Analisis Kedalaman Perluasan off-chain

1. Kebutuhan untuk Memperbesar Kapasitas

Visi masa depan blockchain adalah desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas, tetapi biasanya hanya dua dari ketiganya yang dapat dicapai, yang dikenal sebagai masalah segitiga ketidakmungkinan blockchain. Selama bertahun-tahun, orang telah menjelajahi bagaimana meningkatkan throughput dan kecepatan transaksi blockchain dengan tetap menjamin desentralisasi dan keamanan, yaitu menyelesaikan masalah skalabilitas, yang merupakan salah satu topik hangat dalam perkembangan blockchain saat ini.

Desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas blockchain dapat didefinisikan sebagai:

• Desentralisasi: Siapa pun dapat menjadi node untuk berpartisipasi dalam sistem blockchain, semakin banyak jumlah node, semakin tinggi tingkat desentralisasi, memastikan jaringan tidak dikendalikan oleh sejumlah kecil peserta terpusat.

• Keamanan: Semakin tinggi biaya untuk mendapatkan kontrol sistem blockchain, semakin tinggi keamanannya, dan rantai dapat menahan serangan dari proporsi peserta yang lebih besar.

• Skalabilitas: Kemampuan blockchain untuk memproses sejumlah besar transaksi.

Fork besar pertama di jaringan Bitcoin berasal dari masalah skalabilitas. Dengan meningkatnya jumlah pengguna dan volume transaksi, jaringan Bitcoin yang memiliki batas blok 1MB mulai menghadapi kemacetan. Sejak 2015, komunitas Bitcoin telah memiliki perbedaan pendapat mengenai masalah skalabilitas, satu pihak mendukung perluasan blok, sementara pihak lainnya menganjurkan penggunaan segwit untuk mengoptimalkan struktur rantai utama. Pada 1 Agustus 2017, pihak yang mendukung perluasan secara mandiri mengembangkan blockchain 8MB, yang mengakibatkan fork besar pertama Bitcoin dan melahirkan jenis koin baru BCH.

Jaringan Ethereum juga memilih untuk mengorbankan sebagian skalabilitas demi menjamin keamanan dan desentralisasi, dengan membatasi jumlah transaksi melalui batas biaya bahan bakar. Dari CryptoKitties pada tahun 2017 hingga munculnya DeFi, GameFi, dan NFT, permintaan pasar untuk throughput terus meningkat, tetapi Ethereum hanya dapat memproses 15-45 transaksi per detik, yang menyebabkan biaya transaksi meningkat dan waktu penyelesaian menjadi lebih lama, membuat sebagian besar DApp sulit untuk menanggung biaya operasional, yang menyebabkan seluruh jaringan menjadi lambat dan mahal, sehingga perlu segera menyelesaikan masalah skalabilitas. Solusi skalabilitas yang ideal adalah meningkatkan kecepatan transaksi dan throughput sebisa mungkin tanpa mengorbankan desentralisasi dan keamanan.

2. Kategori Rencana Perluasan

Kita dapat membagi rencana skalabilitas menjadi dua kategori besar yaitu skalabilitas on-chain dan skalabilitas off-chain berdasarkan "apakah mengubah satu lapisan mainnet".

2.1 ekspansi on-chain

Konsep inti: solusi yang mencapai efek skalabilitas dengan mengubah satu lapisan protokol jaringan utama, solusi utama saat ini adalah sharding.

Ada berbagai solusi untuk skalabilitas on-chain, di sini kami mencantumkan dua di antaranya:

• Rencana pertama adalah memperluas ruang blok, meningkatkan jumlah transaksi yang打包 dalam setiap blok, tetapi ini akan meningkatkan tuntutan pada perangkat node berkinerja tinggi, mengurangi tingkat "desentralisasi".

• Solusi kedua adalah sharding, membagi buku besar blockchain menjadi beberapa bagian, di mana setiap shard bertanggung jawab untuk pencatatan yang berbeda, dan komputasi paralel dapat memproses beberapa transaksi secara bersamaan. Ini dapat mengurangi tekanan komputasi pada node dan ambang masuk, meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi dan tingkat desentralisasi, tetapi berarti bahwa kekuatan komputasi di seluruh jaringan terdistribusi, yang dapat mengurangi "keamanan" seluruh jaringan.

Mengubah protokol jaringan utama dapat menghasilkan dampak negatif yang sulit diprediksi, setiap celah keamanan kecil di lapisan bawah dapat mengancam keamanan jaringan secara serius, jaringan mungkin terpaksa melakukan fork atau menghentikan perbaikan dan peningkatan.

2.2 off-chain ekspansi

Konsep inti: solusi perluasan yang tidak mengubah protokol jaringan utama lapisan satu yang ada.

Solusi ekspansi off-chain dapat dibagi menjadi Layer2 dan solusi lainnya:

Layer2:

• Saluran Negara
• Plasma
• Rollups
  • Optimistic Rollups
  • ZK Rollups

Lainnya:

• Sidechains
• Validium

3. Solusi Skala Off-chain

3.1 Saluran Negara

3.1.1 Ringkasan

Saluran status menetapkan bahwa pengguna hanya perlu berinteraksi dengan jaringan utama saat saluran dibuka, ditutup, atau menyelesaikan sengketa, dengan melakukan interaksi antar pengguna secara off-chain, untuk mengurangi waktu dan biaya transaksi, serta mewujudkan jumlah transaksi yang tidak terbatas.

Saluran status adalah protokol P2P sederhana yang cocok untuk "aplikasi berbasis giliran", seperti catur untuk dua orang. Setiap saluran dikelola oleh kontrak pintar multisig di jaringan utama, mengontrol aset saluran, memverifikasi pembaruan status, dan mengadili sengketa ( berdasarkan bukti penipuan yang ditandatangani dan diberi cap waktu ). Setelah peserta menerapkan kontrak, mereka menyetor dana dan menguncinya, setelah kedua belah pihak menandatangani konfirmasi, saluran resmi dibuka. Saluran memungkinkan transaksi off-chain tanpa batasan jumlah secara gratis ( asal nilai bersih tidak melebihi total setoran ). Peserta secara bergiliran mengirimkan pembaruan status dan menunggu tanda tangan konfirmasi dari pihak lain. Dalam keadaan normal, pembaruan status tidak diunggah ke jaringan utama, hanya bergantung pada konfirmasi jaringan utama dalam hal sengketa atau penutupan saluran. Saat menutup saluran, salah satu pihak dapat mengajukan permohonan di jaringan utama, jika disetujui dengan tanda tangan semua pihak, maka akan langsung dilaksanakan, jika tidak, harus menunggu "masa tantangan" berakhir.

Saluran status dapat secara signifikan mengurangi beban komputasi jaringan utama, meningkatkan kecepatan transaksi, dan menurunkan biaya transaksi.

3.1.2 Garis Waktu

• 2015/02: Joseph Poon dan Thaddeus Dryja merilis draf whitepaper jaringan Lightning.

• 2015/11: Jeff Coleman pertama kali merangkum konsep State Channel secara sistematis, mengusulkan bahwa Payment Channel Bitcoin adalah sub-kasus dari State Channel.

• 2016/01: Joseph Poon dan Thaddeus Dryja secara resmi menerbitkan buku putih jaringan Lightning Bitcoin, mengusulkan skema perluasan Payment Channel.

• 2017/11: Spesifikasi desain State Channel berbasis Payment Channel pertama kali diusulkan oleh Sprites.

• 2018/06: Counterfactual mengusulkan desain Generalized State Channels yang rinci, desain yang sepenuhnya relevan pertama.

• 2018/10: Mengusulkan konsep State Channel Networks dan Virtual Channels.

• 2019/02: Saluran status diperluas menjadi N-Party Channels, Nitro adalah protokol pertama yang didasarkan pada ide tersebut.

• 2019/10: Pisa memperluas konsep Watchtowers, menyelesaikan masalah peserta yang perlu online terus menerus.

• 2020/03: Hydra mengajukan Fast Isomorphic Channels.

3.1.3 Prinsip Teknologi

Proses kerja tradisional di blockchain: pengguna mengubah status kontrak pintar dengan mengirimkan transaksi ke blockchain, tetapi hal ini membawa masalah waktu dan biaya.

Alur kerja saluran status:

1. Pengguna menyetor dana dari EOA ke kontrak on-chain, terkunci hingga saluran ditutup.
2. Pengguna dapat melakukan transaksi tanpa batas di off-chain, melalui komunikasi pesan tanda tangan terenkripsi.
3. Saat menutup saluran, kirim status akhir ke kontrak, jika tanda tangan pihak lain disetujui maka segera dieksekusi, jika tidak tunggu periode tantangan.

Dalam situasi pesimis, jika satu pihak tidak merespons, pihak lainnya dapat mengajukan tantangan dengan mengirimkan status terakhir yang valid ke kontrak, kontrak memungkinkan pihak lain untuk merespons dalam periode waktu tertentu. Jika tidak ada respons, kontrak secara otomatis menutup saluran dan mengembalikan dana.

3.1.4 Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan:

• Konfirmasi instan, transaksi cepat
• Biaya rendah
• Privasi
• Tingkat throughput yang tinggi

Kekurangan:

• Perlu pemantauan online yang terus menerus
• Perlu mengunci dana
• Tidak cocok untuk perdagangan frekuensi rendah
• Kapasitas saluran terbatas
• Tidak mendukung kontrak pintar umum

3.1.5 Aplikasi

Jaringan Lightning Bitcoin:

• adalah saluran pembayaran kecil di jaringan Bitcoin
• Melalui saluran pembayaran kecil off-chain dan perantara untuk membentuk jaringan transaksi, menyelesaikan masalah skalabilitas
• Ikuti proses "Setoran → Transaksi Jaringan Kilat → Pengembalian/Penyelesaian"
• Secara teori dapat memproses satu juta transaksi per detik
• Pada akhir 2021, TVL sekitar 40 juta dolar AS, sekitar 100 ribu pengguna
• Pada bulan November 2022 terdapat 76,236 saluran pembayaran, 5049 BTC dana ($81.8M)

Jaringan Lightning Ethereum:

• Saluran pembayaran mikro berbasis Ethereum, mirip dengan jaringan Lightning
• Tujuannya adalah untuk merealisasikan pembayaran token ERC20 yang hampir instan, biaya rendah, dan dapat diskalakan
• Didirikan pada tahun 2017, mengumpulkan 30 juta dolar AS melalui ICO pada bulan Oktober 2017
• Light Client pertama diluncurkan pada Mei 2020
• Saat ini belum diadopsi secara luas, alasan termasuk ambang penggunaan yang tinggi, munculnya teknologi skalabilitas yang lebih maju, dan lain-lain.
• Tim sedang mengubahnya agar dapat berjalan di jaringan Rollup Layer2 Ethereum

Celer Network:

• Esensinya adalah menambah lapisan insentif dari jaringan lightning
• Membangun DApps interaksi frekuensi tinggi yang cepat, mudah digunakan, biaya rendah, dan aman melalui teknologi perluasan off-chain dan model ekonomi insentif.
• Cocok untuk aplikasi interaksi tinggi seperti platform e-sports
• Menggunakan OAT(Penerjemah Alamat off-chain) untuk memetakan alamat off-chain secara unik ke kontrak pintar di on-chain.
• Terdiri dari tiga lapisan yaitu cChannel, cRoute, dan cOS
• Didirikan pada tahun 2018, token $CELR diterbitkan pada bulan Maret 2019
• Saat ini telah diluncurkan protokol DeFi Layer2.finance, protokol lintas rantai informasi Celer IM, dan jembatan lintas rantai aset cBridge

3.1.6 Perbandingan Aplikasi

Jaringan Lightning Bitcoin:

• Digunakan untuk pembayaran BTC
• Saluran pembayaran dua arah
• Volume perdagangan cukup besar
• Perkembangan ekosistem cukup baik

Jaringan Lightning Ethereum:

• Digunakan untuk pembayaran ETH dan ERC20
• Saluran Pembayaran Dua Arah
• Volume transaksi kecil
• Perkembangan ekosistem lambat

Jaringan Celer:

• Mendukung berbagai aset
• Saluran Status Umum
• Volume perdagangan sedang
• Ekosistem berkembang ke arah lintas rantai

3.2 Sidechains

3.2.1 Ringkasan

Konsep sidechain pertama kali diajukan di ruang obrolan pengembang Bitcoin pada tahun 2012, dan artikel terkait pertama kali diterbitkan pada tahun 2014. Sidechain adalah bentuk blockchain yang muncul untuk mempercepat transaksi Bitcoin, memungkinkan penggunaan kontrak yang lebih kompleks atau perbaikan mekanisme konsensus. Hasil transaksi sidechain akhirnya dikirim kembali ke mainchain, dan akan dicatat di sisi validator. Model ini merupakan infrastruktur yang melekat pada mainchain dan membantu menyelesaikan masalah.

3.2.2 Garis Waktu

• 2012/01: Konsep sidechain Bitcoin diusulkan di ruang obrolan
• 2014/10: Publikasi makalah sisi Bitcoin: Symmetric Pegged dan Asymmetric Pegged
• 2017/04: POA Network meluncurkan jaringan pengujian sidechain berbasis konsensus PoA Ethereum.
• 2017/10: Matic Network diluncurkan
• 2017/12: Peluncuran Mainnet POA Network
• 2018/01: Skales testnet diluncurkan
• 2018/10: xDai Chain testnet diluncurkan
• 2020/06: Skale mainnet diluncurkan
• 2020/06: Peluncuran jaringan utama Matic PoS Chain di sisi Ethereum
• 2021/02:Jaringan Matic berganti nama menjadi Jaringan Polygon
• 2021/02: Jaringan utama Ronin untuk game Axie Infinity beroperasi
• 2021/12:xDai Chain bergabung dengan Gnosis Dao menjadi Gnosis Chain
• 2022/03: POA Network digabungkan ke dalam Gnosis Chain

3.2.3 Prinsip Teknologi

Sidechain menggunakan dua cara untuk berkomunikasi dengan main chain, yaitu double anchoring (Symmetric Pegged ) dan uncoordinated anchoring (Asymmetric Pegged ).

Simetris Terikat:

• Validator sisi utama secara real-time mencatat status saat ini dari satu sama lain ( informasi header blok )
• Menggunakan teknologi SPV dua arah untuk menyampaikan informasi
• Token utama yang dikirim ke sisi rantai menghasilkan Output SPV-Locked
• Validator sidechain menggunakan SPV untuk membuktikan pembukaan kunci
• Setelah periode konfirmasi dan periode kontes, aset yang dicetak baru dapat digunakan di sidechain.

Asimetri Terikat:

• Validator sisi memantau aktivitas rantai utama secara real-time
• Ketika transfer dari rantai utama ke rantai samping, rantai samping secara aktif mencatat (forward transaction)
• Memperkenalkan mekanisme Certifiers saat transfer antara sidechain dan mainchain
• Certifiers mencatat ID kontrak, ID validator, daftar transfer, dan informasi lainnya
• Certifiers memastikan keamanan melalui staking dan tanda tangan

Saat ini, sebagian besar sidechain menggunakan mekanisme PoA atau lapisan perantara Relayers untuk mengonfirmasi status blok di mainchain.

Ringkasan mekanisme sidechain:

• Rantai utama → Rantai samping: Rantai utama mengunci aset, rantai samping menghasilkan wrapped asset
• Sidechain→Mainchain: Sidechain menghancurkan wrapped asset, mainchain membuka aset

Keamanan aset sidechain tergantung pada keamanan sidechain, yaitu mekanisme konsensus sidechain.

![Laporan Penelitian Kedalaman Seribu Kata: Analisis Lengkap tentang Ekspansi off-chain](