Біткойн другого рівня мережі базова знань система

Зростання інскрипцій Біткойна принесло нову енергію в екосистему Біткойна, привернувши увагу більшої кількості людей до Біткойна. Деякі вважають, що це відкрило Пандорову скриньку екосистеми Біткойна. Серед численних технічних розробок в екосистемі Біткойна, будівництво другого рівня є надзвичайно важливим. У цій статті підсумовано основи другого рівня Біткойна, сподіваючись, що це стане поштовхом для розвитку цієї сфери.

Світ блокчейну починається з Біткойна і закінчується екосистемою Біткойна. Ефір також можна розглядати як вид дослідження технології бокового ланцюга Біткойна.

У цій статті терміни "другий рівень будівництва" та "будівництво другого рівня мережі" вживаються взаємозамінно. Будівництво другого рівня має більш широкий спектр, але для відповідності загальноприйнятій термінології в індустрії також буде використовуватися термін "будівництво мережі другого рівня".

1. Місія другого рівня Layer2

Щоб зрозуміти основні питання, які потрібно вирішити для будівництва другого рівня, спочатку розглянемо базові характеристики блокчейн-систем.

1.1 Основні характеристики та вимоги до блокчейну

На основі концепції Віталіка "блокчейн – це світовий комп'ютер" ми зможемо ясніше зрозуміти різні характеристики блокчейну з цієї точки зору. Далі також буде проведено аналіз можливого розвитку цього "світового комп'ютера" на основі структури фон Неймана.

Основні характеристики:

Відкрите і прозоре: особливості зберігання даних та виконання команд у "світовому комп'ютері" блокчейну є внутрішніми вимогами до участі багатьох розподілених вузлів у обчисленнях. Це задовольняє право користувачів на інформацію про дані, що є спільним результатом вимог внутрішньої співпраці та зовнішніх потреб.

Децентралізація: це архітектурна особливість "світового комп'ютера", ступінь децентралізації та теоретична стійкість до помилок підтримуються теорією візантійських генералів. Не-візантійські системи теоретично не є блокчейн-системами, пізніше ми розглянемо ситуацію з не-блокчейн-системами в контексті другого рівня. Ступінь децентралізації є важливим показником безпеки блокчейну та основою для деяких характеристик.

Безпека: складається з внутрішніх потреб, зумовлених архітектурними характеристиками, та зовнішніх потреб користувачів. На мікрорівні забезпечується криптографічними технологіями, на макрорівні - децентралізованою архітектурою, що дозволяє уникнути впливу на безпеку через підробку мікроданих або руйнування макроархітектури.

Обчислювальна потужність: "світовий комп'ютер" є однією з основних функцій. Зазвичай вимірюється за допомогою повноти Тюрінга. Деякі ланцюги навмисно розроблені як неповні Тюрінгом, щоб зберегти основні характеристики. Наприклад, в мережі Біткойн, Сатоші Накамото не лише зробив її інструкційний набір неповним Тюрінгом, але й видалив частину інструкцій, щоб зберегти стабільність і безпеку. Всі технології з повнотою Тюрінга призначені для розширення обчислювальної потужності. З точки зору ідеї ієрархічного проектування, прості системи краще підходять для побудови основи.

Продуктивність: при однаковій обчислювальній потужності продуктивність є ще однією основною здатністю "світового комп'ютера". Зазвичай вимірюється TPS( кількістю оброблених транзакцій за секунду).

Зберігання: "Світовий комп'ютер" обов'язково має мати функцію зберігання, тобто здатність записувати дані. Наразі в основному дані зберігаються в блоках, більш професійне зберігання поза блоками ще розвивається.

Приватність: потреба зберігати межі прав виробників і користувачів даних під час обчислення та зберігання ( включає антикорупційність ). Основна рушійна сила - зовнішні вимоги користувачів.

Масштабованість є комплексним показником, який зазвичай стосується масштабованості всієї архітектури, що впливає на більшість основних характеристик. На рівні архітектури масштабованість системи є дуже важливим показником. Існують також деякі можливості з'єднання або специфічні можливості для певних сценаріїв, про які тут не будемо детально описувати, а проаналізуємо детальніше у випадку спеціальних сценаріїв.

Ці основні характеристики переважно обмежені "неможливим трикутником". Як-от припущення DSS, тобто децентралізація (Decentralization, D), безпека (Security, S) та масштабованість (Scalability, S).

У розподілених системах подібний неможливий трикутник - це принцип CAP, тобто узгодженість (Consistency), доступність (Availability), та стійкість до розподілу (Partition tolerance) не можуть бути досягнуті одночасно. Блокчейн-системи є розподіленими системами з проблемою візантійських генералів, також підпорядковуються принципу CAP.

1.2 Роль будівництва другого рівня

Які ролі повинні бути виконані при будівництві другого рівня? Які функції він повинен надавати? Будівництво другого рівня має обов'язково розширити недоліки системи першого рівня, виконуючи ті речі, які не підходять для реалізації в системі першого рівня, на будівництві другого рівня.

З вищезазначених характеристик блокчейну можна зробити попередні висновки, що необхідно розширити ці базові можливості: відкритість і прозорість, децентралізація, безпека, обчислювальна потужність, продуктивність( пропускна спроможність), зберігання, конфіденційність тощо. Окрім базових можливостей з технологічної точки зору, існує ще одне важливе економічне питання, яке потрібно вирішити, а саме зниження витрат. Загальна вартість виконання транзакцій в мережі першого рівня зазвичай є досить високою, тому необхідно використовувати мережі другого рівня для зменшення цих витрат.

Підсумовуючи в одне речення: рішення для збільшення ємності, зниження витрат та кастомізації — це все будівництво другого рівня. Що стосується кастомізації, наразі це ще не є достатньо очевидним або часто приховане під двома першими характеристиками. Ми можемо зрозуміти це так: характеристики мережі першого рівня мають різний ступінь потреби для багатьох додатків, і на другому рівні можна переналаштувати реалізацію різних характеристик для певних додатків.

У процесі будівництва другого рівня базові можливості блокчейну будуть обрані з певними компромісами, що призведе до зменшення або навіть відмови від деяких характеристик на користь суттєвого підвищення інших характеристик. Наприклад: деякі другі рівні з метою підвищення продуктивності зменшують рівень децентралізації та безпеки; деякі другі рівні, щоб збільшити пропускну здатність, такі як мережа Lightning, змінюють структуру системи та спосіб розрахунків. Інші, не знижуючи базових характеристик, посилюють певну характеристику, наприклад, спосіб обробки RGB явно підвищує конфіденційність та стійкість до цензури, але збільшує технічну складність реалізації. У наступних прикладах буде видно, як одночасно знижуються або змінюються кілька характеристик у будівництві другого рівня.

Зниження витрат має бути основною вимогою для всіх будівель другого рівня.

1.3 Чому потрібно виконувати ієрархічний дизайн?

Шарова архітектура є засобом і методологією обробки складних систем, шляхом розділення системи на кілька ієрархій і визначення взаємин та функцій на кожному рівні, що дозволяє досягти модульності, підтримуваності та розширюваності системи, підвищуючи тим самим ефективність та надійність проектування систем.

Для широкої та великої системи протоколів використання ієрархії має очевидні переваги. Це полегшує розуміння, дозволяє розподілити роботу та здійснювати модульні вдосконалення. Наприклад, у комп'ютерних мережах існує семиурівнева модель ISO/OSI, але в конкретній реалізації деякі рівні можуть бути об'єднані, як, наприклад, у чотирирівневому протоколі TCP/IP.

Переваги багатошарових протоколів:

1. Незалежність між різними рівнями. Верхній рівень не повинен знати деталі реалізації нижнього рівня, лише повинен знати про послуги, які надаються через інтерфейс цього рівня. Це знижує складність проблеми.

2. Гнучкість. Якщо відбуваються зміни в будь-якому шарі, то за умови, що відносини між шарами залишаються незмінними, інші шари не підлягають впливу.

3. Структура може бути розділена. Кожен рівень може використовувати найвідповіднішу технологію для реалізації. Розвиток технологій часто є асиметричним, і ієрархічний поділ ефективно уникає ефекту діжки.

4. Легко реалізувати та підтримувати. Ця структура робить реалізацію та налагодження великих складних систем легкими для обробки, оскільки вся система була розділена на кілька відносно незалежних підсистем.

5. Сприяння стандартизації. Оскільки кожен рівень функцій та наданих послуг має точні описи. Стандартизація полегшує вільну заміну певного рівня, що сприяє використанню та дослідженню.

Ідея модульного дизайну з поділом на рівні є звичайним підходом до великих функціональних інженерних проектів, що вимагають співпраці багатьох людей і постійного вдосконалення, що була перевірена на практиці і є ефективною.

2. Кілька підходів до будівництва Layer2 для Біткойн

Аналізуючи приклад будівництва другого рівня Біткойна. Другий рівень Біткойна має три помітні напрямки будівництва:

(1) Базований на ланцюзі розширювальний маршрут, подібний до EVM другого рівня, є структурою блокчейну;

(2) На основі розподіленого маршруту, представленого мережою Lightning, є розподіленою структурою;

(3) На базі централізованої системи, що представлена централізованим індексом, є централізованою структурою.

Перші два способи мають свої особливості, вже є кілька продуктів у використанні та продуктів в стадії дослідження. Перший спосіб, завдяки бурхливому розвитку Ethereum і дослідженням інших ланцюгів-імітаторів Біткойна, є відносно легким для реалізації другого рівня розширення на основі ланцюга, є більше прикладів для посилання. Другий спосіб, заснований на розподіленій архітектурі, зазвичай є більш складним, а розвиток відбувається повільніше, з мережею Lightning як представником. Третій спосіб є дуже суперечливим, виглядає так, ніби не є будівництвом другого рівня, але, здається, все ж виконує функції будівництва другого рівня.

Який з варіантів будівництва другого рівня кращий? Ми використовуємо результати ринку як критерій оцінки, яка з мереж другого рівня має вищу загальну заблоковану вартість TVL(Total Value Locked), той варіант є оптимальним. З розвитком часу та технологій оптимальний варіант буде змінюватися.

Щодо визначення другого рівня мережі Біткойн, якщо вона спирається на мережу Біткойн та має з нею технічну асоціацію, і деякі характеристиці переважають над першою рівнем мережі Біткойн, це вважається будівництвом другого рівня Біткойн. Іншими словами: якщо витрачається BTC як газ, а BTC є базовим активом, система, що розширює можливості Біткойн, також вважається будівництвом другого рівня. Виходячи з цього, ми повинні визнати третій вид будівництва другого рівня, а саме централізовану структуру другого рівня.

Технологічний розвиток самого Біткойна, такий як зміна OP_RETURN, Taproot, підписи Schnorr, MAST, Tapscript, має бути спроектований для з'єднання першого та другого рівнів, не слід надмірно розвивати функції за допомогою цих технологій, оскільки, незважаючи на те, як розширюється мережа першого рівня, якісного прориву не досягти, необхідно будувати другий рівень. Але в умовах, коли немає кращих продуктів другого рівня для Біткойна, ці технологічні можливості для з'єднання першого та другого рівнів будуть надмірно використовуватись протягом деякого часу.

2.1 Будівництво другого рівня на основі ланцюга

Ранні Біткойн-клони провели багато експериментів, таких як "Colorcoin"(кольорові монети), "CovertCoins" і "MasterCoin"; різні розширення Біткойн-клонів, такі як BCH(Bitcoin Cash), BSV(Bitcoin SV), BTG(Bitcoin Gold); різні технології бічних ланцюгів є прикладами розширення мережі, можна сказати, що це широке поняття другого рівня.

Включаючи Ефіріум, який також є дослідженням вдосконалення на основі Біткойна. Віталік звернув увагу на недоліки Біткойна: безаккаунтна система UTXO, мова виконання не є тюрингом повною, погана масштабованість та інші проблеми, самостійно сформував команду для публікації білого паперу, розробивши нове покоління блокчейн-системи. Це дослідження Ефіріуму, хоча і не є безпосереднім будівництвом другого рівня на основі Біткойна, але в широкому сенсі є дослідженням будівництва на основі ланцюга.

Дослідження недосконалих вдосконалень Ethereum в порівнянні з Біткойном, а також розвиток і верифікація другого рівня на Ethereum забезпечують приклади для розвитку базованих на ланцюгу мереж другого рівня на Біткойні. Різноманітні рішення Rollup, міжланцюгові рішення, технології каналів повідомлень, а також технологія шардінгу самого Ethereum сприяють бурхливому розвитку технологічної екосистеми Ethereum, внаслідок чого багато хто на деякий час вважав, що напрямок і майбутнє розвитку публічних ланцюгів вже визначені, а екосистема, що представляє Ethereum, вже перемогла. Це насправді є свідченням відносної зрілості будівництва другого рівня на основі ланцюга. Але будівництво другого рівня на основі ланцюга - це лише один з способів будівництва другого рівня, який має свої переваги та недоліки, і потребує інших технологій другого рівня для вдосконалення всієї екосистеми другого рівня.

У Біткойні побудова другого шару на базі ланцюга приблизно включає два типи типових ланцюгів: один — це модель облікових записів, яка сумісна з EVM, інший — це модель UTXO, схожа на Біткойн. Існуючий випадок ( ми використовуємо в широкому визначенні другого шару ), до якого входять: такі як Ethereum, Polygon, Bsc, Arbitrum та інші — це модель облікових записів EVM, такі як CKB(Nervos), Chia — це модель UTXO.

Крім того, успішні проекти другого рівня на Ethereum також будуть додані до побудови другого рівня на основі Біткойна. Для цих проектів другого рівня на Ethereum, перетворення на другий рівень Біткойна вимагатиме менше зусиль та стикнеться з меншими викликами. Завдяки зрілості rollup'ів на Ethereum, розвитку модульності та теоретичним досягненням, така модель побудови другого рівня стане основною темою обговорення масштабування і є найбільш ефективним рішенням.

Яка буде успішність цієї трансформації? Це ще потрібно перевірити на практиці. Можна зробити деякі попередні висновки про переваги та недоліки цієї побудови другого рівня на основі блокчейну.

Переваги та недоліки будівництва другого рівня на основі блокчейну:

Недоліком є те, що другий рівень, що базується на ланцюзі, зазвичай також обмежений обмеженнями блокчейну, що обмежує підвищення продуктивності; це або робить систему більш централізованою, або зменшує інтервал створення блоків, або збільшує обсяг блоків, що зазвичай знижує безпеку. Таким чином, виникає будівництво другого рівня над другим рівнем, тобто так звані Layer3 або Layer4.

Перевага полягає в тому, що це рішення зберігає більшість блокчейну