Базова система знань про другий рівень мережі Біткойн

Поява інскрипцій Біткойна внесла нове життя в екосистему Біткойна, змусивши більше людей знову звернути увагу на Біткойн. Дехто вважає, що це відкрило Пандорину скриньку екосистеми Біткойна. Серед численних технологічних розробок в екосистемі Біткойна, будівництво другого рівня є найважливішим. Ця стаття спирається на деякі відомі публікації та спілкування з друзями, а також на досвід команди в проектуванні та розробці продуктів Web3, підсумовуючи базові знання про другий рівень Біткойна. Сподіваюсь, це стане поштовхом для залучення більшої кількості людей до вдосконалення відповідних ідей і розвитку цієї сфери.

Світ блокчейну починається з Біткойн, а закінчується екосистемою Біткойн. Ефір також можна вважати дослідженням технології бічного ланцюга Біткойн.

У цьому тексті терміни "другий рівень" та "будівництво другого рівня мережі" використовуються як взаємозамінні. Будівництво другого рівня є більш широким поняттям, але для зручності вжитку в індустрії також використовується "будівництво мережі другого рівня".

1. Місія другого рівня Layer2

Щоб зрозуміти основні проблеми, які потрібно вирішити для будівництва другого рівня Біткойн, почнемо з базових характеристик блокчейн-системи.

1.1 Основні характеристики та вимоги до блокчейну

Ми використовуємо концепцію, запропоновану Віталіком: блокчейн – це "світовий комп'ютер". З цього погляду зрозуміти різноманітні характеристики блокчейну буде ясніше. Ми також будемо аналізувати можливості розвитку цього "світового комп'ютера" на основі структури фон Неймана в комп'ютерах.

Підсумуйте деякі основні характеристики:

Відкритість і прозорість: це особливість зберігання даних і виконання інструкцій цієї "світової комп'ютерної" системи блокчейн, а також внутрішня потреба в спільній участі численних розподілених вузлів у обчисленні. Ця особливість задовольняє право користувачів на інформацію про дані, є спільним результатом внутрішніх вимог співпраці цієї "світової комп'ютерної" системи та зовнішніх потреб користувачів.

Децентралізація: ця риса є архітектурною особливістю цієї "світової комп'ютерної системи", ступінь децентралізації та відмовостійкість теоретично підтримуються теорією візантійських генералів. Невізантійські генераторні системи теоретично не є системами блокчейн, ми пізніше побачимо два випадки невізантійських систем у будівництві другого рівня. Ступінь децентралізації є важливим показником безпеки блокчейн, а також основою деяких характеристик.

Безпека: Безпека є спільним результатом внутрішніх вимог, що виникають із архітектурних особливостей цього "світового комп'ютера", та зовнішніх вимог користувачів. На мікрорівні безпека забезпечується технологіями, пов'язаними з криптографією, а на макрорівні - децентралізацією архітектури, що дозволяє уникнути впливу на безпеку цього "світового комп'ютера" через підробку мікроданих або руйнування макроархітектури.

Обчислювальні можливості: одна з основних функцій цієї світової обчислювальної машини, базованої на блокчейні, – це обчислювальні можливості. Для вимірювання цього показника ми зазвичай використовуємо питання про те, чи є він тюрінгом повним. Деякі блокчейни свідомо проектуються як тюрінгом неповні, щоб зберегти свої основні характеристики. Наприклад, у мережі Біткойн Сатоші Накамото не тільки зробив її кодові інструкції тюрінгом неповними, але й навмисно скоротив деякі набори інструкцій у процесі розвитку, щоб зберегти стабільність і безпеку. Всі технології, що є тюрінгом повними, призначені для розширення обчислювальних можливостей блокчейну. З точки зору ідеї багаторівневої архітектури, прості системи більш придатні для виступу в ролі базового рівня.

Продуктивність: за однакової обчислювальної потужності продуктивність є ще однією основною характеристикою комп'ютерів у світі блокчейн. Зазвичай вимірюється TPS, тобто кількість транзакцій, оброблених за секунду.

Зберігання: Блокчейн описується як "світовий комп'ютер", тому він обов'язково має функцію зберігання, тобто здатність фіксувати дані. Наразі основна частина даних зберігається в блоці, а більш професійне зберігання поза блоком ще розвивається.

Приватність: Приватність є підсистемною вимогою в "світовому комп'ютері", що вимагає збереження правового поля виробників і користувачів даних під час обчислень і зберігання (. Ми також включаємо антикорупційність до частини приватності ). Це в основному зумовлено зовнішніми вимогами користувачів.

Є ще один комплексний показник — масштабованість, зазвичай це стосується масштабованості всієї архітектури, ця характеристика впливає на більшість основних характеристик. На рівні архітектури масштабованість системи є дуже важливим показником. Також можуть бути деякі можливості підключення або інші специфічні можливості для певних сценаріїв, але тут ми не будемо їх детально обговорювати; при зустрічі з такими спеціальними сценаріями ми ще раз детально їх проаналізуємо.

У цих основних характеристиках блокчейнів, більшість з яких обмежуються взаємозв'язком, визначеним неможливим трикутником. Наприклад, гіпотеза DSS, тобто децентралізація (Decentralization, D), безпека (Security, S) та масштабованість (Scalability, S).

У розподілених системах подібний неможливий трикутник — це принцип CAP. CAP вказує на те, що в розподіленій системі неможливо досягти одночасно узгодженості (, доступності ) і стійкості до розділень (. Блокчейн-системи є розподіленими системами, що мають проблему візантійських генералів, тому до них також застосовний принцип CAP.

![Огляд основ знань про другий рівень мережі Біткойн])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad899d00cda3df50aead693947e770bc.webp(

) 1.2 Роль будівництва другого рівня

Які ролі потрібно виконати для будівництва другого рівня? Які функції він повинен надати? Будівництво другого рівня має обов'язково заповнити недоліки системи першого рівня, виконуючи те, що не підходить для виконання в системі першого рівня, на будівництві другого рівня.

Ми можемо зробити попередній висновок з особливостей блокчейну, підсумованих вище, що необхідно розширити ці базові можливості: публічність і прозорість, децентралізацію, безпеку, обчислювальні можливості, продуктивність ( пропускна здатність ), зберігання, конфіденційність тощо. Окрім цих базових можливостей з технічної точки зору, існує ще одне важливе економічне питання, яке потрібно вирішити, а саме зниження витрат, зазвичай загальні витрати на виконання транзакцій в мережі першого рівня є досить високими, тому необхідно використовувати мережі другого рівня для зниження цих витрат.

Підсумовуючи, можна сказати, що рішення в трьох вимірах: збільшення ємності, зниження витрат і налаштування характеристик є будівництвом другого рівня. Що стосується налаштувань характеристик, наразі вони не є достатньо очевидними або часто приховані під двома першими рисами, що дещо заплутує. Ми можемо зрозуміти це так: характеристики мережі першого рівня для багатьох застосувань потребують різного ступеня, і можна на другому рівні переналаштувати різні рівні реалізації певних характеристик для конкретних застосувань.

У будівництві другого рівня базові можливості блокчейну будуть мати свої компроміси, деякі характеристики будуть знижені або навіть відкинуті, щоб забезпечити значне підвищення певних характеристик. Наприклад: деякі другі рівні, щоб підвищити продуктивність, знижують рівень децентралізації та безпеки; деякі другі рівні, щоб збільшити пропускну здатність, як-от мережа Lightning, змінюють структуру системи та спосіб розрахунків. Інші ж, не знижуючи базові характеристики, посилюють певну характеристику, наприклад, метод обробки RGB явно підвищує конфіденційність та стійкість до цензури, але ускладнює технічну реалізацію. У наступних випадках ми побачимо, як одночасно знижуються або змінюються кілька характеристик у будівництві другого рівня.

Серед них зниження витрат повинно бути основною вимогою всіх будівництв другого рівня.

![Огляд основних знань про другий рівень Біткойна]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-086a074fde8e4b3baab62f0dd9a0726c.webp(

) 1.3 Чому потрібно робити ієрархічний дизайн?

Шарове проектування є способом і методологією людської діяльності для обробки складних систем, шляхом поділу системи на кілька рівнів і визначення відносин і функцій між цими рівнями, щоб досягти модульності, підтримуваності та розширюваності системи, що, в свою чергу, підвищує ефективність і надійність проектування систем.

Для великої та обширної системи протоколів використання ієрархії має очевидні переваги. Це робить її зрозумілою, полегшує розподіл завдань та модульне вдосконалення. Як у семиразовій моделі ISO/OSI в комп'ютерних мережах, але в конкретній реалізації можна об'єднати деякі рівні, наприклад, конкретний мережевий протокол TCP/IP є чотирирівневою системою.

Конкретно кажучи, переваги шарової архітектури протоколу:

1. Кожен рівень є незалежним. Один рівень не потребує знати, як реалізується наступний рівень, а лише має знати послуги, які надаються через інтерфейс між рівнями. Таким чином, складність всієї проблеми зменшується. Іншими словами, те, як виконується робота попереднього рівня, не впливає на роботу наступного рівня, тому під час проектування роботи на кожному рівні ми можемо вільно налаштовувати спосіб виконання роботи в межах рівня, якщо інтерфейс залишається незмінним.

2. Гнучкість. Коли змінюється будь-який шар, якщо відносини між шарами залишаються незмінними, то це не вплине на шари вище або нижче. Коли в певному шарі відбуваються технологічні нововведення або виникають проблеми в роботі, це не вплине на роботу інших шарів, і при усуненні проблеми потрібно розглядати лише окремі питання цього шару.

3. Структурно роздільний. Кожен рівень може використовувати найбільш підходящі технології для реалізації. Розвиток технологій часто є асиметричним, і ієрархічний поділ ефективно запобігає ефекту діжки, не дозволяючи недолікам в якійсь конкретній технології впливати на загальну робочу ефективність.

4.Легкість у реалізації та обслуговуванні. Ця структура робить реалізацію та налагодження великої і складної системи легшими для обробки, оскільки вся система вже розділена на кілька відносно незалежних підсистем. Під час налагодження та обслуговування можна окремо налагоджувати кожен рівень, що дозволяє уникнути ситуацій, коли не вдається знайти або вирішити неправильні проблеми.

5. Може сприяти стандартизаційній роботі. Оскільки функції кожного рівня та послуги, які вони надають, вже точно описані. Перевага стандартизації полягає в можливості вільно замінювати один з рівнів, що дуже зручно для використання та дослідження.

Ідея модульного дизайну з поділом на рівні є поширеним підходом у технічній сфері для роботи з великими функціональними проектами, які потребують співпраці багатьох людей та постійного вдосконалення, і є перевіреним практичним методом, що довів свою ефективність.

2. Кілька підходів до побудови Layer2 для Біткойн

Ми використовуємо будівництво другого рівня Біткойна як приклад для проведення відповідного аналізу. Другий рівень Біткойна має три помітні напрямки будівництва другого рівня:

###1( один з варіантів - це розширений маршрут на основі ланцюга, який дуже схожий на другий рівень EVM, є структурою блокчейну;

)2(Один з варіантів базується на розподіленому маршруті, представлений мережою Lightning, є розподіленою структурою.

)3( Є ще один варіант, заснований на централізованій системі, представлений централізованим індексом, це централізована структура.

Перші два способи мають свої особливості, вже є деякі продукти, що використовуються, та продукти, що знаходяться в стадії дослідження. Щодо першого способу, завдяки бурхливому розвитку Ethereum та дослідженню інших ланцюгів-імітаторів Біткойна, розширення другого рівня на основі ланцюга є відносно простим, можна знайти більше прикладів. Другий спосіб, заснований на дистрибутивних технологіях, зазвичай є більш складним, а розвиток є повільнішим, прикладом чого є мережа Lightning. Третій спосіб є дуже спірним, оскільки виглядає так, ніби це не будівництво другого рівня, але, здавалося б, виконує функції будівництва другого рівня.

Який з варіантів побудови другого рівня кращий? Ми використовуємо результати ринку як критерій оцінки: яка загальна заблокована вартість TVL) Total Value Locked( в мережі другого рівня є вищою, той варіант є оптимальним. З розвитком часу і технологій, цей оптимальний варіант буде змінюватися.

Щодо визначення другого рівня мережі Біткойн, якщо вона базується на мережі Біткойн і встановлює технічну зв'язок з нею, а деякі характеристики перевищують перший рівень мережі Біткойн, це вважається будівництвом другого рівня Біткойн. Іншими словами: якщо споживається BTC як газ, а BTC є базовим активом, систему, яка розширює можливості Біткойн, можна вважати будівництвом другого рівня. Відповідно до цього критерію, ми повинні визнати третій тип будівництва другого рівня, а саме централізовану структуру другого рівня.

Розвиток технологій самого Біткойна, таких як модифікація OP_RETURN, Taproot, Schnorr підписи, MAST, Tapscript, повинен бути спроектований для з'єднання першого та другого рівнів, не слід занадто багато використовувати ці технології для розробки функцій, оскільки скільки б не розширювався перший рівень, він не досягне якісного прориву, необхідно займатися будівництвом другого рівня. Але в умовах відсутності кращих продуктів другого рівня для Біткойна, ці технологічні можливості для з'єднання першого та другого рівнів будуть надмірно використовуватися протягом певного часу.

![Огляд основних знань про другий рівень мережі Біткойн])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-2c2d6311345cff334bcb6338cbfe47bd.webp