Глубина анализа вне блокчейна

1. Необходимость расширения

Будущее блокчейна видится в достижении децентрализации, безопасности и масштабируемости, но обычно возможно реализовать только два из этих аспектов. Это называется проблемой невозможного треугольника блокчейна. На протяжении многих лет люди исследуют, как повысить пропускную способность и скорость транзакций блокчейна, обеспечивая при этом децентрализацию и безопасность, то есть решая проблему масштабируемости.

Давайте сначала в общих чертах определим децентрализованность, безопасность и масштабируемость блокчейна:

• Децентрализация: любой может стать узлом и участвовать в системе блокчейна, чем больше узлов, тем выше степень децентрализации.
• Безопасность: чем выше стоимость получения контроля над блокчейн-системой, тем выше безопасность, и цепочка может противостоять большему количеству атак.
• Масштабируемость: способность блокчейна обрабатывать большое количество транзакций.

! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети

Первая серьезная хард-форк сети Биткойн возникла из-за проблемы масштабирования. С увеличением числа пользователей и объема транзакций сеть Биткойн с лимитом блока в 1 МБ начала сталкиваться с перегрузкой. С 2015 года в сообществе Биткойн существовали разногласия по вопросу масштабирования: одна сторона поддерживала увеличение размера блока, другая - использование решения SegWit для оптимизации структуры основной цепи. 1 августа 2017 года сторона, поддерживающая большие блоки, самостоятельно разработала клиентскую систему на 8 МБ, что привело к первой серьезной хард-форку Биткойна и появлению BCH.

Сеть Эфириума также выбрала жертвовать частью масштабируемости для обеспечения безопасности сети и децентрализации. Хотя Эфириум не ограничивает размер блока, как Биткойн, но косвенно устанавливает верхний предел на топливные расходы для одного блока, цель состоит в том, чтобы достичь доверительного консенсуса и обеспечить широкое распределение узлов.

С 2017 года с CryptoKitties до летнего периода DeFi, а затем до появления GameFi и NFT, рынок постоянно требует увеличения пропускной способности. Однако Ethereum по-прежнему может обрабатывать только 15-45 транзакций в секунду, что приводит к росту затрат на транзакции и увеличению времени расчета, и большинству DApp трудно справиться с эксплуатационными расходами. Идеальное решение для масштабирования заключается в том, чтобы максимально увеличить скорость и пропускную способность сети блокчейна без ущерба для децентрализации и безопасности.

2. Категории решений по масштабированию

Мы можем разделить планы по масштабированию на две большие категории: на масштабирование в цепи и вне блокчейна в зависимости от того, "изменяет ли это уровень основной сети".

2.1 Масштабирование в блокчейне

Основная концепция: решение, достигающее эффекта масштабирования путем изменения уровня протокола основной сети, в настоящее время основным решением является шarding.

Существует множество решений для масштабирования на блокчейне, в этой статье не будет углубления, кратко перечислим два из них:

• Увеличение пространства блока, увеличение количества транзакций, упакованных в каждый блок, но это повысит требования к узловым устройствам и снизит степень децентрализации.
• Шардинг, делит реестр блокчейна на несколько частей, за которые отвечают разные узлы, параллельные вычисления могут одновременно обрабатывать несколько транзакций. Это может снизить вычислительное давление на узлы и порог входа, повысить скорость обработки транзакций и степень децентрализации, но снизит общую безопасность сети.

Изменение одного уровня протокола основной сети может привести к непредсказуемым негативным последствиям, а любые мелкие уязвимости безопасности на нижнем уровне могут серьезно угрожать безопасности всей сети.

2.2 вне блокчейна расширение

核心概念:не изменяя существующий протокол основной сети первого уровня, решение для масштабирования.

вне блокчейна расширение решений можно дополнительно разделить на Layer2 и другие решения:

• Layer2: Каналы состояния, Плазма, Роллапсы
• Другие: Сайдчейны, Валида

! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети

3. решения для расширения вне блокчейна

3.1 Государственные каналы

3.1.1 Обзор

Состояние канала предполагает, что пользователям необходимо взаимодействовать с основной сетью только при открытии, закрытии или разрешении споров, в то время как взаимодействие между пользователями происходит вне блокчейна, чтобы снизить время и стоимость транзакций и обеспечить неограниченное количество транзакций.

Статус-каналы — это простые P2P-протоколы, подходящие для приложений на основе раундов, таких как игра в шахматы для двух человек. Каждый канал управляется многофункциональным смарт-контрактом, работающим в основной сети, который контролирует активы, внесенные в канал, проверяет обновления статуса и арбитраж споров между участниками.

3.1.2 Временная линия

• 2015/02: Джозеф Пун и Тэддиус Драйджа опубликовали черновик белой книги сети Lightning.
• 2015/11: Джефф Коулман впервые системно обобщил концепцию State Channel.
• 2016/01: Джозеф Пун и Таддеус Дрия официально опубликовали белую книгу о сети Lightning Bitcoin.
• 2017/11: Первые проектные спецификации State Channel на основе фрейма Payment Channel, предложенные Sprites.
• 2018/06: Counterfactual представил подробный дизайн обобщенных каналов состояния.
• 2018/10: предложены концепции State Channel Networks и Virtual Channels.
• 2019/02: Концепция каналов состояния расширена до N-Party Channels, Nitro является первым протоколом, основанным на этой идее.
• 2019/10: Pisa расширяет концепцию Watchtowers, решая проблему необходимости постоянного онлайн-участия.
• 2020/03: Hydra представила Быстрые Изоморфные Каналы.

! Подробный исследовательский отчет из 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

3.1.3 Технические принципы

Общий рабочий процесс каналов состояния:

1. Участники открывают канал, внося средства в смарт-контракт основной сети.

2. Участники могут проводить неограниченное количество сделок вне блокчейна, обновляя состояние через сообщения с подписями.

3. При закрытии канала участники подают окончательное состояние в контракт основной сети. Если получены подписи всех участников, выполняется немедленно; в противном случае необходимо дождаться окончания периода оспаривания.

4. В случае спора можно подать доказательства мошенничества в основной сети контракта для оспаривания.

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

3.1.4 Плюсы и минусы

Преимущества:

• Мгновенное подтверждение, низкие торговые сборы
• Высокая пропускная способность, высокая масштабируемость
• Хорошая конфиденциальность

Недостатки:

• Необходимо предварительно заблокировать средства
• Участники должны оставаться онлайн
• Не применяется для приложений с открытым участием
• Высокие затраты на создание и закрытие канала

3.1.5 Приложение

Основные приложения: сеть Lightning для Биткойна, сеть Lightning для Эфириума, Celer Network.

Биткойн Сеть Молнии:

• Предложено в 2015 году, основная сеть запущена в марте 2018 года
• По состоянию на ноябрь 2022 года существует 76 236 платежных каналов, 5049 BTC заблокированы.

Эфириум Лайтнинг Сеть:

• Основан в 2017 году, основной сеть запущена в мае 2020 года.
• В настоящее время отсутствует прогресс в разработке, несколько бирж исключили токен RDN из листинга.

Сеть Celer:

• Основана в 2018 году, добавлен уровень стимулов
• Подходит для высокочастотных интерактивных приложений, таких как платформы киберспорта

3.1.6 Сравнение приложений

Сетевая молния является самым успешным приложением каналов состояния на данный момент, экосистема довольно хорошо развита. Сеть грома развивается довольно медленно. Celer Network расширила большее количество сценариев применения, добавив уровень стимулов.

3.2 Сайдчейны

3.2.1 Обзор

Концепция сайдчейна была предложена в 2012 году, а в 2014 году впервые опубликованы соответствующие статьи. Сайдчейн — это форма блокчейна, появившаяся для ускорения транзакций биткойнов, которая может использовать более сложные контракты или улучшенные механизмы консенсуса. Результаты транзакций сайдчейна в конечном итоге передаются обратно в основную цепь и записываются на стороне валидатора.

3.2.2 Хронология

• 2012/01: Концепция побочной цепи биткойна была предложена в чате
• 2014/10: Опубликована статья о побочных цепочках Биткойна
• 2017/04: Запуск тестовой сети POA Network
• 2017/10:Запуск сети Matic
• 2017/12: Запуск основной сети POA Network
• 2018/01:Запуск тестовой сети Skale
• 2018/10:Запуск тестовой сети xDai Chain
• 2020/06: Запуск основной сети Skale, Запуск основной сети Matic PoS Chain
• 2021/02: Matic Network сменила название на Polygon Network
• 2021/02: Запуск основной сети Ronin, сайдчейна игры Axie Infinity
• 2021/12:xDai Chain объединился с Gnosis Dao, образовав Gnosis Chain
• 2022/03: POA Network объединился с Gnosis Chain

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

3.2.3 Технические принципы

Основные технические принципы побочной цепи включают:

1. Двустороннее якорение: валидаторы основной цепи и побочной цепи в реальном времени записывают текущее состояние друг друга.

2. Несоответствующая привязка: валидаторы боковой цепи должны отслеживать активность основной цепи, но основная цепь не может подтвердить состояние боковой цепи, необходимо ввести механизм сертификации.

3. Активы кросс-чейн:

   • Основная цепь → Побочная цепь: Основная цепь блокирует активы, побочная цепь создает обернутый актив
   • сайдчейн→основной цепи: сайдчейн уничтожает обернутый актив, основной цепи разблокирует актив

Безопасность активов на побочной цепи зависит от безопасности самой побочной цепи, в основном от ее механизма консенсуса.

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ расширения вне сети

3.2.4 Достоинства и недостатки

Преимущества:

• Может обеспечить быструю и недорогую торговлю
• Может поддерживать более сложные смарт-контракты
• Не влияет на безопасность основной цепи и децентрализацию

Недостатки:

• Требуется полагаться на механизм совместной подписи, безопасность относительно низкая
• Кроссчейн-мост может стать целью атаки
• Основные активы должны быть заблокированы на мосту
• Полная зависимость от честности валидаторов

3.2.5 Приложение

Основные приложения: Gnosis Chain( бывший xDai), Polygon, Ronin

Цепочка Гнозиса:

• Сентябрь 2018 года, запуск основной сети
• Слияние с Gnosis DAO в 2021 году
• Используя модель PoSDAO, стейкинг может приносить 15% APR
• В настоящее время TVL составляет около $53M, есть 35 активных проектов

Полиго́н:

• Основана в 2017 году, основная сеть запущена в июне 2020 года
• Переименован в феврале 2021 года, трансформировавшись в агрегатор решений по масштабированию.
• Экосистема развивается быстро, имеет более 37k DApp
• В настоящее время TVL составляет около $1.07B

Ронин:

• Сайдчейн, разработанный для игры Axie Infinity
• Запуск основной сети в марте 2021 года
• Использование консенсуса PoA, максимум 25 валидаторов.
• В марте 2022 года произошла хакерская атака на 625 миллионов долларов

3.2.6 Сравнение приложений

Gnosis Chain сосредоточен на платежах с использованием стейблкоинов, Polygon развивается наиболее быстро и всесторонне, Ronin разработан специально для игр, но безопасность вызывает сомнения. Polygon занимает лидирующие позиции в области экосистемного строительства, технологических инноваций и финансовой мощи.

3.3 Плазма

3.3.1 Обзор

Plasma является фреймворком для создания масштабируемых DApp. Он появился как эволюционное решение для побочных цепей, целью которого является снижение доверия пользователей к операторам побочных цепей до минимума. Основной принцип Plasma заключается в том, что даже если на цепи Plasma происходит сбой безопасности, активы пользователей все равно можно вывести на основную сеть.

3.3.2 Хронология

• 2017/08: Виталик и Джозеф Пун представили белую книгу Plasma
• 2018/01: Виталик предложил Plasma MVP
• 2018/03:Виталик предложил Plasma Cash
• 2018/06: Дэн Робинсон предложил Plasma Debit
• 2018/11: Фонд BANKEX предложил Plasma Prime
• С 2019 года: сообщество Ethereum начало исследовать Rollups

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети

3.3.3 Технический принцип

Основная идея Plasma:

1. вне блокчейна выполнение: большинство работ обрабатывается вне основной сети
2. Обещание состояния: Регулярно представлять состояние Plasma цепи в основной сети
3. Механизм выхода: пользователи могут в любое время вывести средства из Plasma цепи на основную сеть

Пользовательский процесс:

1. Внесите средства в контракт основной сети для перехода на Plasma цепь
2. Проводить транзакции в сети Plasma
3. Оператор регулярно предоставляет обязательства по статусу в основную сеть
4. Пользователь может в любое время подать запрос на выход, после периода оспаривания вернуть активы.

! Подробный исследовательский отчет на 10 000 слов: всесторонний анализ масштабирования вне сети