Off-chain Ölçekleme Derinlik Analizi

1. Genişlemenin Gerekliliği

Blok zincirinin gelecekteki vizyonu, merkezileşmemiş, güvenli ve ölçeklenebilir bir yapı elde etmektir, ancak genellikle bunlardan yalnızca ikisi gerçekleştirilebilir. Bu, blok zincirinin imkansız üçgen problemi olarak adlandırılır. Yıllar boyunca, merkezileşmeyi ve güvenliği sağlarken, blok zincirinin işlem hacmini ve işlem hızını artırmanın yollarını araştırdılar, yani ölçeklendirme sorununu çözme.

Öncelikle, blockchain'in merkeziyetsizliğini, güvenliğini ve ölçeklenebilirliğini genel hatlarıyla tanımlayalım:

• Merkeziyetsizlik: Herkes, blockchain sistemine katılmak için bir düğüm olabilir, düğüm sayısı arttıkça merkeziyetsizlik derecesi artar.
• Güvenlik: Blok zinciri sisteminin kontrolünü elde etmenin maliyeti ne kadar yüksekse, güvenlik de o kadar yüksek olur; zincir daha büyük oranlarda saldırılara karşı direnç gösterebilir.
• Ölçeklenebilirlik: Blok zincirinin büyük miktarda işlemi işleme yeteneği.

Bitcoin ağının ilk büyük hard fork'u, ölçeklendirme sorunundan kaynaklandı. Kullanıcı sayısı ve işlem hacmi arttıkça, 1MB blok limitine sahip Bitcoin ağı tıkanma ile karşı karşıya kalmaya başladı. 2015 yılından itibaren Bitcoin topluluğu ölçeklendirme konusunda görüş ayrılıkları yaşadı; bir taraf blokların genişletilmesini desteklerken, diğer taraf ana zincir yapısını optimize etmek için SegWit çözümünü kullanmayı savundu. 1 Ağustos 2017'de, büyük blokları destekleyen taraf 8MB istemci sistemini kendiliğinden geliştirerek Bitcoin'in ilk büyük hard fork'unu gerçekleştirdi ve BCH doğdu.

Ethereum ağı, ağ güvenliğini ve merkeziyetsizliği sağlamak için kısmi ölçeklenebilirlikten vazgeçmeyi de tercih etmektedir. Ethereum, Bitcoin gibi blok boyutunu sınırlamasa da, dolaylı olarak tek bir blok için yakıt ücretine üst sınır koyarak, güvenilmez konsensusu gerçekleştirmeyi ve düğümlerin geniş bir şekilde dağılımını sağlamayı amaçlamaktadır.

2017 yılındaki CryptoKitties'den DeFi yazına, ardından GameFi ve NFT'lerin yükselişine, piyasanın işlemlere olan talebi sürekli artmaktadır. Ancak Ethereum, hala saniyede yalnızca 15-45 işlem gerçekleştirebiliyor, bu da işlem maliyetlerinin artmasına ve işlemlerin onay sürelerinin uzamasına neden oluyor, çoğu DApp'in işletme maliyetlerini karşılaması zorlaşıyor. İdeal ölçeklenebilirlik çözümü, merkeziyetsizlik ve güvenlikten ödün vermeden, blok zinciri ağının işlem hızını ve Derinlik'ini mümkün olduğunca artırmaktır.

2. Ölçeklenebilirlik Planlarının Türleri

"Bir ana ağ katmanını değiştirip değiştirmediğine" göre ölçeklendirme planlarını on-chain ve off-chain genişletme olarak iki ana kategoriye ayırabiliriz.

2.1 zincir üstü genişleme

Temel kavram: Bir ana ağ protokolünü değiştirerek ölçeklenebilirlik sağlamak için bir çözüm, şu anda ana çözüm parçalama (sharding) olarak bilinir.

Zincir üzerinde ölçeklendirme için çeşitli çözümler vardır, bu makalede detaylandırılmayacak, kısaca iki tanesi listelenecektir:

• Blok alanını genişletmek, her blokta paketlenen işlem sayısını artırmak, ancak düğüm cihazları üzerindeki gereksinimleri artıracak ve merkeziyetsizlik seviyesini düşürecektir.
• Parçalama, blok zinciri defterini birkaç parçaya ayırmak, farklı düğümlerin farklı muhasebe işlemlerini üstlenmesini sağlamak ve paralel hesaplama ile birden fazla işlemi aynı anda işleyebilmek anlamına gelir. Bu, düğümlerin hesaplama yükünü ve katılım engelini azaltabilir, işlem işleme hızını ve merkeziyetsizlik seviyesini artırabilir, ancak tüm ağın güvenliğini azaltabilir.

Bir ana ağ protokolünü değiştirmek, öngörülemeyen olumsuz etkilere yol açabilir; alt katmandaki en küçük güvenlik açığı bile ağın güvenliğini ciddi şekilde tehdit edebilir.

2.2 off-chain genişletme

Temel kavram: Mevcut birinci katman ana ağ protokolünün genişletme çözümü değiştirilmeden.

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

• Layer2: Durum Kanalları, Plasma, Rollups
• Diğer: Yan zincirler, Validium

3. off-chain ölçeklendirme planı

3.1 Eyalet Kanalları

3.1.1 Genel Bakış

Durum kanalları, yalnızca kanal açıldığında, kapandığında veya anlaşmazlık çözüldüğünde kullanıcıların ana ağ ile etkileşimde bulunması gerektiğini belirler; kullanıcılar arasındaki etkileşim off-chain gerçekleştirilir, böylece işlem süresi ve maliyetleri azaltılır ve işlem sayısı sınırsız hale gelir.

Durum kanalları, iki kişilik satranç oyunu gibi tur tabanlı uygulamalar için uygun olan basit bir P2P protokolüdür. Her kanal, ana ağda çalışan çok imzalı akıllı sözleşmeler tarafından yönetilir; bu sözleşme, kanala yatırılan varlıkları kontrol eder, durum güncellemelerini doğrular ve katılımcılar arasındaki anlaşmazlıkları aracılık eder.

3.1.2 Zaman Çizelgesi

• 2015/02: Joseph Poon ve Thaddeus Dryja, Lightning Network beyaz kağıdının taslağını yayınladı.
• 2015/11: Jeff Coleman, State Channel kavramını ilk kez sistematik olarak özetledi.
• 2016/01: Joseph Poon ve Thaddeus Dryja, Bitcoin Lightning Network beyaz kitabını resmi olarak yayımladı.
• 2017/11: Payment Channel çerçevesine dayalı ilk State Channel tasarım standardı Sprites önerildi.
• 2018/06: Counterfactual, Genel Devlet Kanalları tasarımını detaylandırdı.
• 2018/10: State Channel Networks ve Virtual Channels kavramlarını önerdi.
• 2019/02: Durum kanalı kavramı N-Party Kanallarına genişletildi, Nitro bu fikre dayanan ilk protokoldür.
• 2019/10:Pisa, Watchtowers konseptini genişletti, katılımcıların sürekli çevrimiçi olma sorununu çözdü.
• 2020/03:Hydra, Hızlı İzomorfik Kanallar'ı önerdi.

3.1.3 Teknik Prensip

Durum kanallarının genel çalışma akışı:

1. Katılımcılar, ana ağ akıllı sözleşmesine para yatırarak bir kanal açarlar.

2. Katılımcılar off-chain sınırsız sayıda işlem yapabilir ve durum güncellemelerini birbirleriyle iletişim kurarak imzalı mesajlar aracılığıyla gerçekleştirebilir.

3. Kanal kapatıldığında, katılımcılar ana ağ sözleşmesine nihai durumu sunar. Eğer tüm imzalar alınırsa, hemen uygulanır; aksi takdirde, itiraz süresinin sona ermesini beklemek gerekir.

4. Eğer bir anlaşmazlık olursa, ana ağ sözleşmesine dolandırıcılık kanıtı sunarak itiraz edebilirsiniz.

3.1.4 Artıları ve Eksileri

Avantajları:

• Anlık onay, düşük işlem ücretleri
• Yüksek işleme hacmi, güçlü ölçeklenebilirlik
• Gizlilik iyi

Eksiler:

• Fonların önceden kilitlenmesi gerekir.
• Katılımcıların çevrimiçi kalması gerekmektedir.
• Açık katılım uygulamaları için uygun değildir
• Kanal oluşturma ve kapatma maliyetleri yüksek

3.1.5 Uygulama

Ana uygulamalar: Bitcoin Lightning Network, Ethereum Lightning Network, Celer Network.

Bitcoin Lightning Network:

• 2015 yılında önerildi, 2018 Mart ayında ana ağ yayınlandı
• 2022 yılı Kasım ayı itibarıyla toplam 76.236 ödeme kanalı, 5049 BTC kilitlenmiştir.

Ethereum Şimşek Ağı:

• 2017 yılında kuruldu, Mayıs 2020'de ana ağı yayınladı
• Şu anda geliştirme ilerlemesi eksik, birçok borsa RDN token'ını liste dışı bıraktı.

Celer Network:

• 2018'de kuruldu, teşvik katmanı eklendi
• Yüksek frekanslı etkileşim uygulamaları için uygundur, örneğin e-spor platformları.

3.1.6 Uygulama Karşılaştırması

Lightning Network, şu anda en başarılı durum kanalı uygulamasıdır ve ekosistemi oldukça gelişmiştir. Raiden Network'ün gelişimi ise daha yavaş ilerlemektedir. Celer Network, teşvik katmanını artırarak daha fazla uygulama senaryosu geliştirmiştir.

3.2 Yan Zincirler

3.2.1 Özet

Yan zinciri kavramı 2012 yılında ortaya atılmış, 2014 yılında ilk makaleleri yayımlanmıştır. Yan zincir, Bitcoin işlemlerini hızlandırmak amacıyla ortaya çıkan bir blok zinciri türüdür; daha karmaşık sözleşmeler veya konsensüs mekanizmalarını geliştirmek için kullanılabilir. Yan zincirin işlem sonuçları nihayetinde ana zincire iletildiğinde, doğrulayıcı tarafında kaydedilir.

3.2.2 Zaman Çizgisi

• 2012/01: Bitcoin yan zincir kavramı sohbet odasında ortaya atıldı
• 2014/10: Bitcoin yan zinciri makalesi yayımlandı
• 2017/04:POA Network test ağı çevrimiçi
• 2017/10:Matic Network başlatıldı
• 2017/12:POA Network ana ağı çevrimiçi
• 2018/01: Skale test ağı çevrimiçi
• 2018/10:xDai Chain testnet yayına alındı
• 2020/06: Skale ana ağı çevrimiçi, Matic PoS Zinciri ana ağı çevrimiçi
• 2021/02:Matic Network, Polygon Network olarak yeniden adlandırıldı.
• 2021/02: Axie Infinity oyununun yan zinciri Ronin ana ağı çalışıyor
• 2021/12:xDai Chain, Gnosis Dao ile birleşerek Gnosis Chain oldu.
• 2022/03:POA Network Gnosis Chain ile birleştirildi

3.2.3 Teknik Prensip

Yan zincirinin ana teknik prensipleri şunları içerir:

1. İki Yönlü Bağlama: Ana zincir ve yan zincir doğrulayıcıları, birbirlerinin mevcut durumunu gerçek zamanlı olarak kaydeder.

2. Uyumsuz Bağlama: Yan zincir doğrulayıcıları ana zincir faaliyetlerini izlemek zorundadır, ancak ana zincir yan zincir durumunu doğrulayamaz, bu nedenle Certifiers mekanizması getirilmelidir.

3. Varlıklar arası zincir:

   • Ana zincir→yan zincir: ana zincir varlıkları kilitler, yan zincir sarılı varlık oluşturur
   • Yan zinciri→Ana zincir: Yan zincir wrapped asset'i imha eder, ana zincir varlığı kilidini açar.

Yan zincir üzerindeki varlıkların güvenliği, yan zincirin güvenliğine bağlıdır, esas olarak uzlaşma mekanizmasına.

3.2.4 Artılar ve Eksiler

Avantajlar:

• Hızlı, düşük maliyetli işlemler gerçekleştirebilir.
• Daha karmaşık akıllı sözleşmeleri destekleyebilir
• Ana zincirin güvenliğini ve merkeziyetsizliğini etkilemez

Eksileri:

• Birleşik imza mekanizmasına dayanması gerekir, güvenlik seviyesi düşüktür.
• Köprüler saldırı hedefi olabilir
• Ana zincir varlıkları köprüde kilitlenmelidir.
• Tamamen doğrulayıcıların dürüstlüğüne bağımlı

3.2.5 Uygulama

Ana uygulama: Gnosis Chain ( eski xDai ), Polygon, Ronin

Gnosis Zinciri:

• 2018 Eylül ayında ana ağ çevrimiçi oldu
• 2021'de Gnosis DAO ile birleşme
• PoSDAO modelini benimseyerek, staking ile %15 APR kazanılabilir.
• Şu anda TVL yaklaşık $53M, 35 adet aktif proje var

Polygon:

• 2017 yılında kuruldu, Haziran 2020'de ana ağ çevrimiçi oldu
• 2021 Şubat ayında yeniden adlandırıldı, genişleme çözümleri toplayıcısı olarak dönüştü.
• Ekosistem hızla gelişiyor, 37k+ DApp'a sahip.
• Şu anda TVL yaklaşık $1.07B

Ronin:

• Axie Infinity oyunu için geliştirilen yan zincir
• 2021 Mart ayında ana ağın lansmanı
• PoA konsensüsünü benimseyerek, en fazla 25 doğrulayıcı düğüm
• 2022 Mart ayında 6.25 milyon dolarlık bir siber saldırıya uğradı

3.2.6 Uygulama Karşılaştırması

Gnosis Chain, stabilcoin ödemelerine odaklanıyor, Polygon en hızlı ve kapsamlı şekilde gelişiyor, Ronin ise oyunlar için tasarlanmış ancak güvenliği sorgulanıyor. Polygon, ekosistem inşası, teknik yenilik ve finansal güç açısından lider konumda.

3.3 Plasma

3.3.1 Özet

Plasma, ölçeklenebilir DApp'ler inşa etmek için bir çerçevedir. Kullanıcıların yan zincir Operatörüne olan güvenini en aza indirmek amacıyla bir yan zincir evrimi olarak ortaya çıkmıştır. Plasma'nın temel prensibi, Plasma zincirinde bir güvenlik hatası meydana gelse bile, kullanıcı varlıklarının ana ağa geri çekilebilmesidir.

3.3.2 Zaman Çizgisi

• 2017/08: Vitalik ve Joseph Poon Plasma beyaz kağıdını sundular
• 2018/01: Vitalik Plasma MVP'yi önerdi
• 2018/03: Vitalik Plasma Cash'i önerdi
• 2018/06: Dan Robinson Plasma Debit'i önerdi
• 2018/11:BANKEX Vakfı Plasma Prime'i önerdi
• 2019'dan itibaren: Ethereum topluluğu Rollups'u keşfetmeye başladı

3.3.3 Teknik Prensip

Plasma'nın temel düşüncesi:

1. off-chain yürütme: Çoğu iş ana ağın dışında işlenir.
2. Durum Taahhüdü: Ana ağda düzenli olarak Plasma zincir durumunu sunmak
3. Çıkış Mekanizması: Kullanıcılar istedikleri zaman fonlarını Plasma zincirinden ana ağa geri çekebilirler.

Kullanıcı Akışı:

1. Ana ağ sözleşmesine varlık yatırarak Plasma zincirine giriş yapın
2. Plasma zincirinde işlem yapmak
3. Operator belirli aralıklarla ana ağa durum taahhüdü sunar
4. Kullanıcı istediği zaman çıkış talebi başlatabilir, itiraz süresi sona erdikten sonra varlıklarını geri alabilir.