Profundidade da análise de escalabilidade fora da cadeia
1. A necessidade de escalabilidade
A visão futura da blockchain é alcançar descentralização, segurança e escalabilidade. Mas geralmente só é possível realizar dois desses aspectos, o que é conhecido como o problema do triângulo impossível da blockchain. Ao longo dos anos, as pessoas têm explorado como aumentar a capacidade de processamento e a velocidade das transações da blockchain, garantindo ao mesmo tempo a descentralização e a segurança, ou seja, resolver o problema de escalabilidade, que é um dos tópicos quentes no processo de desenvolvimento atual da blockchain.
A descentralização, a segurança e a escalabilidade da blockchain são definidas da seguinte forma:
Descentralização: qualquer pessoa pode se tornar um nó e participar da produção e validação do sistema blockchain. Quanto maior o número de nós, maior o grau de descentralização, garantindo que a rede não seja controlada por um pequeno grupo.
Segurança: quanto maior o custo para obter o controle do sistema de blockchain, maior a segurança, a cadeia pode resistir a ataques de uma proporção maior de participantes.
Escalabilidade: a capacidade da blockchain de processar um grande número de transações.
A primeira grande bifurcação dura da rede Bitcoin surgiu de problemas de escalabilidade. Com o aumento do número de usuários e do volume de transações, a rede Bitcoin com um limite de bloco de 1MB começou a enfrentar congestionamentos. Desde 2015, a comunidade Bitcoin tem divergências sobre a escalabilidade, com um grupo a favor da ampliação do bloco e outro defendendo a otimização da estrutura da cadeia principal através do uso da segregação de testemunhas. Em 1 de agosto de 2017, o grupo que apoiava os grandes blocos desenvolveu de forma independente um sistema cliente de 8MB, resultando na primeira grande bifurcação dura do Bitcoin, que deu origem à nova criptomoeda BCH.
A rede Ethereum também opta por sacrificar parte da escalabilidade para garantir a segurança e a descentralização, limitando o volume de transações ao restringir a taxa de gás que um único bloco pode conter, com o objetivo de alcançar um consenso sem confiança e garantir uma ampla distribuição de nós.
Desde os CryptoKitties de 2017 até o surgimento posterior de aplicações como DeFi, GameFi e NFT, a demanda do mercado por profundidade tem aumentado continuamente. No entanto, o Ethereum ainda consegue processar apenas 15-45 transações por segundo, resultando em custos de transação elevados e tempos de liquidação mais longos, tornando a operação da maioria das DApps difícil de suportar financeiramente. Toda a rede tornou-se lenta e cara para os usuários, e o problema de escalabilidade da blockchain precisa ser resolvido com urgência. A solução ideal de escalabilidade é: aumentar a velocidade de transação e a profundidade tanto quanto possível, sem sacrificar a descentralização e a segurança.
2. Tipos de planos de escalabilidade
Podemos classificar as soluções de escalabilidade em duas grandes categorias: escalabilidade na cadeia e escalabilidade fora da cadeia, de acordo com "se altera uma camada da rede principal".
2.1 Expansão em cadeia
Conceito central: solução que alcança um efeito de escalabilidade ao modificar uma camada do protocolo da rede principal, sendo que a principal solução atual é a fragmentação.
A escalabilidade na cadeia tem várias soluções, aqui estão duas brevemente mencionadas:
Expandir o espaço do bloco, aumentar o número de transações empacotadas em cada bloco, mas isso aumentará os requisitos para os dispositivos dos nós, reduzindo o grau de descentralização.
Fragmentação, que divide o livro-razão da blockchain em várias partes, com diferentes nós responsáveis por diferentes contabilidades, permitindo que cálculos em paralelo possam processar várias transações simultaneamente. Isso pode reduzir a pressão de cálculo sobre os nós e o limiar de entrada, aumentar a velocidade de processamento de transações e o grau de descentralização, mas pode reduzir a segurança geral da rede.
Alterar um protocolo de rede principal pode ter efeitos negativos imprevisíveis, pois qualquer pequena vulnerabilidade de segurança na camada subjacente pode ameaçar seriamente a segurança de toda a rede.
2.2 fora da cadeia ampliação
Conceito central: solução de escalabilidade que não altera o protocolo da rede principal de camada 1 existente.
O plano de escalabilidade fora da cadeia pode ser subdividido em Layer2 e outras soluções:
A solução Layer2 inclui:
Canais de Estado
Plasma
Rollups(Rollups Otimistas & Rollups ZK)
Outras opções incluem:
Sidechains
Validium
3. Profundidade de expansão fora da cadeia
Canais de Estado 3.1
3.1.1 Resumo
Os canais de estado estipulam que os usuários só precisam interagir com a rede principal quando o canal é aberto, fechado ou quando há uma disputa a ser resolvida, mantendo as interações entre os usuários fora da cadeia para reduzir o tempo e os custos das transações, permitindo que o número de transações não seja limitado.
Os canais de estado são protocolos P2P simples, adequados para aplicações baseadas em turnos, como jogos de xadrez para duas pessoas. Cada canal é gerido por um contrato inteligente multi-assinatura que opera na blockchain principal, e esse contrato controla os ativos depositados no canal, verifica as atualizações de estado e arbitra disputas entre os participantes. Após a implementação do contrato, os participantes depositam fundos e os bloqueiam; após a confirmação das assinaturas de ambas as partes, o canal é oficialmente aberto. O canal permite que os participantes realizem transações fora da cadeia ilimitadas e gratuitas (, desde que o valor líquido da transferência não exceda o total dos tokens depositados ). Os participantes alternam o envio de atualizações de estado e aguardam a confirmação da assinatura do outro. Normalmente, as atualizações de estado acordadas por ambas as partes não são carregadas na blockchain principal; apenas em caso de disputa ou fechamento do canal é que se recorre à confirmação da blockchain principal. Ao fechar o canal, qualquer participante pode fazer um pedido de transação na blockchain principal; se obtiver a aprovação de todas as assinaturas, a execução é imediata; caso contrário, é necessário aguardar o término do "período de contestação" para a distribuição dos fundos restantes.
Os canais de estado podem reduzir significativamente a carga computacional da rede principal, aumentar a velocidade das transações e diminuir os custos das transações.
3.1.2 Linha do Tempo
2015/02: Joseph Poon e Thaddeus Dryja publicam o rascunho do white paper da rede Lightning.
2015/11: Jeff Coleman fez a primeira síntese sistemática do conceito de State Channel, propondo que o Payment Channel do Bitcoin é um subcaso do State Channel.
2016/01: Joseph Poon e Thaddeus Dryja publicaram oficialmente o white paper propondo a solução de escalabilidade do Payment Channel da rede Lightning do Bitcoin, destinado apenas a processar pagamentos de transferência na rede Bitcoin.
2017/11: Proposta da primeira especificação de design de State Channel baseada na estrutura de Payment Channel, Sprites.
2018/06: Counterfactual apresentou um design detalhado de Canais de Estado Generalizados, o primeiro design totalmente relacionado.
2018/10: O artigo apresenta os conceitos de State Channel Networks e Virtual Channels.
2019/02: O conceito de canais de estado foi expandido para N-Party Channels, Nitro é o primeiro protocolo construído com base nessa ideia.
2019/10: Pisa expandiu o conceito de Watchtowers para resolver o problema de todos os participantes precisarem estar continuamente online.
2020/03: Hydra propôs Canais Isomórficos Rápidos.
3.1.3 Princípios Técnicos
O fluxo de trabalho geral de um canal de estado é o seguinte:
Alice e Bob abrem um canal de estado ao depositar fundos no contrato da mainnet.
Duas pessoas podem realizar transações ilimitadas fora da cadeia, comunicando-se mutuamente para atualizar o estado através de mensagens assinadas.
Ao fechar o canal, Alice submete o estado final ao contrato. Se Bob assinar a aprovação, o contrato distribui os fundos com base no estado final. Se Bob não responder, os fundos serão distribuídos após o término do período de contestação.
Se Bob não responder à atualização de estado enviada por Alice em algum momento, Alice pode submeter ao contrato o último estado válido ( que contém a assinatura anterior de Bob ) para iniciar um desafio. O contrato permite que Bob responda dentro de um determinado período. Se Bob responder, a negociação continua; se não responder, o contrato fecha o canal e devolve os fundos a Alice.
3.1.4 Vantagens e desvantagens
Vantagens:
Determinação final instantânea
Transação de baixo custo
Privacidade
Alta taxa de transferência
Desvantagens:
Necessário estar online continuamente
Apenas aplicável a participantes previamente agendados
Bloqueio de fundos
Gestão de canais complexa
Atraso ao fechar o canal
3.1.5 Aplicação
Rede Lightning do Bitcoin
Resumo:
A Lightning Network é um canal de pagamento de baixo valor na rede Bitcoin, cuja evolução técnica passou por: 2/2 multi-assinatura para construir um canal de pagamento unidirecional, adição de RSMC para construir um canal de pagamento bidirecional, e com a adição de HTLC, os canais de pagamento podem ser expandidos para pagamentos entre várias pessoas, construindo assim uma rede de pagamentos. Através de canais de pagamento de baixo valor fora da cadeia, formando uma rede de transações com intermediários, resolve-se o problema de escalabilidade da rede Bitcoin.
Linha do tempo:
Fevereiro de 2015: publicação do rascunho do white paper da Lightning Network
Janeiro de 2016: publicação do white paper oficial e criação da Lightning Labs
Março de 2018: Lançamento da primeira versão da mainnet
2021: Cash App e várias plataformas de negociação suportam a Lightning Network
Novembro de 2022: havia 76.236 canais de pagamento, com um capital de 5049 BTC
Desenvolvimento ecológico:
A ecologia da rede relâmpago vai da camada inferior à camada superior, que inclui: rede BTC, infraestrutura central ( soluções de rede relâmpago, serviços de nós e liquidez ), e vários Dapps. Atualmente, a camada de infraestrutura está basicamente madura, o suporte a carteiras está aumentando, os serviços financeiros e a integração de pagamentos continuam a crescer, e mais aplicações de entretenimento estão sendo construídas, o ecossistema está florescendo.
Rede Relâmpago Ethereum
Resumo:
A Lightning Network é um canal de pagamento de baixo valor baseado no Ethereum, semelhante à Lightning Network, que expande as transações na cadeia através da criação de canais de estado, com o objetivo de permitir pagamentos de tokens ERC20 quase instantâneos, de baixo custo e escaláveis.
Linha do tempo:
Fundado em 2017
ICO realizado em outubro de 2017
O primeiro Raiden Light Client foi lançado na mainnet em maio de 2020.
No final de 2021, várias bolsas deslistaram o $RDN
Atualmente, não é amplamente adotado, sendo as razões a alta barreira de entrada e o surgimento de tecnologias de escalabilidade mais avançadas. A equipe está reformulando para que funcione na rede L2 Rollup, a fim de reduzir os custos de criação de State Channel.
Celer Network
Resumo:
A Celer Network é essencialmente uma rede de relâmpago que aumenta a camada de incentivos, construindo Dapps de interações de alta frequência rápidas, fáceis de usar, de baixo custo e seguras, como plataformas de e-sports, através de tecnologia de expansão fora da cadeia e modelos econômicos de incentivos.
A estrutura de escalabilidade fora da cadeia do Celer Network, baseada em Ethereum, é composta por três camadas:
cChannel: Conjunto de canais de estado gerais e cadeias laterais
cRoute:fora da cadeia pagamento roteamento
cOS: framework de desenvolvimento e ambiente de execução de aplicações fora da cadeia
Linha do tempo:
Fundado em 2018
Lançamento do token $CELR em março de 2019
Lançado em julho de 2019 na rede principal do Ethereum, o primeiro Network de Canal de Estado Generalizado do mundo.
Desenvolvimento ecológico:
Com o ecossistema de blockchain a evoluir para um desenvolvimento multi-chain, a Celer Network expandiu a sua tecnologia central, transformando-se numa plataforma de agregação de escalabilidade L2 que suporta cross-chain, lançando o protocolo DeFi Layer2.finance, o protocolo de informação cross-chain Celer IM e a ponte cross-chain de ativos cBridge. A cBridge já suporta 139 tipos de token e 38 cadeias.
3.1.6 Comparação de Aplicações
Rede Lightning do Bitcoin:
Foco em pagamentos de pequenas quantias em Bitcoin
Desenvolvimento ecológico bom, aplicação ampla
Rede Lightning do Ethereum:
Suporte para pagamento com tokens ERC20
Desenvolvimento lento, baixa taxa de adoção
Celer Network:
Suporte a cenários de aplicação mais complexos
Transformar em uma plataforma de agregação de escalabilidade L2 cross-chain
3.2 Sidechains
3.2.1 Resumo
O conceito de sidechain foi proposto pela primeira vez em 2012, surgindo para acelerar as transações de Bitcoin.
Ver original
Esta página pode conter conteúdo de terceiros, que é fornecido apenas para fins informativos (não para representações/garantias) e não deve ser considerada como um endosso de suas opiniões pela Gate nem como aconselhamento financeiro ou profissional. Consulte a Isenção de responsabilidade para obter detalhes.
12 Curtidas
Recompensa
12
2
Compartilhar
Comentário
0/400
TheMemefather
· 11h atrás
Este jogo é muito interessante, três para escolher dois.
Ver originalResponder0
MEVSandwichMaker
· 11h atrás
Este problema triangular já é um velho clichê. Vamos avançar para o plasma.
Análise completa das soluções de escalabilidade fora da cadeia: Canais de Estado, Sidechains e suas aplicações
Profundidade da análise de escalabilidade fora da cadeia
1. A necessidade de escalabilidade
A visão futura da blockchain é alcançar descentralização, segurança e escalabilidade. Mas geralmente só é possível realizar dois desses aspectos, o que é conhecido como o problema do triângulo impossível da blockchain. Ao longo dos anos, as pessoas têm explorado como aumentar a capacidade de processamento e a velocidade das transações da blockchain, garantindo ao mesmo tempo a descentralização e a segurança, ou seja, resolver o problema de escalabilidade, que é um dos tópicos quentes no processo de desenvolvimento atual da blockchain.
A descentralização, a segurança e a escalabilidade da blockchain são definidas da seguinte forma:
Descentralização: qualquer pessoa pode se tornar um nó e participar da produção e validação do sistema blockchain. Quanto maior o número de nós, maior o grau de descentralização, garantindo que a rede não seja controlada por um pequeno grupo.
Segurança: quanto maior o custo para obter o controle do sistema de blockchain, maior a segurança, a cadeia pode resistir a ataques de uma proporção maior de participantes.
Escalabilidade: a capacidade da blockchain de processar um grande número de transações.
A primeira grande bifurcação dura da rede Bitcoin surgiu de problemas de escalabilidade. Com o aumento do número de usuários e do volume de transações, a rede Bitcoin com um limite de bloco de 1MB começou a enfrentar congestionamentos. Desde 2015, a comunidade Bitcoin tem divergências sobre a escalabilidade, com um grupo a favor da ampliação do bloco e outro defendendo a otimização da estrutura da cadeia principal através do uso da segregação de testemunhas. Em 1 de agosto de 2017, o grupo que apoiava os grandes blocos desenvolveu de forma independente um sistema cliente de 8MB, resultando na primeira grande bifurcação dura do Bitcoin, que deu origem à nova criptomoeda BCH.
A rede Ethereum também opta por sacrificar parte da escalabilidade para garantir a segurança e a descentralização, limitando o volume de transações ao restringir a taxa de gás que um único bloco pode conter, com o objetivo de alcançar um consenso sem confiança e garantir uma ampla distribuição de nós.
Desde os CryptoKitties de 2017 até o surgimento posterior de aplicações como DeFi, GameFi e NFT, a demanda do mercado por profundidade tem aumentado continuamente. No entanto, o Ethereum ainda consegue processar apenas 15-45 transações por segundo, resultando em custos de transação elevados e tempos de liquidação mais longos, tornando a operação da maioria das DApps difícil de suportar financeiramente. Toda a rede tornou-se lenta e cara para os usuários, e o problema de escalabilidade da blockchain precisa ser resolvido com urgência. A solução ideal de escalabilidade é: aumentar a velocidade de transação e a profundidade tanto quanto possível, sem sacrificar a descentralização e a segurança.
2. Tipos de planos de escalabilidade
Podemos classificar as soluções de escalabilidade em duas grandes categorias: escalabilidade na cadeia e escalabilidade fora da cadeia, de acordo com "se altera uma camada da rede principal".
2.1 Expansão em cadeia
Conceito central: solução que alcança um efeito de escalabilidade ao modificar uma camada do protocolo da rede principal, sendo que a principal solução atual é a fragmentação.
A escalabilidade na cadeia tem várias soluções, aqui estão duas brevemente mencionadas:
Expandir o espaço do bloco, aumentar o número de transações empacotadas em cada bloco, mas isso aumentará os requisitos para os dispositivos dos nós, reduzindo o grau de descentralização.
Fragmentação, que divide o livro-razão da blockchain em várias partes, com diferentes nós responsáveis por diferentes contabilidades, permitindo que cálculos em paralelo possam processar várias transações simultaneamente. Isso pode reduzir a pressão de cálculo sobre os nós e o limiar de entrada, aumentar a velocidade de processamento de transações e o grau de descentralização, mas pode reduzir a segurança geral da rede.
Alterar um protocolo de rede principal pode ter efeitos negativos imprevisíveis, pois qualquer pequena vulnerabilidade de segurança na camada subjacente pode ameaçar seriamente a segurança de toda a rede.
2.2 fora da cadeia ampliação
Conceito central: solução de escalabilidade que não altera o protocolo da rede principal de camada 1 existente.
O plano de escalabilidade fora da cadeia pode ser subdividido em Layer2 e outras soluções:
A solução Layer2 inclui:
Outras opções incluem:
3. Profundidade de expansão fora da cadeia
Canais de Estado 3.1
3.1.1 Resumo
Os canais de estado estipulam que os usuários só precisam interagir com a rede principal quando o canal é aberto, fechado ou quando há uma disputa a ser resolvida, mantendo as interações entre os usuários fora da cadeia para reduzir o tempo e os custos das transações, permitindo que o número de transações não seja limitado.
Os canais de estado são protocolos P2P simples, adequados para aplicações baseadas em turnos, como jogos de xadrez para duas pessoas. Cada canal é gerido por um contrato inteligente multi-assinatura que opera na blockchain principal, e esse contrato controla os ativos depositados no canal, verifica as atualizações de estado e arbitra disputas entre os participantes. Após a implementação do contrato, os participantes depositam fundos e os bloqueiam; após a confirmação das assinaturas de ambas as partes, o canal é oficialmente aberto. O canal permite que os participantes realizem transações fora da cadeia ilimitadas e gratuitas (, desde que o valor líquido da transferência não exceda o total dos tokens depositados ). Os participantes alternam o envio de atualizações de estado e aguardam a confirmação da assinatura do outro. Normalmente, as atualizações de estado acordadas por ambas as partes não são carregadas na blockchain principal; apenas em caso de disputa ou fechamento do canal é que se recorre à confirmação da blockchain principal. Ao fechar o canal, qualquer participante pode fazer um pedido de transação na blockchain principal; se obtiver a aprovação de todas as assinaturas, a execução é imediata; caso contrário, é necessário aguardar o término do "período de contestação" para a distribuição dos fundos restantes.
Os canais de estado podem reduzir significativamente a carga computacional da rede principal, aumentar a velocidade das transações e diminuir os custos das transações.
3.1.2 Linha do Tempo
2015/02: Joseph Poon e Thaddeus Dryja publicam o rascunho do white paper da rede Lightning.
2015/11: Jeff Coleman fez a primeira síntese sistemática do conceito de State Channel, propondo que o Payment Channel do Bitcoin é um subcaso do State Channel.
2016/01: Joseph Poon e Thaddeus Dryja publicaram oficialmente o white paper propondo a solução de escalabilidade do Payment Channel da rede Lightning do Bitcoin, destinado apenas a processar pagamentos de transferência na rede Bitcoin.
2017/11: Proposta da primeira especificação de design de State Channel baseada na estrutura de Payment Channel, Sprites.
2018/06: Counterfactual apresentou um design detalhado de Canais de Estado Generalizados, o primeiro design totalmente relacionado.
2018/10: O artigo apresenta os conceitos de State Channel Networks e Virtual Channels.
2019/02: O conceito de canais de estado foi expandido para N-Party Channels, Nitro é o primeiro protocolo construído com base nessa ideia.
2019/10: Pisa expandiu o conceito de Watchtowers para resolver o problema de todos os participantes precisarem estar continuamente online.
2020/03: Hydra propôs Canais Isomórficos Rápidos.
3.1.3 Princípios Técnicos
O fluxo de trabalho geral de um canal de estado é o seguinte:
Alice e Bob abrem um canal de estado ao depositar fundos no contrato da mainnet.
Duas pessoas podem realizar transações ilimitadas fora da cadeia, comunicando-se mutuamente para atualizar o estado através de mensagens assinadas.
Ao fechar o canal, Alice submete o estado final ao contrato. Se Bob assinar a aprovação, o contrato distribui os fundos com base no estado final. Se Bob não responder, os fundos serão distribuídos após o término do período de contestação.
Se Bob não responder à atualização de estado enviada por Alice em algum momento, Alice pode submeter ao contrato o último estado válido ( que contém a assinatura anterior de Bob ) para iniciar um desafio. O contrato permite que Bob responda dentro de um determinado período. Se Bob responder, a negociação continua; se não responder, o contrato fecha o canal e devolve os fundos a Alice.
3.1.4 Vantagens e desvantagens
Vantagens:
Desvantagens:
3.1.5 Aplicação
Rede Lightning do Bitcoin
Resumo: A Lightning Network é um canal de pagamento de baixo valor na rede Bitcoin, cuja evolução técnica passou por: 2/2 multi-assinatura para construir um canal de pagamento unidirecional, adição de RSMC para construir um canal de pagamento bidirecional, e com a adição de HTLC, os canais de pagamento podem ser expandidos para pagamentos entre várias pessoas, construindo assim uma rede de pagamentos. Através de canais de pagamento de baixo valor fora da cadeia, formando uma rede de transações com intermediários, resolve-se o problema de escalabilidade da rede Bitcoin.
Linha do tempo:
Desenvolvimento ecológico: A ecologia da rede relâmpago vai da camada inferior à camada superior, que inclui: rede BTC, infraestrutura central ( soluções de rede relâmpago, serviços de nós e liquidez ), e vários Dapps. Atualmente, a camada de infraestrutura está basicamente madura, o suporte a carteiras está aumentando, os serviços financeiros e a integração de pagamentos continuam a crescer, e mais aplicações de entretenimento estão sendo construídas, o ecossistema está florescendo.
Rede Relâmpago Ethereum
Resumo: A Lightning Network é um canal de pagamento de baixo valor baseado no Ethereum, semelhante à Lightning Network, que expande as transações na cadeia através da criação de canais de estado, com o objetivo de permitir pagamentos de tokens ERC20 quase instantâneos, de baixo custo e escaláveis.
Linha do tempo:
Atualmente, não é amplamente adotado, sendo as razões a alta barreira de entrada e o surgimento de tecnologias de escalabilidade mais avançadas. A equipe está reformulando para que funcione na rede L2 Rollup, a fim de reduzir os custos de criação de State Channel.
Celer Network
Resumo: A Celer Network é essencialmente uma rede de relâmpago que aumenta a camada de incentivos, construindo Dapps de interações de alta frequência rápidas, fáceis de usar, de baixo custo e seguras, como plataformas de e-sports, através de tecnologia de expansão fora da cadeia e modelos econômicos de incentivos.
A estrutura de escalabilidade fora da cadeia do Celer Network, baseada em Ethereum, é composta por três camadas:
Linha do tempo:
Desenvolvimento ecológico: Com o ecossistema de blockchain a evoluir para um desenvolvimento multi-chain, a Celer Network expandiu a sua tecnologia central, transformando-se numa plataforma de agregação de escalabilidade L2 que suporta cross-chain, lançando o protocolo DeFi Layer2.finance, o protocolo de informação cross-chain Celer IM e a ponte cross-chain de ativos cBridge. A cBridge já suporta 139 tipos de token e 38 cadeias.
3.1.6 Comparação de Aplicações
Rede Lightning do Bitcoin:
Rede Lightning do Ethereum:
Celer Network:
3.2 Sidechains
3.2.1 Resumo
O conceito de sidechain foi proposto pela primeira vez em 2012, surgindo para acelerar as transações de Bitcoin.