off-chain genişletme Derinlik analizi

1. Ölçeklenmenin Gerekliliği

Blockchain'ın gelecekteki vizyonu, merkeziyetsizlik, güvenlik ve ölçeklenebilirliktir, ancak genellikle bunlardan yalnızca ikisi gerçekleştirilebilir; bu, blockchain'ın imkansız üçgen sorunu olarak adlandırılır. Yıllardır, insanların merkeziyetsizlik ve güvenliği sağlarken blockchain'ın işlem hacmini ve hızını artırmanın yollarını araştırdıkları, yani ölçeklendirme sorununu çözmeye çalıştıkları, mevcut blockchain gelişiminde en sıcak konulardan biridir.

Blok zincirinin merkeziyetsizliği, güvenliği ve ölçeklenebilirliği şöyle tanımlanabilir:

• Merkeziyetsizlik: Herkes blok zinciri sistemine katılan bir düğüm olabilir, düğüm sayısı arttıkça merkeziyetsizlik derecesi artar ve ağın birkaç merkezi katılımcı tarafından kontrol edilmesini engeller.

• Güvenlik: Bir blockchain sisteminin kontrolünü elde etmenin maliyeti ne kadar yüksekse, güvenlik o kadar yüksektir; zincir, daha büyük bir katılımcı oranının saldırılarına karşı dayanabilir.

• Ölçeklenebilirlik: Blok zincirinin büyük miktarda işlemi işleme yeteneği.

Bitcoin ağının ilk büyük hard fork'u, ölçeklenme sorunundan kaynaklandı. Kullanıcı sayısı ve işlem hacmi arttıkça, 1MB blok sınırına sahip Bitcoin ağı tıkanma ile karşılaşmaya başladı. 2015 yılından itibaren, Bitcoin topluluğu ölçeklenme sorununda fikir ayrılıkları yaşadı; bir taraf blokların genişletilmesini desteklerken, diğer taraf SegWit kullanarak ana zincir yapısını optimize etme taraftarıydı. 1 Ağustos 2017'de, ölçeklenmeyi destekleyen taraf 8MB blok zincirini kendiliğinden geliştirdi ve bu, Bitcoin'in ilk büyük hard fork'una yol açarak yeni bir kripto para birimi olan BCH'yi doğurdu.

Ethereum ağı, güvenliği ve merkeziyetsizliği sağlamak için bir miktar ölçeklenebilirlikten feragat etmeyi de seçmiştir. İşlem hacmini sınırlamak için yakıt ücreti üst sınırı belirlemiştir. 2017'deki CryptoKitties'ten DeFi, GameFi ve NFT'lerin yükselişine kadar, piyasanın işlem hacmi talebi sürekli artmıştır; ancak Ethereum saniyede yalnızca 15-45 işlem gerçekleştirebilmektedir. Bu da işlem maliyetlerinin artmasına ve işlem süresinin uzamasına neden olmakta, çoğu DApp'in işletme maliyetlerini karşılamasını zorlaştırmakta, tüm ağ yavaş ve pahalı hale gelmekte ve ölçeklenebilirlik sorunlarının çözülmesine acil ihtiyaç duyulmaktadır. İdeal bir ölçeklenme çözümü, merkeziyetsizlik ve güvenlikten ödün vermeden, işlem hızını ve işlem hacmini mümkün olduğunca artırmaktır.

2. Ölçeklenebilirlik Çözüm Türleri

Genişletme planlarını "ana ağın bir katmanını değiştirip değiştirmeyeceğimize" göre on-chain genişletme ve off-chain genişletme olarak iki ana kategoriye ayırabiliriz.

2.1 Zincir üstü genişleme

Temel kavram: Bir katman ana ağ protokolünü değiştirerek ölçeklenebilirlik sağlama çözümü, mevcut ana çözüm parçalama (sharding) yöntemidir.

Zincir üzerinde genişletme için çeşitli çözümler vardır, burada iki tanesi kısaca belirtilmiştir:

• Birinci seçenek, blok alanını genişletmek, her blokta paketlenen işlem sayısını artırmak, ancak bu, yüksek performanslı düğüm cihazlarına olan talepleri artıracak ve "merkeziyetsizlik" derecesini azaltacaktır.

• İkinci seçenek parçalama, blok zinciri defterini birkaç parçaya ayırarak farklı parçaların farklı muhasebe işlemlerinden sorumlu olmasını sağlar, paralel hesaplamalar birden fazla işlemi aynı anda işleyebilir. Bu, düğümlerin hesaplama yükünü ve katılım eşiğini düşürebilir, işlem işleme hızını ve merkeziyetsizliği artırabilir, ancak bu, tüm ağın hesaplama gücünün dağılmasına neden olur ve ağın "güvenliğini" azaltır.

Ana ağ protokolünde bir değişiklik, tahmin edilemeyen olumsuz etkilere yol açabilir; temel katmandaki herhangi bir ince güvenlik açığı, tüm ağ güvenliğini ciddi şekilde tehdit edebilir. Ağ, bir çatal oluşturmak veya onarım yükseltmesi yapmak zorunda kalabilir.

2.2 off-chain genişletme

Temel Kavram: Mevcut birinci katman ana ağ protokolünün genişletme çözümünü değiştirmeden.

off-chain ölçeklendirme çözümleri Layer2 ve diğer çözümler olarak alt bölümlere ayrılabilir:

Layer2:

• Eyalet Kanalları
• Plasma
• Rollups
  • İyimser Rollup'lar
  • ZK Rollups

Diğer:

• Yan zincirler
• Validium

3. off-chain genişletme planı

3.1 Durum Kanalları

3.1.1 Özet

Durum kanalı, yalnızca kanal açıldığında, kapandığında veya ihtilaf çözüldüğünde kullanıcıların ana ağ ile etkileşimde bulunması gerektiğini belirtir; kullanıcılar arasındaki etkileşim, işlem sürelerini ve maliyetlerini azaltmak için off-chain gerçekleştirilir ve sınırsız işlem sayısına ulaşılır.

Durum kanalları, iki kişilik satranç gibi "tur bazlı uygulamalar" için uygun olan basit bir P2P protokolüdür. Her kanal, ana ağda çoklu imza akıllı sözleşmesi tarafından yönetilir, kanal varlıklarını kontrol eder, durum güncellemelerini doğrular ve anlaşmazlıkları ( imzalı ve zaman damgalı dolandırıcılık kanıtına dayanarak ) hakemlik eder. Katılımcılar sözleşmeyi dağıttıktan sonra fon yatırır ve kilitler, her iki taraf imza onayı verdikten sonra kanal resmen açılır. Kanal, net değer toplam yatırılan miktarı ( aşmadığı sürece sınırsız sayıda off-chain ücretsiz işlem yapma olanağı sunar ). Katılımcılar sırayla durum güncellemeleri gönderir ve diğer tarafın imza onayını bekler. Normal koşullarda, durum güncellemeleri ana ağa yüklenmez, yalnızca anlaşmazlık durumunda veya kanal kapatıldığında ana ağ doğrulamasına dayanır. Kanal kapatıldığında, taraflardan biri ana ağda talep edebilir, eğer tüm imzaların onayı alınırsa hemen uygulanır, aksi takdirde "meydan okuma süresi"nin sona ermesini beklemek gerekir.

Durum kanalları, ana ağın hesaplama yükünü büyük ölçüde azaltabilir, işlem hızını artırabilir ve işlem maliyetlerini düşürebilir.

3.1.2 Zaman Çizgisi

• 2015/02: Joseph Poon ve Thaddeus Dryja, Lightning Network beyaz kağıdı taslağını yayınladı.

• 2015/11: Jeff Coleman, State Channel kavramını sistematik olarak ilk kez özetledi ve Bitcoin Payment Channel'ın State Channel'ın bir alt örneği olduğunu öne sürdü.

• 2016/01: Joseph Poon ve Thaddeus Dryja, Bitcoin Lightning Network beyaz kitabını resmi olarak yayımladı ve Payment Channel genişletme çözümünü önerdi.

• 2017/11: Payment Channel'a dayalı State Channel tasarım standardı Sprites tarafından önerildi.

• 2018/06: Counterfactual, tamamen ilişkili ilk tasarım olan Genel Durum Kanalları'nın detaylı tasarımını sundu.

• 2018/10: State Channel Networks ve Virtual Channels kavramlarını önerdi.

• 2019/02: Durum kanalları N-Party Kanallarına genişletildi, Nitro bu fikre dayanan ilk protokoldür.

• 2019/10:Pisa, Watchtowers kavramını genişletti, katılımcıların sürekli çevrimiçi olma sorununu çözdü.

• 2020/03:Hydra, Hızlı İzomorfik Kanallar'ı sundu.

3.1.3 Teknik Prensip

Geleneksel zincir üzerindeki iş akışı: Kullanıcı, akıllı sözleşme durumunu değiştirmek için zincire işlem göndererek, ancak zaman ve maliyet sorunlarına yol açar.

Durum kanalı iş akışı:

1. Kullanıcı, EOA'dan fonları zincir üstü akıma yatırır, kanala kapanana kadar kilitlenir.
2. Kullanıcı, sınırsız sayıda işlemi off-chain gerçekleştirebilir ve şifreli imza mesaj iletişimi ile iletişim kurabilir.
3. Kanal kapatılırken, sözleşmeye nihai durumu ilet, eğer karşı taraf imzayla onaylarsa hemen gerçekleştir, aksi takdirde meydan okuma süresini bekle.

Kötü bir durumda, bir taraf yanıt vermezse, diğer taraf, sözleşmeye son geçerli durumu sunarak bir meydan okuma başlatabilir. Sözleşme, diğer tarafa belirli bir süre içinde yanıt verme izni verir. Yanıt yoksa, sözleşme otomatik olarak kanalı kapatır ve fonları iade eder.

3.1.4 Artılar ve Eksiler

Avantajları:

• Anında onay, hızlı işlem
• Düşük ücret
• Gizlilik
• Yüksek verim

Eksiler:

• Sürekli çevrimiçi izleme gereklidir
• Fonların kilitlenmesi gerekiyor
• Düşük frekanslı işlemler için uygun değildir
• Kanal kapasitesi sınırlıdır
• Genel akıllı sözleşmeleri desteklemiyor.

3.1.5 Uygulama

Bitcoin Işık Ağı:

• Bitcoin ağı için küçük ödemeler kanalı
• Off-chain küçük ödemeler kanalları ve aracılar aracılığıyla bir ticaret ağı oluşturmak, ölçeklenebilirlik sorununu çözmek
• "Deposito → Lightning Network İşlemi → İade/Ödeme" sürecini izleyin
• Teorik olarak her saniyede bir milyon işlem işlenebilir.
• 2021 sonunda TVL yaklaşık 40 milyon dolar, yaklaşık 100,000 kullanıcı
• 2022 Kasım ayında toplam 76,236 ödeme kanalı, 5049 BTC fon ($81.8M)

Ethereum Şimşek Ağı:

• Ethereum tabanlı küçük ödeme kanalı, Lightning Network'e benzer
• Amaç, neredeyse anında, düşük maliyetli ve ölçeklenebilir ERC20 token ödemelerini gerçekleştirmektir.
• 2017'de kuruldu, 2017 Ekim'de ICO ile 30 milyon dolar toplandı
• 2020 Mayıs'ta ilk Light Client yayına girdi
• Şu anda yaygın olarak benimsenmemiştir, nedenleri arasında yüksek kullanım eşiği ve daha gelişmiş ölçeklendirme teknolojilerinin ortaya çıkması gibi faktörler bulunmaktadır.
• Ekip, bunu Ethereum Layer2 Rollup ağında çalışacak şekilde dönüştürüyor.

Celer Network:

• Özünde teşvik katmanını artıran Lightning Network
• Hızlı, kullanımı kolay, düşük maliyetli ve güvenli yüksek frekanslı etkileşimli DApp'ler oluşturmak için off-chain genişletme teknolojisi ve teşvik edici ekonomik modeller kullanmak
• Yüksek frekanslı etkileşim uygulamaları için e-spor platformları gibi uygundur
• OAT(Off-chain Adres Çevirici) kullanarak, off-chain adresini benzersiz bir şekilde on-chain akıllı sözleşmeye eşleştirin.
• cChannel, cRoute ve cOS üç katmandan oluşur
• 2018 yılında kuruldu, 2019 Mart ayında $CELR token'ı yayımlandı
• Şu anda piyasaya sürülen DeFi protokolü Layer2.finance, bilgi çapraz zincir protokolü Celer IM ve varlık çapraz zincir köprüsü cBridge.

3.1.6 Uygulama Karşılaştırması

Bitcoin Lightning Network:

• BTC ödemeleri için
• İki yönlü ödeme kanalı
• Büyük işlem hacmi
• Ekosistem gelişimi oldukça iyi

Ethereum Şimşek Ağı:

• ETH ve ERC20 ödemeleri için
• İki yönlü ödeme kanalı
• İşlem hacmi küçük
• Ekosistem gelişimi yavaş

Celer Network:

• Birçok varlığı destekler
• Genişletilmiş Durum Kanalı
• Orta düzeyde işlem hacmi
• Ekosistem, çapraz zincir yönüne gelişiyor.

3.2 Yan Zincirler

3.2.1 Özet

Yan zincir kavramı ilk olarak 2012 yılında Bitcoin geliştirici sohbet odasında ortaya atılmış, 2014 yılında ise konuyla ilgili ilk makale yayımlanmıştır. Yan zincir, Bitcoin işlemlerini hızlandırmak için ortaya çıkan bir blockchain türüdür ve daha karmaşık sözleşmeler veya konsensüs mekanizmasını geliştirmek için kullanılabilir. Yan zincir işlem sonuçları nihayet ana zincire iletildiğinde, doğrulayıcı tarafında kaydedilecektir. Bu model, ana zincire bağlıdır ve sorunları çözmeye yardımcı olan bir altyapıdır.

3.2.2 Zaman Çizgisi

• 2012/01: Bitcoin yan zincir kavramı sohbet odasında ortaya atıldı
• 2014/10: Bitcoin yan zincir makalesi yayımlandı: Simetrik Sabitleme ve Asimetrik Sabitleme
• 2017/04: POA Network, Ethereum PoA konsensüsüne dayalı yan zincir test ağı çevrimiçi
• 2017/10:Matic Network başlatıldı
• 2017/12: POA Network ana ağı çevrimiçi
• 2018/01: Skales test ağına açıldı
• 2018/10:xDai Chain test ağı çevrimiçi
• 2020/06: Skale ana ağı çevrimiçi
• 2020/06: Ethereum yan zinciri Matic PoS Zinciri ana ağı çevrimiçi oldu.
• 2021/02:Matic Network Polygon Network olarak yeniden adlandırıldı
• 2021/02: Axie Infinity oyununun yan zinciri Ronin ana ağı çalışıyor
• 2021/12:xDai Chain ve Gnosis Dao, Gnosis Chain olarak birleşti.
• 2022/03:POA Network Gnosis Chain ile birleşti

3.2.3 Teknik Prensipler

Yan zinciri, ana zincirle iletişim kurmak için iki yöntem kullanır: çift yönlü sabitleme ( Simetrik Sabitleme ) ve uyumsuz sabitleme ( Asimetrik Sabitleme ).

Sembetrik Sabit:

• Ana yan zincir doğrulayıcıları, karşı tarafın mevcut durumunu ( blok başlığı bilgisiyle birlikte anlık olarak kaydeder.
• Çift yönlü SPV teknolojisi ile bilgi iletimi
• Ana zincir Token'ı yan zincire gönderildiğinde SPV-Locked Çıktısı oluşturulur
• Yan zinciri doğrulayıcıları SPV kanıtı ile kilidi açar
• Yeni basılmış varlıkları yan zincirde kullanmak için onay süresi ve yarışma süresinin tamamlanmasını bekleyin.

Asimetrik Pegli:

• Yan zincir doğrulayıcıları ana zincir etkinliklerini gerçek zamanlı izler
• Ana zincirden yan zincire para aktarılırken yan zincir )forward transaction( kaydeder.
• Yan zincir ana zincire para transferi sırasında Certifiers mekanizması getirildi.
• Certifiers sözleşme kimliği, doğrulayıcı kimliği, transfer listesi ve diğer bilgileri kaydeder.
• Certifiers, güvenliği sağlamak için staking ve imzalama işlemleri yapar.

Şu anda çoğu yan zincir, ana zincir blok durumunu doğrulamak için PoA mekanizması veya Relayers ara katmanı kullanmaktadır.

Yan zincir mekanizması özeti:

• Ana zincir→yan zincir: ana zincir varlıkları kilitler, yan zincir sarılmış varlık oluşturur
• Yan zinciri→Ana zincir: Yan zinciri, sarılmış varlığı yok eder, ana zincir varlığı serbest bırakır

Yan zinciri varlıklarının güvenliği, yan zincirin güvenliğine, yani yan zincir konsensüs mekanizmasına bağlıdır.

![Binlerce Derinlik Araştırması: Off-chain Ölçeklenmenin Kapsamlı Analizi])