Sistema de conhecimento básico da rede de segunda camada do Bitcoin

A ascensão das inscrições em Bitcoin trouxe nova vitalidade ao ecossistema Bitcoin, levando mais pessoas a reavivar seu interesse pela moeda. Há opiniões de que isso abriu a caixa de Pandora do ecossistema Bitcoin. Entre os muitos desenvolvimentos tecnológicos no ecossistema Bitcoin, a construção de segunda camada é crucial. Este artigo se baseia em alguns artigos conhecidos, na troca com vários profissionais da indústria, bem como nas experiências de nossa equipe em design e desenvolvimento de produtos Web3, resumindo os conhecimentos básicos sobre a segunda camada do Bitcoin. Esse método ajuda a resumir e aprender, e também espera lançar a primeira pedra para atrair mais pessoas a aprimorar ideias relacionadas, promovendo o desenvolvimento deste campo.

O mundo do blockchain começa com Bitcoin e termina com o ecossistema Bitcoin. O Ethereum também pode ser visto como uma exploração da tecnologia de sidechain do Bitcoin.

Os conceitos de "construção de segunda camada" e "construção de rede de segunda camada" são intercambiáveis neste artigo. Normalmente, "construção de rede de segunda camada" é mais restrito, enquanto a construção de segunda camada é mais ampla. No entanto, para se adaptar à terminologia comumente usada na indústria, também utilizaremos "construção de rede de segunda camada", ambos se referindo ao mesmo conceito neste artigo.

1. Missão a ser cumprida pelas Layer 2 comuns

Para entender os problemas básicos que precisam ser resolvidos na construção da segunda camada do Bitcoin, começamos pelas características fundamentais do sistema de blockchain.

1.1 As características fundamentais e as necessidades básicas da blockchain

Este artigo utiliza o conceito proposto por Vitalik: a blockchain é um "computador mundial". Sob esta perspectiva, compreender as várias características da blockchain será mais claro. No final, também analisaremos a possibilidade de desenvolvimento deste "computador mundial" com base na estrutura de von Neumann.

Vamos primeiro resumir algumas características básicas:

Transparência Pública: Esta é a característica de armazenamento de dados e execução de instruções da "computador mundial" que é a blockchain, e também é uma necessidade interna que requer a participação conjunta de muitos nós distribuídos em todo o mundo. Esta característica atende precisamente ao direito à informação dos usuários sobre os dados, sendo um resultado conjunto da exigência interna de colaboração deste "computador mundial" e das necessidades externas dos usuários. A característica de privacidade mencionada posteriormente visa satisfazer as necessidades externas dos usuários, enquanto não compromete os requisitos de colaboração deste "computador mundial".

Descentralização: Esta característica é uma característica da arquitetura deste "computador mundial". O grau de descentralização e a tolerância a falhas, em teoria, são suportados pela teoria dos generais bizantinos (, em situações onde os colaboradores podem ser desonestos, ou seja, não cumprem o protocolo ). Sistemas não bizantinos, em teoria, não são sistemas de blockchain; mais adiante veremos duas situações de sistemas não blockchain na construção de segunda camada. O grau de descentralização é um indicador importante da segurança da blockchain e também é a base de certas características.

Segurança: A segurança é composta pela necessidade interna gerada pelas características da arquitetura deste "computador mundial" e pela necessidade externa dos usuários. Em um nível micro, a segurança é garantida por tecnologias relacionadas à criptografia, enquanto em um nível macro, é garantida pela descentralização da arquitetura, de modo que não será afetada pela falsificação de dados micro ou pela destruição da arquitetura macro, impactando assim a segurança deste "computador mundial".

Capacidade de Cálculo: Uma das principais funções desta máquina de computação mundial chamada blockchain é a capacidade de cálculo. Para medir este indicador, geralmente usamos se é Turing completo como critério de avaliação. Algumas cadeias, para manter suas características principais, são deliberadamente projetadas para serem Turing não completas. Por exemplo, na rede Bitcoin, Satoshi Nakamoto não só fez com que suas instruções de código não fossem Turing completas, mas também deliberadamente retirou algumas instruções durante o desenvolvimento, a fim de manter sua estabilidade e segurança. Todas as tecnologias Turing completas são projetadas para expandir a capacidade de cálculo da blockchain. Sob a perspectiva do design em camadas, sistemas simples são mais adequados para serem a camada de base.

Performance: Com a mesma capacidade de cálculo, o desempenho é outra capacidade principal a ser considerada na avaliação dos computadores deste mundo blockchain. Geralmente, mede-se em TPS, ou seja, o número de transações processadas por segundo.

Armazenamento: A blockchain é descrita como um "computador mundial", então ela deve ter uma função de armazenamento, que é a capacidade de registrar dados. Atualmente, a maioria dos dados é armazenada dentro do bloco, enquanto o armazenamento fora do bloco, de forma mais profissional, ainda está em desenvolvimento.

Privacidade: A privacidade é uma necessidade específica na "computação mundial", que exige manter o alcance de permissões dos produtores e usuários de dados durante o processo de cálculo e armazenamento (. Também incluímos a resistência à censura na parte da privacidade ). Isso é essencialmente impulsionado pelas necessidades externas dos usuários.

Há também um indicador abrangente de escalabilidade, que geralmente se refere à escalabilidade de toda a arquitetura. Essa característica afeta a maioria das características básicas. No nível da arquitetura, a escalabilidade do sistema é um indicador muito importante. Além disso, pode haver algumas capacidades de conexão ou outras capacidades específicas de cenários; não vamos discutir isso em detalhe aqui, mas iremos analisar mais profundamente quando encontrarmos esses cenários especiais.

Entre as características fundamentais dessas blockchains, a maioria é limitada pela relação de desenvolvimento mútua do triângulo impossível. Por exemplo, a conjectura DSS refere-se à descentralização (Decentralization, D), segurança (Security, S) e escalabilidade (Scalability, S).

Em sistemas distribuídos, um triângulo impossível semelhante é o princípio CAP, que se refere a um sistema distribuído onde Consistência(, Disponibilidade) e Tolerância a Partições( não podem ser alcançados simultaneamente. Sistemas de blockchain são sistemas distribuídos que enfrentam o problema dos generais bizantinos, portanto, o princípio CAP também se aplica.

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) 1.2 O papel da construção de segundo nível

Quais papéis devem ser cumpridos na construção da segunda camada? Quais funções devem ser fornecidas? A construção da segunda camada deve certamente expandir as deficiências do sistema de primeira camada, realizando aquilo que não é adequado para ser feito no sistema de primeira camada na construção da segunda camada.

A partir das características da blockchain que resumimos acima, podemos ter uma conclusão inicial: é essencial expandir essas capacidades básicas: transparência pública, descentralização, segurança, capacidade de computação, desempenho (, taxa de transferência ), armazenamento, privacidade, entre outros. Além dessas capacidades básicas do ponto de vista técnico, há uma questão econômica muito importante que precisa ser resolvida, que é a redução de custos. Normalmente, o custo total da execução de transações em uma rede de primeira camada é bastante alto, sendo necessário utilizar uma rede de segunda camada para reduzir esses custos.

Resumindo em uma frase, as soluções para aumentar a capacidade, reduzir custos e características personalizadas são todas construções de camada dois. Quanto às características personalizadas, atualmente ainda não são muito evidentes, ou frequentemente estão escondidas nas duas primeiras características, o que pode ser confuso. Podemos entender assim, as características da rede de camada um variam em necessidade para muitas aplicações, podendo ser ajustadas na camada dois para a implementação de diversas características específicas para algumas aplicações.

Na construção de camadas secundárias, as capacidades básicas da blockchain terão escolhas diferentes, reduzindo algumas características e até mesmo descartando algumas, em troca de melhorias significativas em certas características. Por exemplo: algumas camadas secundárias, para melhorar o desempenho, reduzirão o grau de descentralização e a segurança; algumas camadas secundárias, para aumentar a capacidade de processamento, como a Lightning Network, mudarão a estrutura do sistema e a forma de liquidação. Outras, sem reduzir as características básicas, aumentarão alguma característica, como o método de processamento RGB, que aumenta claramente a privacidade e a resistência à censura, mas aumenta a dificuldade de implementação técnica. Nos próximos casos, veremos a construção de camadas secundárias que simultaneamente reduzem ou alteram várias características.

Reduzir custos deve ser uma necessidade básica para toda a construção de segunda camada.

1.3 Por que fazer design em camadas?

O design em camadas é um meio e uma metodologia que os seres humanos utilizam para lidar com sistemas complexos, dividindo o sistema em múltiplas estruturas hierárquicas e definindo as relações e funções entre as diferentes camadas, com o objetivo de alcançar a modularidade, a manutenibilidade e a escalabilidade do sistema, melhorando assim a eficiência e a confiabilidade do design do sistema.

Para um sistema de protocolo amplo e extenso, o uso de camadas terá benefícios claros. Isso facilita a compreensão, a divisão de trabalho para a implementação e a melhoria modular, entre outras vantagens. Assim como o design do modelo de sete camadas ISO/OSI em redes de computadores, mas na implementação específica, algumas camadas podem ser combinadas; por exemplo, o protocolo de rede específico TCP/IP é um protocolo de quatro camadas.

Especificamente, as vantagens da estratificação do protocolo:

1. As camadas são independentes entre si. Uma camada não precisa saber como a sua camada seguinte é implementada, apenas precisa saber quais serviços são fornecidos através das interfaces entre as camadas. Assim, o nível de complexidade do problema como um todo diminui. Isso significa que o modo como o trabalho da camada anterior é realizado não afeta o trabalho da camada seguinte, portanto, ao projetar o trabalho de cada camada, desde que a interface permaneça inalterada, podemos ajustar livremente a maneira de trabalhar dentro da camada.

2. Boa flexibilidade. Quando qualquer camada sofre uma alteração, contanto que a relação de interface entre as camadas permaneça inalterada, as camadas acima ou abaixo não são afetadas. Quando uma camada apresenta inovações tecnológicas ou quando há problemas no funcionamento de uma camada, isso não afeta o trabalho das outras camadas, e ao resolver problemas, é necessário considerar apenas o problema específico dessa camada.

3. Estruturalmente, pode ser dividido. Cada camada pode usar a tecnologia mais adequada para a sua implementação. O desenvolvimento da tecnologia muitas vezes é assimétrico, e a divisão em camadas evita eficazmente o efeito do barril, não sendo afetada pela imperfeição de uma determinada tecnologia, o que poderia impactar a eficiência geral do trabalho.

4. Fácil de implementar e manter. Esta estrutura torna a implementação e a depuração de um sistema grande e complexo mais fácil de lidar, pois todo o sistema já foi dividido em vários subsistemas relativamente independentes. Durante a depuração e manutenção, é possível depurar cada camada separadamente, evitando a situação de não conseguir encontrar e resolver problemas errados.

5. Pode promover o trabalho de padronização. Porque cada camada tem uma descrição precisa das suas funções e dos serviços que oferece. A vantagem da padronização é que se pode substituir livremente uma das camadas, o que é muito conveniente para uso e pesquisa.

O pensamento de design modular em camadas é um método comum na área técnica para lidar com projetos de engenharia complexos, que exigem a colaboração de várias pessoas e melhorias contínuas, e que foi testado na prática, sendo um método eficaz.

2. Várias abordagens para a construção do Layer2 do Bitcoin

Analisamos a construção de segunda camada do Bitcoin como um caso. A segunda camada do Bitcoin tem três rotas de construção de segunda camada distintas:

###1( Uma é uma rota de expansão baseada em cadeia, muito semelhante à camada dois do EVM, é a estrutura da blockchain;

)2( uma rota baseada em distribuído, representada pela Lightning Network, é uma estrutura distribuída.

)3( Há também uma rota baseada em sistemas centralizados, representada por um índice centralizado, que é uma estrutura centralizada.

As duas primeiras maneiras têm características distintas, já existem alguns produtos em uso e produtos em exploração. Para a primeira maneira, devido ao desenvolvimento próspero do Ethereum e à exploração de outras cadeias imitadoras do Bitcoin, a extensão de segunda camada baseada em cadeia é relativamente mais fácil, com mais casos de referência. A segunda forma, baseada em distribuições, geralmente é mais difícil, com um desenvolvimento um pouco mais lento, representada pela Lightning Network. A terceira maneira é muito controversa, pois não parece uma construção de segunda camada, mas parece ter completado as funções de uma construção de segunda camada.

Qual das soluções de construção de segunda camada é melhor? Usamos um resultado de mercado como medida, a solução cujo valor total bloqueado TVL) Total Value Locked( é mais alto, é a solução ideal. Com o tempo e o desenvolvimento da tecnologia, essa solução ideal será um processo em constante mudança.

Para a definição da rede de segunda camada do Bitcoin, qualquer sistema que se baseie na rede Bitcoin e estabeleça uma associação técnica com a rede Bitcoin, com algumas características superiores à rede de primeira camada do Bitcoin, é considerado uma construção de rede de segunda camada do Bitcoin. Em outras palavras: qualquer sistema que consuma BTC como gás, utilizando BTC como ativo subjacente, que expanda o desempenho do Bitcoin, é considerado uma construção de segunda camada. Com base nesse julgamento, devemos reconhecer uma terceira forma de construção de segunda camada, ou seja, a construção de segunda camada com estrutura centralizada.

O desenvolvimento da tecnologia do Bitcoin em si, como a modificação do OP_RETURN, Taproot, assinaturas Schnorr, MAST e Tapscript, deve ser projetado para conectar a primeira e a segunda camada, e não deve haver um uso excessivo dessas tecnologias para desenvolver funcionalidades, pois a rede de primeira camada, por mais que se expanda, não terá uma ruptura qualitativa; é necessário construir a segunda camada. No entanto, na ausência de produtos de segunda camada do Bitcoin mais eficazes, essas capacidades tecnológicas de conectar a primeira e a segunda camada serão usadas em excesso por um período.

) 2.1 Construção de segunda camada baseada em cadeia

As primeiras cadeias de imitação de Bitcoin realizaram várias explorações, como "Colorcoin"( moedas coloridas), "CovertCoins" e "MasterCoin"; várias cadeias de imitação de Bitcoin para escalabilidade, como BC