, la construcción de la segunda capa es crucial. Este artículo se basa en algunos artículos conocidos, en intercambios con varios profesionales de la industria, así como en las experiencias de nuestro equipo en el diseño y desarrollo de productos Web3, y resume los conocimientos básicos sobre la segunda capa de Bitcoin. Este enfoque ayuda a resumir y aprender, y también espera poder inspirar a otros, atrayendo a más personas para perfeccionar ideas relacionadas y promover el desarrollo de este campo.

El mundo de la blockchain comienza con Bitcoin y termina con el ecosistema de Bitcoin. Ethereum también puede verse como una exploración de la tecnología de cadena lateral de Bitcoin.

En este artículo, los conceptos de "construcción de segunda capa" y "construcción de red de segunda capa" son intercambiables. Generalmente, "construcción de red de segunda capa" es más específico, mientras que la construcción de segunda capa es más amplia. Sin embargo, para adaptarnos a las expresiones comúnmente utilizadas en la industria, también utilizaremos "construcción de red de segunda capa"; ambos se refieren al mismo concepto en este artículo.

1. Misión común que debe cumplir la segunda capa Layer2

Para entender los problemas básicos que necesita resolver la construcción de la segunda capa de Bitcoin, comenzaremos con las características fundamentales del sistema blockchain.

1.1 Características básicas y necesidades fundamentales de la blockchain

Este artículo toma prestado el concepto propuesto por Vitalik: la blockchain es una "computadora mundial". Desde esta perspectiva, entender las diversas características de la blockchain será más claro. En el siguiente texto, también analizaremos la posible evolución de esta "computadora mundial" basándonos en la estructura de von Neumann.

Primero resumamos algunas características básicas:

Transparente y abierto: Esta es la característica de almacenamiento de datos y ejecución de instrucciones de la "computadora mundial" que es la blockchain, y también es una característica interna que requiere la participación conjunta de numerosos nodos distribuidos en todo el mundo. Esta característica satisface el derecho a la información de los usuarios sobre los datos, y es el resultado conjunto de los requisitos de colaboración interna de esta "computadora mundial" y las necesidades externas de los usuarios. La característica de privacidad mencionada más adelante satisface las necesidades externas de los usuarios, sin comprometer los requisitos de colaboración de esta "computadora mundial".

Descentralización: Esta característica es un rasgo arquitectónico de esta "computadora mundial". El grado de descentralización y la tolerancia a fallos, en teoría, están soportados por la teoría de los generales bizantinos ( en situaciones donde es posible que algunos colaboradores no sean honestos, es decir, no cumplan con el protocolo ). Los sistemas no bizantinos de generales, en teoría, no son sistemas de blockchain. Más adelante veremos dos casos de sistemas no blockchain en la construcción de segunda capa. El grado de descentralización es un indicador importante de la seguridad de la blockchain y también es la base de ciertas características.

Seguridad: La seguridad es una composición conjunta de la demanda interna generada por las características arquitectónicas de esta "computadora mundial" y la demanda externa requerida por los usuarios. Desde un nivel microscópico, la seguridad se garantiza mediante tecnologías relacionadas con la criptografía, y desde un nivel macroscópico, se garantiza a través de la descentralización de la arquitectura, lo que evita que la seguridad de esta "computadora mundial" se vea afectada por la falsificación de datos microscópicos o por la destrucción de la arquitectura macroscópica.

Capacidad de cálculo: Una de las principales funciones de esta computadora mundial llamada blockchain es la capacidad de cálculo. Para medir este indicador, generalmente usamos si es Turing completo como referencia. Algunas cadenas, para mantener sus características principales, están diseñadas intencionadamente para ser Turing incompletas. Por ejemplo, en la red de Bitcoin, Satoshi Nakamoto no solo hizo que sus instrucciones de código no fueran Turing completas, sino que también eliminó intencionadamente algunas instrucciones del conjunto durante el desarrollo, manteniendo así su estabilidad y seguridad. Todas las tecnologías Turing completas están destinadas a expandir la capacidad de cálculo de la blockchain. Desde la perspectiva del diseño en capas, los sistemas simples son más adecuados para ser la capa base.

Rendimiento: Con la misma capacidad de cálculo, el rendimiento es otra de las principales capacidades que se evalúan en el mundo de las computadoras de la blockchain. Generalmente se mide en TPS, es decir, el número de transacciones procesadas por segundo.

Almacenamiento: La blockchain se describe como "computadora del mundo", por lo que debe tener una función de almacenamiento, que es la capacidad de registrar datos. Actualmente, casi todo se almacena dentro de bloques, y el almacenamiento más especializado fuera de bloques, en la cadena, aún está en desarrollo.

Privacidad: La privacidad es una necesidad específica en la "computadora mundial", que exige mantener el ámbito de permisos de los productores y usuarios de datos durante el proceso de cálculo y almacenamiento. ( También incluimos la resistencia a la censura en la parte de privacidad. ) Esto está impulsado principalmente por las necesidades externas de los usuarios.

También hay un indicador integral de escalabilidad, que generalmente se refiere a la escalabilidad de toda la arquitectura, esta característica afecta la mayoría de las características fundamentales, a nivel de arquitectura, la escalabilidad del sistema es un indicador muy importante. Además, puede haber algunas capacidades de conexión, o algunas capacidades específicas de ciertos escenarios, pero no se discutirá mucho aquí, se analizarán en detalle cuando se encuentren estos escenarios especiales.

En estas características fundamentales de las cadenas de bloques, la mayoría están limitadas por la relación de desarrollo mutuo del triángulo imposible. Por ejemplo, la conjetura DSS es la descentralización (Decentralization, D), la seguridad (Security, S) y la escalabilidad (Scalability, S).

En un sistema distribuido, un triángulo imposible similar es el principio CAP, que se refiere a que en un sistema distribuido, la Consistencia(, la Disponibilidad) y la Tolerancia a particiones( no se pueden obtener al mismo tiempo. Un sistema de blockchain es un sistema distribuido con el problema de los generales bizantinos, por lo que también se aplica el principio CAP.

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) 1.2 El papel de la construcción de la segunda capa

¿Qué roles debe completar la construcción de la segunda capa? ¿Qué funciones debe proporcionar? La construcción de la segunda capa debe abordar las deficiencias del sistema de la primera capa y realizar en la segunda capa las tareas que no son adecuadas para completarse en el sistema de la primera capa.

A partir de las características de blockchain resumidas anteriormente, podemos llegar a una conclusión preliminar, que es la necesidad de expandir estas capacidades básicas: transparencia pública, descentralización, seguridad, capacidad de cómputo, rendimiento (, capacidad de procesamiento ), almacenamiento, privacidad, etc. Además de estas capacidades básicas desde el punto de vista técnico, hay un problema económico muy importante que necesita ser resuelto, que es la reducción de costos; generalmente, el costo total de ejecutar transacciones en una red de primera capa es bastante alto, por lo que es necesario utilizar redes de segunda capa para reducir estos costos.

En resumen, la solución para aumentar la capacidad, reducir costos y personalizar características son todas construcciones de segundo nivel. En cuanto a las características personalizadas, actualmente no son lo suficientemente evidentes, o a menudo se ocultan entre las dos primeras características, lo que puede resultar confuso. Podemos entenderlo de esta manera: las características de la red de primer nivel requieren diferentes grados para muchas aplicaciones, y se pueden ajustar nuevamente los grados de implementación de varias características en el segundo nivel para ciertas aplicaciones.

En la construcción de la segunda capa, las capacidades básicas de la blockchain tendrán que hacer concesiones, se reducirán algunas características e incluso se descartarán ciertas características a cambio de una mejora significativa en otras. Por ejemplo: algunas segundas capas, para mejorar el rendimiento, reducirán el grado de descentralización y disminuirán la seguridad; algunas segundas capas, para aumentar el rendimiento, como la red Lightning, cambiarán la estructura del sistema y la forma de liquidación. También hay algunas que, sin reducir las características básicas, han mejorado alguna característica, como el método de manejo de RGB, que ha aumentado notablemente la privacidad y la resistencia a la censura, pero ha incrementado la dificultad de implementación técnica. En los casos posteriores, veremos construcciones de segunda capa que reducen o cambian simultáneamente varias características.

Reducir costos debería ser una necesidad básica en toda la construcción de segunda capa.

1.3 ¿Por qué hacer un diseño por capas?

El diseño en capas es un medio y una metodología para que los humanos manejen sistemas complejos, dividiendo el sistema en múltiples estructuras jerárquicas y definiendo las relaciones y funciones entre cada capa, con el fin de lograr la modularidad, mantenibilidad y escalabilidad del sistema, mejorando así la eficiencia y fiabilidad del diseño del sistema.

Para un sistema de protocolos amplio y vasto, el uso de capas tiene beneficios claros. Esto facilita la comprensión, la división del trabajo y la mejora modular. Es similar al diseño del modelo de siete capas ISO/OSI en redes informáticas, pero en la implementación específica, se pueden combinar algunas capas, por ejemplo, el protocolo de red específico TCP/IP es un protocolo de cuatro capas.

Las ventajas de la estratificación del protocolo son las siguientes:

1. Cada nivel es independiente. Un nivel no necesita saber cómo se implementa el siguiente, solo necesita conocer los servicios que ofrece a través de la interfaz entre capas. De esta manera, la complejidad del problema total disminuye. Es decir, cómo se lleva a cabo el trabajo del nivel anterior no afecta el trabajo del siguiente, por lo que al diseñar el trabajo de cada nivel, solo necesitamos garantizar que la interfaz se mantenga constante, y podemos ajustar libremente la forma de trabajar dentro del nivel.

2. Buena flexibilidad. Cuando se produce un cambio en cualquier capa, siempre que la relación de interfaz entre capas se mantenga sin cambios, las capas por encima o por debajo de esta capa no se verán afectadas. Cuando una capa presenta innovaciones tecnológicas o tiene problemas durante su funcionamiento, no afectará el trabajo de las otras capas, y al resolver problemas, solo es necesario considerar el problema de esta capa de forma independiente.

3. Estructuralmente, se pueden dividir. Cada capa puede utilizar la tecnología más adecuada para su implementación. El desarrollo de la tecnología a menudo es asimétrico; la división jerárquica evita eficazmente el efecto de la barrica, de modo que no se ve afectada la eficiencia del trabajo en general debido a la imperfección de una determinada tecnología.

4. Fácil de implementar y mantener. Esta estructura hace que la implementación y depuración de un sistema grande y complejo sea manejable, ya que todo el sistema se ha descompuesto en varios subsistemas relativamente independientes. Durante la depuración y el mantenimiento, se puede depurar cada capa de forma independiente, evitando situaciones en las que no se puede encontrar o resolver problemas erróneos.

5. Puede promover el trabajo de estandarización. Porque cada capa tiene una descripción precisa de sus funciones y los servicios que ofrece. La ventaja de la estandarización es que se puede reemplazar libremente alguna de las capas, lo cual es muy conveniente para el uso y la investigación.

El pensamiento de diseño modular por capas es un enfoque común en el campo técnico para abordar proyectos de ingeniería que son grandes en funcionalidad, requieren la colaboración de múltiples personas y están en constante mejora, y es un método que ha sido validado por la práctica y ha demostrado ser efectivo.

2. Algunas ideas para la construcción de Bitcoin Layer2

Tomamos la construcción de la segunda capa de Bitcoin como un caso para realizar un análisis relacionado. La segunda capa de Bitcoin tiene tres rutas de construcción de segunda capa destacadas:

###1( una es una ruta de expansión basada en la cadena, muy similar a la segunda capa de EVM, es la estructura de la blockchain;

)2(Una es una ruta basada en distribuida, representada por la red Lightning, es una estructura distribuida.

)3( también hay una ruta basada en un sistema centralizado, representada por un índice centralizado, que es una estructura centralizada.

Las dos primeras formas tienen características únicas, ya hay algunos productos en uso y otros en exploración. En cuanto a la primera forma, debido al florecimiento de Ethereum y la exploración de otras cadenas que imitan a Bitcoin, la expansión de segunda capa basada en la cadena es relativamente más fácil, con más casos de referencia. La segunda forma, basada en la distribución, suele ser más difícil y su desarrollo es un poco más lento, representada por la Red Lightning. La tercera forma es muy controvertida, porque no parece una construcción de segunda capa, pero parece haber cumplido con las funciones de construcción de segunda capa.

¿Cuál de las soluciones de construcción de segunda capa es mejor? Usamos un resultado de mercado como medida, la solución cuya red de segunda capa tenga un valor total bloqueado TVL)Total Value Locked( más alto, será la solución óptima. Con el tiempo y el desarrollo de la tecnología, esta solución óptima será un proceso cambiante.

Para la definición de la red de segunda capa de Bitcoin, siempre que se base en la red de Bitcoin y establezca una conexión técnica con la red de Bitcoin, y algunas características sean superiores a la red de primera capa de Bitcoin, se considera construcción de la red de segunda capa de Bitcoin. En otras palabras: siempre que se consuma BTC como gas, utilizando BTC como activo subyacente, cualquier sistema que expanda el rendimiento de Bitcoin se considera construcción de segunda capa. Según este criterio, deberíamos reconocer una tercera forma de construcción de segunda capa, es decir, la construcción de segunda capa con una estructura centralizada.

El desarrollo de la tecnología del Bitcoin en sí, como la modificación de OP_RETURN, Taproot, firmas Schnorr, MAST y Tapscript, debería estar diseñado para conectar la capa uno y la capa dos, y no se deberían utilizar estas tecnologías para desarrollar funciones en exceso, ya que, por más que se expanda la red de la capa uno, no habrá un avance cualitativo; es necesario llevar a cabo la construcción de la capa dos. Sin embargo, en ausencia de productos de Bitcoin de segunda capa más útiles, estas capacidades tecnológicas que conectan la capa uno y la capa dos serán utilizadas en exceso durante un tiempo.

) 2.1 Construcción de segunda capa basada en cadena

Las primeras cadenas de imitación de Bitcoin realizaron diversas exploraciones, como "Colorcoin"(, monedas de color), "CovertCoins" y "MasterCoin"; diversas cadenas de imitación de Bitcoin para la ampliación, como BC