Système de connaissances de base sur le réseau de deuxième couche de Bitcoin

L'émergence des inscriptions Bitcoin a injecté une nouvelle vitalité dans l'écosystème Bitcoin, suscitant un regain d'intérêt pour Bitcoin. Certains estiment que cela a ouvert la boîte de Pandore de l'écosystème Bitcoin. Parmi les nombreux développements technologiques de l'écosystème Bitcoin, la construction de la seconde couche est essentielle. Cet article s'inspire de plusieurs articles célèbres, des échanges avec de nombreux professionnels du secteur, ainsi que de notre expérience d'exploration dans la conception et le développement de produits Web3, pour résumer les connaissances de base sur la seconde couche de Bitcoin. Cette approche aide à résumer et à apprendre, et j'espère également qu'elle pourra susciter davantage de réflexions, attirant plus de personnes à perfectionner les idées connexes et à promouvoir le développement de ce domaine.

Le monde de la blockchain commence avec Bitcoin et se termine avec l'écosystème Bitcoin. Ethereum peut également être considéré comme une exploration de la technologie de sidechain de Bitcoin.

Dans cet article, les concepts de "construction de couche 2" et de "construction de réseau de couche 2" sont utilisés de manière interchangeable. En général, "construction de réseau de couche 2" est plus étroit, tandis que la construction de couche 2 est plus large. Cependant, pour s'adapter aux expressions couramment utilisées dans l'industrie, nous utiliserons également "construction de réseau de couche 2" ; les deux se réfèrent au même concept dans cet article.

1. Missions courantes à accomplir par les solutions de couche 2 (Layer 2)

Pour comprendre les problèmes fondamentaux à résoudre dans la construction de la couche 2 de Bitcoin, commençons par les caractéristiques de base des systèmes de blockchain.

1.1 Les caractéristiques fondamentales et les besoins de base de la blockchain

Cet article emprunte le concept proposé par Vitalik : la blockchain est un "ordinateur mondial". Comprendre les diverses caractéristiques de la blockchain sous cet angle sera plus clair. Dans la suite, nous analyserons également la possibilité de développement de cet "ordinateur mondial" en nous basant sur la structure de von Neumann.

Nous allons d'abord résumer quelques caractéristiques de base :

Transparence publique: C'est la caractéristique de stockage de données et d'exécution des instructions de la "machine mondiale" qu'est la blockchain, et c'est aussi une exigence interne qui nécessite la participation de nombreux nœuds distribués à l'échelle mondiale pour le calcul. Cette caractéristique répond parfaitement au droit à l'information des utilisateurs concernant les données, résultant à la fois des exigences internes de collaboration de cette "machine mondiale" et des besoins externes des utilisateurs. La caractéristique de confidentialité mentionnée plus tard satisfait les besoins externes des utilisateurs, tout en ne compromettant pas les exigences de collaboration de cette "machine mondiale".

Décentralisation : Cette caractéristique est une caractéristique architecturale de cet "ordinateur mondial". Le degré de décentralisation et la tolérance aux pannes, en théorie, sont soutenus par le scénario où des co-auteurs de la théorie des généraux byzantins ( pourraient être malhonnêtes, c'est-à-dire ne pas respecter le protocole ). Les systèmes non byzantins ne sont, en théorie, pas des systèmes blockchain. Nous verrons plus tard deux cas de systèmes non blockchain dans les constructions de niveau 2. Le degré de décentralisation est un indicateur important de la sécurité de la blockchain et constitue également la base de certaines caractéristiques.

Sécurité : La sécurité est une composition conjointe des besoins internes générés par les caractéristiques architecturales de cet "ordinateur mondial" et des besoins externes des utilisateurs. Au niveau micro, la sécurité est garantie par des technologies liées à la cryptographie, et au niveau macro, elle est assurée par la décentralisation de l'architecture, ce qui fait que la sécurité de cet "ordinateur mondial" n'est pas affectée par la falsification de données micro ou par la destruction de l'architecture macro.

Capacité de calcul : Une des principales fonctions de cette ordinateur mondial qu'est la blockchain est sa capacité de calcul. Pour mesurer cet indicateur, nous examinons généralement s'il est Turing-complet. Certaines chaînes sont délibérément conçues pour être non Turing-complètes afin de préserver leurs principales caractéristiques. Par exemple, le réseau Bitcoin, où Satoshi Nakamoto a non seulement rendu ses instructions de code non Turing-complètes, mais a également délibérément supprimé certaines instructions au cours de son développement, afin de maintenir sa stabilité et sa sécurité. Toutes les technologies Turing-complètes visent à étendre la capacité de calcul de la blockchain. D'un point de vue de conception hiérarchique, les systèmes simples sont plus adaptés comme couche de base.

Performance : Dans le cas où la puissance de calcul est identique, la performance est une autre capacité principale à évaluer pour les ordinateurs du monde de la blockchain. On utilise généralement le TPS, c'est-à-dire le nombre de transactions traitées par seconde, pour mesurer.

Stockage: La blockchain est décrite comme un "ordinateur mondial", elle doit donc avoir une fonction de stockage, c'est-à-dire la capacité d'enregistrer des données. Actuellement, les données sont principalement stockées dans des blocs, tandis que le stockage hors chaîne, plus spécialisé, est encore en développement.

Confidentialité : La confidentialité est un besoin spécialisé dans le "ordinateur mondial", c'est-à-dire la nécessité de maintenir la portée des droits des producteurs et utilisateurs de données pendant le processus de calcul et de stockage (. Nous plaçons également la résistance à la censure dans la partie confidentialité ). Cela est principalement motivé par les besoins externes de l'utilisateur.

Il existe également un indicateur global d'évolutivité, qui fait généralement référence à l'évolutivité de l'ensemble de l'architecture. Cette caractéristique influence la plupart des caractéristiques fondamentales. Au niveau de l'architecture, l'évolutivité du système est un indicateur très important. Il y aura également certaines capacités de connexion ou d'autres capacités spécifiques à des scénarios particuliers, mais je ne vais pas en discuter davantage ici. Lorsque ces scénarios particuliers se présentent, nous les analyserons en détail.

Parmi les caractéristiques fondamentales de ces blockchains, la plupart sont régulées par le triangle impossible qui contraint les relations de développement mutuel. Par exemple, la conjecture DSS fait référence à la décentralisation (Decentralization, à la sécurité )Security, et à la scalabilité (Scalability.

Dans les systèmes distribués, un triangle impossible similaire est le principe CAP. CAP fait référence à la Consistency) cohérence(, Availability) disponibilité(, et Partition tolerance) tolérance de partition(, qui ne peuvent pas être atteints simultanément. Les systèmes de blockchain sont des systèmes distribués présentant le problème des généraux byzantins, donc le principe CAP s'applique également.

![Une synthèse des connaissances de base sur le réseau de deuxième couche de Bitcoin])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-afec9afaa32c50371c97fef06f76acca.webp(

) 1.2 Rôle de la construction de la deuxième couche

Quels rôles doivent être complétés pour la construction de la deuxième couche ? Quelles fonctions doivent-elles fournir ? La construction de la deuxième couche doit nécessairement combler les lacunes du système de première couche, en réalisant sur la construction de la deuxième couche ce qui ne convient pas à être accompli sur le système de première couche.

Nous pouvons tirer une première conclusion des caractéristiques de la blockchain résumées ci-dessus, qui doit certainement étendre ces capacités de base : transparence publique, décentralisation, sécurité, puissance de calcul, performance, (, débit ), stockage, confidentialité, etc. En plus de ces capacités de base d'un point de vue technique, il y a un problème économique très important à résoudre, qui est de réduire les coûts, car le coût global d'exécution des transactions dans un réseau de couche 1 est généralement assez élevé, et il est nécessaire d'utiliser un réseau de couche 2 pour réduire ces coûts.

En résumé, les solutions visant à augmenter la capacité, à réduire les coûts et à personnaliser les caractéristiques sont toutes des constructions de couche 2. En ce qui concerne les caractéristiques personnalisées, elles ne sont pas encore suffisamment évidentes et sont souvent cachées derrière les deux premières caractéristiques, ce qui peut prêter à confusion. Nous pouvons comprendre cela comme suit : les caractéristiques du réseau de couche 1 nécessitent différents niveaux selon les applications, et il est possible d'ajuster la mise en œuvre de diverses caractéristiques pour certaines applications au-dessus de la couche 2.

Dans la construction de la couche 2, les capacités fondamentales de la blockchain seront choisies avec des compromis, réduisant certaines caractéristiques, voire en abandonnant certaines, en échange d'améliorations significatives de certaines autres. Par exemple : certaines couches 2, pour améliorer les performances, réduiront le degré de décentralisation et diminueront la sécurité ; certaines couches 2, pour augmenter le débit, comme le réseau Lightning, modifieront la structure du système et la manière dont les règlements sont effectués. Il y en a d'autres qui, sans réduire les caractéristiques fondamentales, renforcent une certaine caractéristique, par exemple, la méthode de traitement RGB, qui augmente manifestement la confidentialité et la résistance à la censure, mais augmente la difficulté de mise en œuvre technique. Dans les cas suivants, nous verrons des constructions de couche 2 qui réduisent ou changent simultanément plusieurs caractéristiques.

La réduction des coûts devrait être un besoin fondamental de toutes les constructions de deuxième couche.

1.3 Pourquoi faire une conception en couches ?

La conception en couches est un moyen et une méthodologie pour les humains de traiter des systèmes complexes, en divisant le système en plusieurs structures hiérarchiques et en définissant les relations et les fonctions entre les couches, afin de réaliser la modularité, la maintenabilité et l'évolutivité du système, améliorant ainsi l'efficacité et la fiabilité de la conception du système.

Pour un système de protocoles vaste et complexe, l'utilisation de la hiérarchisation présente des avantages évidents. Cela facilite la compréhension, permet une répartition des tâches et favorise les améliorations modulaires, entre autres avantages. Comme le modèle en sept couches ISO/OSI dans les réseaux informatiques, mais dans la mise en œuvre concrète, certaines couches peuvent être fusionnées, par exemple, le protocole réseau TCP/IP est un protocole à quatre couches.

Les avantages de la structuration des protocoles en couches :

1. Les différentes couches sont indépendantes. Une couche n'a pas besoin de savoir comment sa couche suivante est implémentée, mais seulement de connaître les services fournis par cette couche à travers les interfaces entre les couches. Ainsi, la complexité globale du problème diminue. En d'autres termes, le fonctionnement de la couche précédente n'affecte pas le travail de la couche suivante, ce qui signifie que lors de la conception du travail de chaque couche, il suffit de garantir que l'interface reste inchangée, et nous pouvons ajuster librement les méthodes de travail au sein de la couche.

2. Bonne flexibilité. Lorsque l'une des couches change, tant que la relation d'interface entre les couches reste inchangée, les couches supérieures ou inférieures ne sont pas affectées. Lorsqu'une couche connaît une innovation technique ou rencontre un problème dans son fonctionnement, cela n'impacte pas le travail des autres couches, et lors de l'élimination du problème, il suffit de considérer uniquement le problème de cette couche.

3. Structure pouvant être divisée. Chaque couche peut adopter la technologie la plus appropriée pour sa réalisation. Le développement technologique est souvent asymétrique, et la division hiérarchique évite efficacement l'effet du tonneau fêlé, de sorte qu'une imperfection technologique dans un domaine n'affecte pas l'efficacité globale du travail.

4. Facile à réaliser et à maintenir. Cette structure rend la mise en œuvre et le débogage d'un système vaste et complexe plus faciles à gérer, car l'ensemble du système a été décomposé en plusieurs sous-systèmes relativement indépendants. Lors du débogage et de la maintenance, il est possible de déboguer chaque couche séparément, évitant ainsi de se retrouver dans des situations où l'on ne peut pas localiser ou résoudre les mauvais problèmes.

5. Peut favoriser le travail de normalisation. Car chaque couche a déjà une description précise de ses fonctions et des services qu'elle offre. L'avantage de la normalisation est qu'il est possible de remplacer librement l'une des couches, ce qui est très pratique pour l'utilisation et la recherche.

La pensée de conception modulaire en couches est une méthode couramment utilisée dans le domaine technique pour traiter un projet d'ingénierie vaste, nécessitant la collaboration de plusieurs personnes et des améliorations continues. C'est une méthode qui a été validée par la pratique et qui est efficace.

2. Plusieurs idées de construction pour le Layer2 de Bitcoin

Nous prenons la construction de la deuxième couche de Bitcoin comme exemple pour effectuer une analyse pertinente. Il existe trois grandes voies de construction de la deuxième couche pour Bitcoin :

###1(Une est une route d'extension basée sur la chaîne, très similaire à la couche deux de l'EVM, c'est la structure de la blockchain;

)2(Une des routes est basée sur une structure distribuée, représentée par le réseau Lightning, qui est une structure distribuée.

)3( Il existe aussi une route basée sur un système centralisé, représentée par un index centralisé, qui est une structure centralisée.

Les deux premières méthodes ont leurs caractéristiques, et il existe déjà certains produits en utilisation et d'autres en exploration. Pour la première méthode, grâce au développement florissant d'Ethereum et à l'exploration d'autres chaînes imitant Bitcoin, l'extension de deuxième couche basée sur la chaîne est relativement plus facile, avec plus de cas de référence. La deuxième méthode, qui est basée sur la distribution, est généralement plus difficile et son développement est un peu plus lent, représenté par le réseau Lightning. La troisième méthode est très controversée, car elle ne ressemble pas à une construction de deuxième couche, mais semble accomplir les fonctions d'une construction de deuxième couche.

Quelle solution de construction de couche 2 est la meilleure ? Nous utilisons un résultat de marché comme mesure, le réseau de couche 2 avec la valeur totale verrouillée TVL)Total Value Locked( la plus élevée sera la meilleure solution. Avec le temps et l'évolution de la technologie, cette solution optimale sera un processus en évolution.

Pour la définition des réseaux de deuxième couche de Bitcoin, tant qu'ils s'appuient sur le réseau Bitcoin et établissent des liens techniques avec celui-ci, et que certaines caractéristiques surpassent celles du réseau de première couche de Bitcoin, ils sont considérés comme des constructions de deuxième couche de Bitcoin. En d'autres termes : tant que le BTC est consommé comme gaz, avec le BTC comme actif sous-jacent, tout système qui étend les performances de Bitcoin est considéré comme une construction de deuxième couche. Sur la base de ce jugement, nous devrions reconnaître une troisième forme de construction de deuxième couche, à savoir la construction de deuxième couche avec une structure centralisée.

Le développement de la technologie Bitcoin elle-même, comme la modification d'OP_RETURN, Taproot, les signatures Schnorr, MAST et Tapscript, devrait être conçu dans le but de connecter le premier et le deuxième niveau. Il ne devrait pas être utilisé pour développer trop de fonctionnalités car, peu importe l'extension du réseau de premier niveau, il n'y aura pas de percée qualitative; il est impératif de construire le deuxième niveau. Cependant, en l'absence de produits de deuxième niveau Bitcoin plus performants, ces capacités techniques de connexion entre les premier et deuxième niveaux seront utilisées de manière excessive pendant un certain temps.

) 2.1 Construction de la deuxième couche basée sur la chaîne

Les premières chaînes de imitation de Bitcoin ont effectué diverses explorations, comme "Colorcoin"( jeton coloré), "CovertCoins" et "MasterCoin"; diverses chaînes de imitation de Bitcoin pour l'extension, comme BC