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

L'émergence des inscriptions Bitcoin a apporté une nouvelle vitalité à l'écosystème Bitcoin, suscitant l'intérêt de plus en plus de personnes pour Bitcoin. Certains estiment que cela a ouvert la boîte de Pandore de l'écosystème Bitcoin. Parmi les nombreuses avancées technologiques de l'écosystème Bitcoin, la construction de la deuxième couche est primordiale. Cet article s'inspire de plusieurs articles connus et des échanges avec de nombreux amis, ainsi que des expériences de l'équipe dans la conception et le développement de produits Web3, pour résumer les connaissances de base sur la deuxième couche de Bitcoin. J'espère pouvoir susciter des réflexions, attirer davantage de personnes à peaufiner les idées connexes et 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 des chaînes latérales de Bitcoin.

Dans cet article, les concepts de "construction de deuxième couche" et de "construction de réseau de deuxième couche" sont utilisés de manière interchangeable. La construction de deuxième couche est un concept plus large, mais pour s'adapter à la terminologie courante de l'industrie, on utilise également "construction de réseau de deuxième couche".

1. La mission de Layer2

Pour comprendre les problèmes fondamentaux que la construction de la couche 2 du Bitcoin doit résoudre, commençons par les caractéristiques de base du système blockchain.

1.1 Les caractéristiques fondamentales et les besoins de la blockchain

Nous utilisons le concept proposé par Vitalik : la blockchain est un "ordinateur mondial". Comprendre les diverses caractéristiques de la blockchain sous cet angle sera plus clair. Nous allons également analyser la possibilité de développement de cet "ordinateur mondial" en nous basant sur la structure de von Neumann dans les ordinateurs.

Résumer quelques caractéristiques de base :

Transparence: C'est une caractéristique du stockage de données et de l'exécution des instructions de la "machine mondiale" qu'est la blockchain, et c'est également une caractéristique interne qui nécessite la participation conjointe de nombreux nœuds distribués à l'échelle mondiale. Cette caractéristique répond au droit à l'information des utilisateurs concernant les données, et elle est le résultat commun des exigences de coopération interne de cette "machine mondiale" et des besoins externes des utilisateurs.

Décentralisation : cette caractéristique est une caractéristique architecturale de cet "ordinateur mondial", le degré de décentralisation et la tolérance aux pannes sont théoriquement soutenus par le théorème des généraux byzantins. Les systèmes non byzantins ne sont théoriquement pas des systèmes de blockchain, nous verrons plus tard deux cas de systèmes non blockchain dans la construction de la couche 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. À un niveau microscopique, la sécurité est garantie par des technologies liées à la cryptographie, tandis qu'à un niveau macroscopique, elle est assurée par la décentralisation de l'architecture, ce qui permet d'éviter que la sécurité de cet "ordinateur mondial" ne soit affectée par la falsification des données microscopiques ou la destruction de l'architecture macroscopique.

Capacité de calcul : Une des principales fonctions de cette machine mondiale qu'est la blockchain est sa capacité de calcul. Pour évaluer cet indicateur, nous utilisons généralement si le système est Turing-complet. Certaines chaînes, pour maintenir leurs principales caractéristiques, sont délibérément conçues pour être non Turing-completes. Par exemple, dans le réseau Bitcoin, Satoshi Nakamoto a non seulement rendu les instructions de son code non Turing-completes, mais a également délibérément supprimé certaines instructions au cours de son développement, afin de maintenir sa stabilité et sa sécurité. Toutes les technologies Turing-completes sont destinées à étendre la capacité de calcul de la blockchain. D'un point de vue de conception hiérarchique, les systèmes simples sont plus adaptés pour servir de base.

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

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, la plupart des données sont stockées dans les blocs, tandis que le stockage sur la chaîne en dehors des blocs, plus spécialisé, est encore en développement.

Confidentialité : La confidentialité est un besoin spécifique dans le "ordinateur mondial", c'est-à-dire la nécessité de maintenir le champ d'autorité des producteurs et des utilisateurs de données pendant le processus de calcul et de stockage. ( Nous incluons également la résistance à la censure dans la partie confidentialité. ) Cela est essentiellement motivé par les besoins externes des utilisateurs.

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 a aussi d'autres capacités de connexion, ou certaines capacités spécifiques à des scénarios particuliers, mais nous n'en discuterons pas ici. Lorsque nous rencontrons ces scénarios spéciaux, nous les analyserons en détail.

Parmi les caractéristiques fondamentales de ces blockchains, la plupart sont limitées par le triangle impossible dans leur relation de développement mutuel. Par exemple, la conjecture DSS, qui concerne la décentralisation (Decentralization, la sécurité )Security, et l'évolutivité (Scalability.

Dans un système distribué, un triangle impossible similaire est le principe CAP, qui fait référence à la Consistance), la Disponibilité( et la Tolérance aux partitions), qui ne peuvent pas être obtenues simultanément dans un système distribué. Un système de blockchain est un système distribué avec le problème des généraux byzantins, il est donc également soumis au principe CAP.

( 1.2 Le rôle de la construction de la couche deux

Quels rôles doivent être complétés pour la construction de la couche 2 ? Quelles fonctionnalités doit-elle fournir ? La construction de la couche 2 doit nécessairement combler les lacunes du système de couche 1, en réalisant des choses qui ne conviennent pas à être accomplies sur le système de couche 1.

Nous pouvons tirer une conclusion préliminaire des caractéristiques de la blockchain résumées ci-dessus : il est impératif d'étendre ces capacités fondamentales : transparence publique, décentralisation, sécurité, capacité de calcul, performance ), débit (, stockage, confidentialité, etc. En plus de ces capacités fondamentales d'un point de vue technique, il y a un problème économique très important à résoudre, à savoir la réduction des coûts. En général, le coût global des transactions exécutées sur un réseau de couche 1 est relativement élevé, et il est nécessaire d'utiliser un réseau de couche 2 pour réduire ces coûts.

En résumé, la solution pour augmenter la capacité, réduire les coûts et personnaliser les caractéristiques est toute construction de deuxième couche. En ce qui concerne la personnalisation, elle n'est pas encore suffisamment évidente ou est souvent cachée dans les deux premières caractéristiques, ce qui peut être déroutant. Nous pouvons comprendre cela de la manière suivante : les caractéristiques du réseau de première couche nécessitent des degrés différents pour de nombreuses applications, et il est possible de réajuster le degré de réalisation de diverses caractéristiques pour certaines applications sur la deuxième couche.

Dans la construction de la couche 2, les capacités de base de la blockchain seront choisies avec des compromis, certaines caractéristiques seront réduites, voire abandonnées, en échange d'une amélioration significative de certaines caractéristiques. Par exemple : certaines couches 2, pour améliorer les performances, réduiront le degré de décentralisation et diminueront la sécurité ; d'autres couches 2, pour augmenter le débit, comme le réseau Lightning, modifieront la structure du système et la méthode de règlement. D'autres encore renforceront une certaine caractéristique sans réduire les caractéristiques de base, comme la méthode de traitement RGB, qui augmente nettement la confidentialité et la résistance à la censure, mais rend l'implémentation technique plus difficile. Dans les cas suivants, nous verrons des constructions de couche 2 qui réduisent ou modifient simultanément plusieurs caractéristiques.

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

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) 1.3 Pourquoi faire une conception en couches ?

La conception en couches est une méthode et une méthodologie permettant aux humains de traiter des systèmes complexes, en divisant le système en plusieurs structures hiérarchiques et en définissant les relations et les fonctions entre chaque couche, afin d'atteindre la modularité, la maintenabilité et l'évolutivité du système, ce qui améliore l'efficacité et la fiabilité de la conception du système.

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

Les avantages spécifiques de la stratification des protocoles :

1. Les différentes couches sont indépendantes. Une couche n'a pas besoin de savoir comment sa couche suivante est implémentée, mais doit simplement connaître les services fournis par cette couche à travers les interfaces inter-couches. Ainsi, la complexité globale du problème diminue. En d'autres termes, la manière dont le travail de la couche précédente est effectué 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 à l'intérieur de la couche.

2. Bonne flexibilité. Lorsqu'un niveau change, tant que la relation d'interface entre les niveaux reste inchangée, les niveaux supérieurs ou inférieurs ne sont pas affectés. Lorsqu'un niveau subit une innovation technologique ou rencontre un problème pendant son fonctionnement, cela n'impacte pas le fonctionnement des autres niveaux, et lors de l'élimination des problèmes, il suffit de considérer le problème de ce niveau de manière isolée.

3. Structure pouvant être divisée. Chaque couche peut adopter la technologie la plus appropriée pour sa mise en œuvre. Le développement technologique est souvent asymétrique, et la division hiérarchique évite efficacement l'effet du tonneau, sans que l'imperfection d'un aspect technologique n'affecte 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 individuellement, évitant ainsi les situations où il est impossible de trouver ou de résoudre les bons problèmes.

5. Peut promouvoir le travail de normalisation. Parce que chaque couche a déjà des descriptions précises de ses fonctions et des services qu'elle fournit. L'avantage de la normalisation est qu'il est possible de remplacer librement une couche, ce qui est très pratique pour l'utilisation et la recherche.

La pensée de conception modulaire en couches est une méthode courante dans le domaine technique pour traiter un projet d'ingénierie qui est vaste, nécessite la collaboration de plusieurs personnes et est constamment amélioré, et c'est une méthode éprouvée et efficace.

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2. Quelques idées de construction pour le Layer2 de Bitcoin

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

)1( Une des routes d'extension basées sur la chaîne, similaire à la deuxième couche de l'EVM, est la structure de la blockchain;

)2###Une des routes basées sur la distribution, représentée par le réseau Lightning, est une structure distribuée.

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

Les deux premières méthodes ont des caractéristiques distinctes, et il existe déjà des produits en cours d'utilisation et des produits 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 de nombreux cas de référence. La deuxième méthode, basée sur la distribution, est généralement plus difficile et se développe plus lentement, représentée 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 critère de mesure ; le réseau de couche 2 avec la valeur totale des jetons verrouillés (TVL)(Total Value Locked) la plus élevée sera la solution optimale. Avec le temps et le développement technologique, cette solution optimale sera un processus évolutif.

Pour la définition du réseau de couche deux de Bitcoin, tout ce qui repose sur le réseau Bitcoin et établit une relation technique avec celui-ci, et certaines caractéristiques qui surpassent le réseau de couche un de Bitcoin, est considéré comme la construction du réseau de couche deux de Bitcoin. En d'autres termes : tant que l'on consomme des BTC comme gaz, en utilisant le BTC comme actif de base, tout système qui étend les performances de Bitcoin est considéré comme une construction de couche deux. Sur la base de ce jugement, nous devrions reconnaître une troisième forme de construction de couche deux, c'est-à-dire la construction de couche deux avec une structure centralisée.

Le développement de la technologie du Bitcoin lui-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, et ces technologies ne devraient pas être utilisées pour développer trop de fonctionnalités, car peu importe combien le réseau de premier niveau est étendu, il n'y aura pas de percée qualitative, une construction de deuxième niveau est nécessaire. Cependant, en l'absence de meilleurs produits de deuxième niveau pour Bitcoin, ces capacités techniques de connexion entre le premier et le deuxième niveau seront utilisées de manière excessive pendant un certain temps.

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