Біткойн другого рівня мережі базова система знань

Поява інскрипцій Біткойна дала нове життя екосистемі Біткойна, змусивши більше людей знову звернути увагу на Біткойн. Існує думка, що це відкрило пандорину скриньку екосистеми Біткойна. У технічному розвитку екосистеми Біткойна будівництво другого рівня є надзвичайно важливим. У документі узагальнено основи другого рівня Біткойна, сподіваючись викликати у багатьох людей бажання вдосконалити відповідні думки та сприяти розвитку цієї сфери.

Є думка, що світ блокчейну починається з Біткойну і закінчується екосистемою Біткойна. Ефір може також розглядатися як дослідження технології бічного ланцюга Біткойна.

У цьому тексті "другий рівень будівництва" та "будівництво другого рівня мережі" розглядаються як одне й те саме поняття, останнє є більш вузьким, перше - більш широким. Щоб відповідати загальноприйнятим висловлюванням у галузі, у тексті також буде використовуватися "будівництво другого рівня мережі".

1. Місія другого рівня Layer2

Для розуміння основних проблем, які потрібно вирішити в будівництві другого рівня Біткойн, ми спочатку почнемо з основних характеристик блокчейн-системи.

1.1 Основні характеристики та вимоги до блокчейну

Ми використовуємо концепцію, запропоновану Віталіком: "блокчейн — це світовий комп'ютер", щоб зрозуміти різні характеристики блокчейну. Пізніше ми також проаналізуємо можливості розвитку цього "світового комп'ютера" за допомогою структури фон Неймана.

Основні характеристики блокчейну включають:

• Відкрите та прозоре: характеристики зберігання даних у блокчейні та виконання команд є внутрішніми потребами співпраці розподілених вузлів. Це задовольняє право користувачів на інформацію про дані.

• Децентралізація: архітектурні особливості блокчейну, рівень та стійкість до помилок підтримуються теорією візантійських генералів. Це важливий показник безпеки.

• Безпека: складається з внутрішніх вимог, викликаних архітектурними особливостями, та зовнішніх вимог, необхідних користувачам. Мікрорівень забезпечується криптографією, макрорівень - децентралізацією.

• Обчислювальна потужність: одна з основних функцій, зазвичай вимірюється за допомогою Turing-здатності. Деякі ланцюги навмисно розроблені як нетюрінгоздатні для збереження своїх характеристик.

• Продуктивність: основні показники можливостей при однаковій обчислювальній потужності, зазвичай вимірюються у TPS.

• Зберігання: здатність записувати дані, наразі в основному зберігається в блоках.

• Приватність: потреба зберігати обсяг прав на дані під час обчислень і зберігання, включаючи опір цензурі.

Ці характеристики в основному обмежені "неможливим трикутником", таким як гіпотеза DSS ( децентралізації, безпеки, масштабованості ) та принцип CAP ( консистенції, доступності, стійкості до розподілу ).

1.2 Роль будівництва другого рівня

Будівництво другого рівня в основному використовується для розширення недоліків системи першого рівня, виконуючи те, що система першого рівня не може виконати. Основні функції включають:

• Розширення базових можливостей: відкритість і прозорість, децентралізація, безпека, обчислювальна потужність, продуктивність, зберігання, конфіденційність тощо
• Зниження витрат: загальні витрати на виконання транзакцій у мережі першого рівня є вищими.
• Налаштування функцій: коригування ступеня реалізації різних функцій для певних застосувань

Підсумувати можна в трьох вимірах: збільшення ємності, зниження витрат, налаштування характеристик. Будівництво другого рівня буде зважувати різні базові можливості, можливо, зменшуючи або відмовляючись від деяких характеристик в обмін на значне покращення інших характеристик.

1.3 Чому потрібно робити багаторівневе проектування?

Кероване проектування є методологією для обробки складних систем, що реалізується через розподіл на ієрархії для досягнення модульності, підтримуваності та масштабованості. Для величезної системи протоколів, кероване проектування має такі переваги:

1. Кожен рівень незалежний, потрібно лише зосередитися на інтерфейсах між рівнями
2. Гнучкість, зміни в одному шарі не впливають на інші шари
3. Структура може бути розділена, кожен рівень може використовувати найбільш підходящу технологію
4. Легко реалізувати та підтримувати
5. Сприяння стандартизації

Шарова модульна розробка є ефективним методом у технічній сфері для роботи з комплексними проектами, що передбачають багатокористувацьку співпрацю та безперервне вдосконалення.

2. Кілька підходів до будівництва Layer2 для Біткойн

Основні три напрямки другого рівня побудови Біткойн:

1. Розширена маршрутна схема на основі ланцюга: другий рівень, подібний до EVM, є структурою блокчейну
2. Розподілений маршрут: представлений мережею Lightning, є розподіленою структурою
3. Маршрут, заснований на централізованій системі: представлений централізованим індексом, є централізованою структурою

Перші два способи мають свої особливості, є продукти, що вже використовуються та досліджуються. Перший спосіб, завдяки розвитку Ефіріуму, має багато прикладів для посилання. Другий спосіб є складнішим, розвиток відбувається повільніше. Третій спосіб викликає суперечки, але також може розглядатися як масштабування другого рівня.

Наразі немає оптимального рішення, потрібно перевірити через ринок, яка з варіантів має вищу загальну заблоковану вартість (TVL). З розвитком часу та технологій оптимальне рішення буде змінюватись.

Лише спираючись на мережу Біткойн, встановлюючи технічні зв'язки, деякі характеристики перевершують перший рівень мережі, все це можна вважати будівництвом другого рівня Біткойн. Тобто витрачати BTC як газ, використовуючи BTC як базовий актив, системи, які розширюють продуктивність Біткойн, також вважаються будівництвом другого рівня.

2.1 Будівництво другого рівня на основі ланцюга

На ранніх етапах Біткойн імітував ланцюги, проводячи різні дослідження, такі як "кольорові монети", різні розширення форк-ланцюгів, бічні ланцюги тощо. Ефір також можна вважати покращенням Біткойна.

Розвиток Ефіріуму дав посилання для Біткойн на другому рівні на базі ланцюга. Різні рішення Rollup, крос-ланцюгові рішення, технології каналів повідомлень тощо, сприяли бурхливому розвитку екосистеми Ефіріуму. Але це лише один із способів будівництва другого рівня, необхідні й інші технології для вдосконалення всієї екосистеми.

Біткойн на основі ланцюга другого рівня в основному містить два типи ланцюгів:

1. Сумісна з EVM модель облікових записів: такі як Ethereum, Polygon, BSC, Arbitrum тощо
2. Аналогова модель UTXO Біткойн: такі як Nervos CKB, Chia тощо

Переваги будівництва другого рівня на основі ланцюга:

• Зберігати більшість основних характеристик блокчейну
• Вирішення проблеми Тьюрінга
• Значно знизити комісії за 거래
• В певній мірі розширити мережеві можливості
• Технічна реалізація відносно проста, вже є багато дослідницьких випадків
• Переміщення верхніх застосувань зручно

Недолік:

• Все ще обмежений блокчейном, підвищення продуктивності обмежене
• може знизити безпеку
• потрібен другий рівень на другому рівні (Layer3/4) для подальшого розширення

Очікується поява безлічі проектів другого рівня на основі блокчейну, в різних вертикальних галузях існує кілька другорядних, що задовольняють різні потреби застосування. Їхня вартість буде визначатися кількістю та загальною вартістю верхніх застосувань.

2.2 Будівництво другого рівня на основі розподілених систем

Цей тип другого рівня не є блокчейн-структурою, а є розподіленою системою на основі каналу. Мережа Lightning є типовим представником.

Розподілені системи другого рівня поділяються на два типи:

1. Лише завершення передачі вартості: як мережа Lightning
2. Завершення передачі вартості та обчислень Тюрінга: як RGB

Цей тип другого рівня має значну складність, оскільки він пов'язаний із загальною ємністю вартості в каналах, суворістю транзакцій та запобіганням повторному використанню. Розвивається повільно, зрілих випадків небагато.

Реалізація обчислень з повною визначеністю Тюрінга на каналі є більш складним завданням. Як протокол RGB, обчислення з повною визначеністю Тюрінга реалізується через верифікацію клієнтом і одноразове запечатування в розподіленій системі.

Вже є приклади: Lightning Network, RGB тощо. Raiden Network і Plasma в Ethereum також належать до цього типу.

Переваги другого рівня на основі розподілених систем:

• Система стає більш децентралізованою
• Може вмістити безліч вузлів
• Краща конфіденційність та стійкість до цензури
• Теоретично має безмежну масштабованість та високу продуктивність

Недоліки:

• Технічна реалізація складна
• Складний алгоритм маршрутизації, розподіл вартості та алгоритм упаковки
• Брак досвіду реалізації проектів та інфраструктури
• Реалізація системи з повною комутативністю є надзвичайно складною

Очікується, що існуватиме лише кілька паралельних проектів через їхню безмежну можливість розширення та технічну складність. Такі системи вимагають більш відкритого дизайну та концепції, здатної залучити більше людей до участі. На основі таких другорядних застосувань команди розробників також сприятимуть розвитку другого рівня.

2.3 Будівництво другого рівня на основі централізованої системи

Як централізована індексна структура Ordinals або індексатор деяких функціональних вузлів. Цей підхід рідше визнається, оскільки є надто централізованим і має обмежене розширення мережі першого рівня.

Переваги другого рівня на основі централізованої системи:

• Система дуже зріла, є багато доступних випадків використання та оптимізаційних рішень
• Повністю тьюринг-повно
• Висока продуктивність

Недоліки:

• Другий рівень надмірної централізації
• Всі основні характеристики блокчейну залежать від одного шару мережі

Очікується, що існуватиме лише невелика кількість проєктів, які можуть бути тимчасовими. З розвитком зрілості другого рівня, заснованого на ланцюгах та розподіленій структурі, більшість централізованих другого рівня може зникнути, залишивши лише кілька специфічних сценаріїв використання.

3. Питання, пов'язані зі будівництвом другого рівня

3.1 Технології з'єднання першого та другого рівнів

Технологічний розвиток Біткойна (, такий як модифікація OP_RETURN, Taproot, підписання Schnorr, MAST, Tapscript ), має бути в основному спрямований на з'єднання першого та другого рівнів, а не на надмірну розробку функцій.

Звичайні технології підключення включають:

• Кросчейн-технології
• Технологія ізольованої верифікації
• Технологія бічного ланцюга
• Технологія State Channel
• Технологія Plasma

Якість технології з’єднання можна оцінити за такими показниками:

• Чи може перший рівень перевіряти транзакції другого рівня
• Чи може актив першого рівня благополучно вийти під час краху другого рівня
• Чи знижує технологія з'єднання певні характеристики системи

3.2 З точки зору структури фон Неймана, розглянемо розвиток блокчейну

Оскільки блокчейн є "світовим комп'ютером", його можна порівняти з традиційною комп'ютерною архітектурою фон Неймана.

Розвиток системи блокчейн подібний до традиційних комп'ютерних систем, наразі він перебуває на етапі, подібному до до 286, ще розширюючи обробні можливості та обсяг пам'яті, з обмеженими можливостями.

Порівняння розвитку традиційних комп'ютерів з "світовим комп'ютером":

1. Розширення ЦП по аналогії з розширенням обчислювальної потужності та пропускної спроможності першого та другого рівнів.
2. Розширення пам'яті з конкурентного ланцюга до використання спеціалізованого блокчейн-накопичення
3. Вхідні та вихідні пристрої аналогічні оріacles, в верхніх додатках є більше потреб.
4. Спеціальні ланцюги та функціональні аналоги GPU, спеціалізовані картки тощо
5. Ланцюгові додатки та верхні додатки аналогічні еволюції операційних систем та прикладного програмного забезпечення
6. Застосування поступово розширюється з фінансів на більш широкі сфери, подібно до традиційних комп'ютерів, які перейшли від наукових досліджень і військових до підприємств, домогосподарств та особистого використання.

4. Поточний стан будівництва Layer2 для Біткойн

4.1 Запущені проекти другого рівня Біткойн

1. Мережа Lightning (: побудована на основі дистрибутивних другого рівня

   • Запропоновано в 2015 році, повноцінно впроваджено в 2018 році
   • Особливості: швидкість, низька вартість, масштабованість
   • Реалізація офлайн-транзакцій через платіжний канал
   • Стикається з викликами стабільності, алгоритмів маршрутизації, користувацького інтерфейсу тощо

2. Liquid: побудова другого рівня на базі блокчейну

   • Бічне рішення, запущене компанією Blockstream у 2015 році
   • Особливості: швидке підтвердження транзакцій, конфіденційність транзакцій, висока пропускна спроможність
   • Використання технології Конфіденційних Трансакцій та технології Федеративного Пегу

3. Rootstock)RSK(: побудова другого рівня на основі блокчейну

   • Запропонований у 2015 році, офіційно запущений у 2018 році
   • Особливості: двостороннє закріплення з Біткойн, підтримка смарт-контрактів
   • Забезпечити функції, подібні до Ethereum, для екосистеми Біткойн

4. RGB: побудова другого рівня на основі розподіленості + Тюрінгової повноти

   • Походить з 2016 року, розроблено асоціацією стандартів LNP/BP
   • Особливості: масштабована, конфіденційна система смарт-контрактів
   • На основі концепції клієнтської перевірки та одноразової печатки

5. Stacks: побудова другого рівня на основі блокчейну

   • Запропоновано в 2013 році, ICO проведено в 2017 році
   • Особливості: децентралізована ідентифікація, зберігання та функції смарт-контрактів
   • Використання механізму консенсусу "Stacking"

6. Інші нові проєкти:

   • B² Network:Біткойн мережа другого рівня на базі ZK-Rollup