Біткойн другого рівня мережі основи знань

Зростання інскрипцій Біткойна вдихнуло нове життя в екосистему Біткойна та спонукало більше людей знову звернути увагу на Біткойн. Існує думка, що це відкрило Пандорину скриню екосистеми Біткойна. Серед численних технологічних розробок в екосистемі Біткойна, будівництво другого рівня є надзвичайно важливим. У цій статті ми спираємося на деякі відомі статті, спілкування з багатьма фахівцями галузі, а також на досвід нашої команди у проектуванні та розробці продуктів Web3, щоб підсумувати основи другого рівня Біткойна. Цей підхід допомагає підсумувати та вивчити, а також сподіваємося, що він зможе спонукати інших вдосконалити відповідні ідеї та сприяти розвитку цієї сфери.

Світ блокчейну починається з Біткойна і завершується екосистемою Біткойна. Ефіріум також можна вважати експериментом технології бічного ланцюга для Біткойна.

У цьому тексті терміни "другий рівень будівництва" та "будівництво другого рівня мережі" вживаються взаємозамінно. Зазвичай "будівництво другого рівня мережі" є більш вузьким, тоді як "другий рівень будівництва" є більш широким. Але для відповідності поширеним виразам в галузі, ми також будемо використовувати "будівництво другого рівня мережі", обидва терміни в цьому тексті означають одне й те саме.

1. Звичайні місії, які повинні виконати другий рівень Layer2

Щоб зрозуміти основні проблеми, які потрібно вирішити при будівництві другого рівня Біткойн, почнемо з основних характеристик блокчейн-систем.

1.1 Основні характеристики та базові потреби блокчейну

Ця стаття запозичує концепцію, запропоновану Віталіком: блокчейн — це "світовий комп'ютер". З цієї точки зору зрозуміти різні характеристики блокчейну буде простіше. У подальшій частині ми також проаналізуємо можливості розвитку цього "світового комп'ютера" на основі структури фон Неймана.

Ми спочатку підсумуємо деякі основні характеристики:

Відкритість і прозорість: Це особливість зберігання даних і виконання інструкцій "світового комп'ютера" на блокчейні, а також внутрішня вимога, що потребує участі численних розподілених вузлів по всьому світу в обчисленнях. Ця особливість якраз відповідає праву користувачів на інформацію про дані, є спільним результатом внутрішніх вимог до співпраці цього "світового комп'ютера" та зовнішніх потреб користувачів. Наступна згадка про приватність є задоволенням зовнішніх потреб користувачів, одночасно не порушуючи вимоги до співпраці цього "світового комп'ютера".

Децентралізація: Ця характеристика є архітектурною особливістю цієї "світової обчислювальної машини", рівень децентралізації та стійкість до збоїв теоретично визначаються за допомогою теорії візантійських генералів (, що передбачає можливість нечесної поведінки учасників, а саме, випадків невиконання протоколу ). Не-візантійські генераліські системи теоретично не є блокчейн-системами; згодом ми розглянемо два випадки не-блокчейн-систем у другому рівні. Рівень децентралізації є важливим показником безпеки блокчейну і також є основою для деяких характеристик.

Безпека: Безпека є спільним складовим елементом внутрішніх вимог, які виникають через архітектурні особливості цього "світового комп'ютера", та зовнішніх вимог користувачів. На мікрорівні безпеку забезпечують технології, пов'язані з криптографією, а на макрорівні - децентралізація архітектури, що забезпечує те, що безпека цього "світового комп'ютера" не підривається через підробку мікроданих чи руйнування макроархітектури.

Обчислювальна потужність: Основною функцією цієї світової обчислювальної машини, якою є блокчейн, є обчислювальна потужність. Для вимірювання цього показника зазвичай використовується тест на Тюрінгова повнота. Деякі ланцюги свідомо проектуються як не Тюрінгова повні, щоб зберегти свої основні характеристики. Наприклад, у мережі Біткойн Сатоші Накамото не тільки зробив так, що його код не є Тюрінгова повним, але й навмисно видалив деякі інструкції з набору команд в процесі розвитку, щоб зберегти стабільність і безпеку. Всі технології, що є Тюрінгова повними, спрямовані на розширення обчислювальної потужності блокчейну. З точки зору ідеї ієрархічного дизайну прості системи краще підходять для нижнього рівня.

Продуктивність: За однакової обчислювальної потужності продуктивність є ще однією основною здатністю комп'ютера в світі блокчейну. Зазвичай вимірюється TPS, тобто кількість транзакцій, оброблених за секунду.

Зберігання: Блокчейн описується як "світовий комп'ютер", отже, він обов'язково має функцію зберігання, тобто здатність записувати дані. Наразі в основному зберігається в блоках, більш професійне зберігання на ланцюзі поза блоками ще перебуває у процесі розвитку.

Приватність: Приватність є підпотребою у "світовому комп'ютері", що вимагає зберігати межі прав виробника та користувача даних під час обчислень і збереження ( ми також включаємо антикорупційність у частину приватності ). Це, в основному, зумовлено зовнішніми вимогами користувача.

Є ще один загальний показник — розширюваність, який зазвичай стосується розширюваності всієї архітектури. Ця характеристика впливає на більшість основних характеристик. На рівні архітектури розширюваність системи є дуже важливим показником. Також можуть бути деякі можливості з'єднання або інші специфічні можливості для певних сценаріїв, але тут не будемо їх детально обговорювати, а в разі виникнення цих специфічних ситуацій, ми детально проаналізуємо.

У цих базових характеристиках блокчейнів велика частина взаємозв'язків розвитку обмежується неможливим трикутником. Наприклад, гіпотеза DSS це децентралізація (Decentralization, D), безпека (Security, S) і масштабованість (Scalability, S).

У розподілених системах подібний до неможливого трикутника принцип CAP, де CAP означає, що в розподіленій системі Consistency( узгодженість), Availability( доступність) та Partition tolerance( толерантність до розбивки) не можуть бути досягнуті одночасно. Блокчейн-системи є розподіленими системами з проблемою візантійських генералів, тому також підпадають під принцип CAP.

1.2 Роль будівництва другого рівня

Які ролі потрібно виконати для будівництва другого рівня? Які функції він має надати? Будівництво другого рівня обов'язково має компенсувати недоліки системи першого рівня, виконуючи ті завдання, які не підходять для виконання на першому рівні, на другому рівні.

Ми можемо зробити попередній висновок з особливостей блокчейну, підсумованих вище, що потрібно розширити ці базові можливості: публічність і прозорість, децентралізація, безпека, обчислювальні потужності, продуктивність ( пропускна спроможність ), зберігання, конфіденційність тощо. Окрім цих базових можливостей з технічної точки зору, існує ще одне важливе економічне питання, яке потрібно вирішити, а саме зниження витрат, зазвичай загальні витрати на виконання транзакцій у мережі першого рівня досить високі, і потрібно використовувати мережі другого рівня для зниження цих витрат.

Підсумовуючи в одному реченні, рішення для збільшення потужності, зниження витрат і налаштування характеристик - це все будівництво другого рівня. Щодо налаштування характеристик, наразі це ще не настільки очевидно, або часто приховано під двома першими характеристиками, є деякі непорозуміння. Ми можемо зрозуміти це так: характеристики мережі першого рівня для багатьох застосувань потребують різного ступеня, і можна на другому рівні повторно налаштувати ступінь реалізації різних характеристик для певних застосувань.

У будівництві другого рівня основні можливості блокчейну будуть мати свої компроміси, деякі характеристики можуть бути знижені або навіть відкинуті в обмін на значне покращення певних характеристик. Наприклад: деякі другі рівні для підвищення продуктивності знизять рівень децентралізації, зменшать безпеку; деякі другі рівні для збільшення пропускної здатності, такі як мережа Lightning, змінять структуру системи та спосіб розрахунків. Є й такі, які не знижуючи базових характеристик, посилюють певну характеристику, наприклад, спосіб обробки RGB, який явно підвищує конфіденційність і стійкість до цензури, але ускладнює технічну реалізацію. У наступних випадках ми побачимо будівництво другого рівня, яке одночасно знижує або змінює кілька характеристик.

Зниження витрат має бути основною вимогою всіх будівель другого рівня.

1.3 Чому потрібно робити багаторівневий дизайн?

Шарова архітектура є методом і методологією, яка дозволяє людям працювати з складними системами, шляхом поділу системи на кілька рівнів структури та визначення відносин і функцій між цими рівнями, для досягнення модульності, обслуговуваності та масштабованості системи, що, в свою чергу, підвищує ефективність і надійність дизайну системи.

Для великої та розгалуженої системи протоколів використання ієрархії має очевидні переваги. Це робить їх легшими для розуміння, легшими для розподілу завдань та легшими для модульного вдосконалення. Як у семи рівневій моделі ISO/OSI в комп'ютерних мережах, але в конкретній реалізації можна об'єднати деякі рівні, наприклад, конкретний мережевий протокол TCP/IP є чотирирівневим.

Конкретно про переваги багаторівневих протоколів:

1. Рівні між собою є незалежними. Один рівень не потребує знати, як реалізується наступний рівень, а лише потребує знати послуги, які надаються через інтерфейси між рівнями. Таким чином, загальна складність проблеми зменшується. Іншими словами, те, як виконується робота на попередньому рівні, не впливає на роботу наступного рівня, тому під час розробки роботи кожного рівня ми можемо вільно налаштовувати робочі процеси всередині рівня, якщо інтерфейси залишаються незмінними.

2. Гнучкість. Коли відбуваються зміни на будь-якому рівні, якщо взаємозв'язок між рівнями залишається незмінним, то це не вплине на рівні вище або нижче. Коли на якому-небудь рівні виникають технологічні інновації або проблеми в роботі, це не зашкодить роботі інших рівнів; для усунення проблеми потрібно розглядати лише окрему проблему цього рівня.

3. Структурно може бути роздільним. Кожен рівень може використовувати найбільш відповідну технологію для реалізації. Розвиток технологій часто є асиметричним, а шарова структура ефективно уникнула ефекту діжки, і не вплине на загальну ефективність роботи через недосконалість технології в одній з областей.

4. Легко реалізувати та підтримувати. Ця структура робить реалізацію та налагодження великої і складної системи легшими для обробки, оскільки вся система вже була розділена на кілька відносно незалежних підсистем. Під час налагодження та обслуговування можна окремо налагоджувати кожен рівень, що запобігає виникненню ситуацій, коли не вдається знайти або вирішити неправильні проблеми.

5. Може сприяти стандартизаційній роботі. Оскільки функції кожного рівня та послуги, які він надає, вже мають точні описи. Перевага стандартизації полягає в можливості вільної заміни будь-якого з рівнів, що є дуже зручним для використання та дослідження.

Ідея модульного дизайну з багаторівневою структурою є загальноприйнятим підходом у технічній сфері до великих функцій, які потребують спільної роботи багатьох людей та постійного вдосконалення інженерних проектів, і це є практично перевірений, ефективний метод.

2. Кілька підходів до будівництва Layer2 для Біткойн

Ми розглянемо будівництво другого рівня Біткойна як приклад для відповідного аналізу. У Біткойна є три помітні маршрути будівництва другого рівня:

(1)Один з них - це розширений маршрут на основі ланцюга, який дуже схожий на другий рівень EVM, є структурою блокчейну;

(2) один варіант ґрунтується на розподіленому маршруті, представлений мережею Lightning, є розподіленою структурою.

(3) Існує також варіант, заснований на централізованій системі, представлений централізованим індексом, що є централізованою структурою.

Перші два способи мають свої особливості, вже є деякі продукти, що використовуються, та продукти, які досліджуються. Щодо першого способу, завдяки бурхливому розвитку Ethereum та дослідженням інших ланцюгів, що імітують Біткойн, розширення другого рівня на основі ланцюга відносно простіше, є більше прикладів для посилання. Другий спосіб, що базується на дистрибуції, зазвичай є більш складним, розвиток відбувається повільніше, прикладом є мережа Lightning. Третій спосіб є дуже спірним, оскільки не виглядає як будівництво другого рівня, але, здається, виконує функції другого рівня.

Яка з рішень для побудови другого рівня є кращою? Ми використаємо результати ринку як показник: яке загальне заблоковане значення TVL(Total Value Locked) в мережі другого рівня вище, той варіант буде оптимальним. З розвитком часу та технологій це оптимальне рішення стане змінним процесом.

Щодо визначення другого шару мережі Біткойн, все, що спирається на мережу Біткойн і має технічну взаємозв'язок з нею, а також має деякі переваги над першим шаром мережі Біткойн, вважається будівництвом другого шару Біткойн. Іншими словами: якщо витрачати BTC як газ, а BTC є базовим активом, системи, що розширюють продуктивність Біткойн, вважаються будівництвом другого шару. Відповідно до цього судження, ми повинні визнати третій тип будівництва другого шару, а саме централізовану структуру другого шару.

Розвиток технологій самого Біткойна, таких як зміна OP_RETURN, Taproot, Schnorr-підписи, MAST, Tapscript, повинен бути розроблений для з'єднання першого та другого рівнів, не слід занадто використовувати ці технології для розробки функцій, оскільки, скільки б не розширювався перший рівень мережі, якісного прориву не буде, необхідно здійснювати будівництво другого рівня. Але в умовах відсутності кращих продуктів другого рівня Біткойна, ці технологічні можливості для з'єднання першого та другого рівнів будуть надмірно використовуватися протягом певного часу.

2.1 Будівництво другого рівня на основі блокчейну

Ранні Біткойн-клони провели багато досліджень, такі як "Colorcoin"( кольорові монети), "CovertCoins" та "MasterCoin"; різні розширювальні Біткойн-клони, такі як BC