Біткойн другого рівня мережі базова система знань

Виникнення інскрипцій Біткойн принесло нове життя екосистемі Біткойн, змусивши більше людей знову звернути увагу на Біткойн. У технічному розвитку екосистеми Біткойн будівництво другого рівня є найважливішим. У цій статті підсумовано основні знання про другий рівень Біткойн, сподіваючись, що це стане поштовхом для розвитку цієї сфери.

Світ блокчейну починається з Біткойна і завершується екосистемою Біткойна. Ефір (Ethereum) також можна розглядати як дослідження технології бічного ланцюга Біткойна.

1. Місія, яку повинна виконати другий рівень

Щоб зрозуміти, які основні проблеми потрібно вирішити для будівництва другого рівня Біткойну, спочатку розглянемо базові характеристики блокчейн-системи.

1.1 Основні характеристики та вимоги до блокчейну

Блокчейн можна розглядати як "світовий комп'ютер". Ми розглянемо різні характеристики блокчейну з цієї точки зору:

• Відкритість і прозорість: це характеристики зберігання даних і виконання команд в блокчейні, а також внутрішня вимога, що потребує спільної участі численних розподілених вузлів у обчисленнях по всьому світу.

• Децентралізація: це архітектурна особливість блокчейну, ступінь децентралізації та стійкість до помилок підтримується теорією візантійських генералів. Ступінь децентралізації є важливим показником безпеки блокчейну.

• Безпека: складається з внутрішніх вимог, що виникають через архітектурні особливості, та зовнішніх вимог, що потребують користувачі. З мікрорівня забезпечується криптографічними технологіями, а з макрорівня - децентралізованою архітектурою.

• Обчислювальна потужність: одна з основних функцій блокчейну - це обчислювальна потужність. Зазвичай оцінюється за допомогою того, чи є вона тюрінгом повною.

• Продуктивність: при однаковій обчислювальній потужності продуктивність є ще однією основною здатністю, що оцінює блокчейн. Зазвичай вимірюється в TPS.

• Зберігання: Блокчейн має функцію зберігання даних. Наразі в основному зберігають у блоках, більш професійне зберігання поза блоками ще перебуває на стадії розвитку.

• Приватність: вимога зберігати межі прав доступу даних виробників і користувачів під час обчислення та зберігання. Це, в основному, обумовлено зовнішніми потребами користувачів.

Ці характеристики в основному обмежені неможливим трикутником, таким як гіпотеза DSS (, децентралізація, безпека, масштабованість ) та принцип CAP (, що включає узгодженість, доступність, стійкість до розділів ).

1.2 Роль будівництва другого рівня

Будівництво другого рівня має заповнити недоліки системи першого рівня, виконуючи справи, які не підходять для реалізації на першому рівні. Головне:

• Розширення базових можливостей: відкритість і прозорість, децентралізація, безпека, обчислювальні можливості, продуктивність, зберігання, конфіденційність тощо
• Зниження витрат: зазвичай загальні витрати на виконання транзакцій у мережі одного рівня є досить високими
• Кастомні характеристики: переналаштування різних характеристик для певних застосувань

Підсумовуючи, можна виділити три виміри: збільшення ємності, зниження витрат, індивідуальні характеристики.

1.3 Чому потрібно робити ієрархічний дизайн?

Розподільний дизайн є засобом і методологією для обробки складних систем, шляхом розділення на кілька рівневих структур і визначення відносин і функцій на кожному рівні, що забезпечує модульність, підтримуваність та розширюваність системи.

Переваги багаторівневого дизайну:

1. Кожен рівень незалежний, не потрібно знати деталі реалізації нижчого рівня
2. Гнучкість, зміни на одному рівні не впливають на інші рівні
3. Структура може бути роздільною, кожен шар може використовувати найбільш підходящу технологію
4. Легко реалізувати та підтримувати
5. Сприяння стандартизації

Ієрархічний модульний дизайн є ефективним методом у технічній сфері для обробки великих функцій, що вимагають співпраці багатьох людей та постійного вдосконалення проектів.

2. Кілька підходів до будівництва Layer2 для Біткойн

Будівництво другого рівня Біткойна має три основні напрямки:

1. Розширена структура на основі ланцюга: аналогічна другому рівню EVM, це структура блокчейну
2. Розподілений маршрут: представлений мережами Lightning, є розподіленою структурою
3. Маршрут на основі централізованих систем: представлений централізованим індексом, є централізованою структурою

Який варіант кращий? Можна використовувати загальну заблоковану вартість (TVL) як критерій оцінки, варіант з високим TVL є більш вдалим. З розвитком часу та технологій оптимальний варіант буде змінюватися.

Для визначення другого рівня мережі Біткойн: якщо побудувати технічну прив'язку, спираючись на мережу Біткойн, і деякі характеристики будуть кращими, ніж у першому рівні мережі Біткойн, це вважається будівництвом другого рівня мережі Біткойн.

2.1 Будівництво другого рівня на основі блокчейну

Ранні біткойн-копії виконали різні дослідження, такі як "Colorcoin", "MasterCoin" та ін.; різні копії біткойна з розширенням, такі як BCH, BSV, BTG; а також різні технології бокових ланцюгів є прикладами розширення на базі ланцюга.

Ефіріум також можна вважати вдосконаленням на основі Біткойну. Покращення Ефіріума в порівнянні з Біткойном та розвиток другого рівня Ефіріума надали Біткойну посилання на розвиток мережі другого рівня на основі ланцюга.

У біткойні основні побудови другого рівня на базі ланцюга складаються з двох типів ланцюгів:

• Сумісна з EVM модель облікового запису: такі як Ethereum, Polygon, BSC, Arbitrum тощо
• Аналогічна модель UTXO для Біткойн: як CKB(Nervos), Chia тощо

Переваги будівництва другого рівня на основі ланцюга:

• Зберегти більшість основних характеристик блокчейну
• Вирішення проблеми з повною комутативністю Тюрінга
• Значно знизити комісії за транзакції
• В певній мірі розширити мережеві можливості
• Технічне здійснення відносно просте, є досить багато прикладів досліджень
• Міграція верхніх застосувань зручна, можна швидко реалізувати

Недоліки:

• Обмежений обмеженнями блокчейну, підвищення продуктивності обмежене
• Може знизити рівень децентралізації або безпеки

Висновок: на основі структури ланцюга другий рівень може мати безліч проектів, в кожній вертикальній області існує один або кілька другорядних рівнів, що задовольняють різні потреби застосування. Її вартість визначається кількістю верхніх застосувань і загальною вартістю.

2.2 Побудова другого рівня на базі розподілених систем

Деякі рішення другого рівня побудовані на розподілених системах, структура та рамки яких не є блокчейн-структурами, а базуються на розподілених системах на основі каналів. Мережева блискавка є типовим представником.

Будівництво другого рівня розподілених систем поділяється на два типи:

1. Лише завершення передачі вартості, як-от мережа Lightning
2. Завершення передачі вартості та обчислень, що є тюрінгово повними, наприклад RGB

Переваги двошарового будівництва на основі розподіленої технології:

• Система стала більш децентралізованою
• Може вмістити безліч вузлів
• Краща конфіденційність та стійкість до цензури
• Має безмежну масштабованість, теоретично продуктивність надзвичайна

Недоліки:

• Технічна реалізація складна
• Бракує досвіду реалізації інженерії та інфраструктури в сфері передачі вартості
• Реалізація системи з повною потужністю Тьюринга є величезним викликом

Судження: Дистрибутивна структура другого рівня на основі каналу може мати лише кілька паралельних проектів, причина:

1. Система має безмежну масштабованість
2. Реалізація технологічної складності велика

Ці системи вимагають більш відкритого дизайну та концепції, здатних залучати більше людей і команд.

2.3 Будівництво другого рівня на основі централізованої системи

Централізовані індексні структури, такі як Ordinals, або індексатори деяких функціональних вузлів є централізованими структурами, також є певним підходом до будівництва другого рівня.

Цей підхід до будівництва рідко визнається, оскільки другий рівень є занадто централізованим, а розширення мережі першого рівня є надзвичайно обмеженим. Централізована структура другого рівня покладається на основні характеристики блокчейну першого рівня, а другий рівень виконує лише прості обчислення та статистичні функції.

Переваги:

• Централізовані системи дуже зрілі
• Є безліч доступних варіантів використання та оптимізацій.
• Повна Тюрінгова повнота та видатна продуктивність

Недоліки:

• Двошарова надзвичайна централізація
• Всі основні характеристики блокчейну залежать від шару мережі

Висновок: централізовані структури другого рівня можуть існувати лише в обмеженій кількості проєктів або на етапах. Після того, як зріють дистрибутивні структури на основі ланцюгової структури та каналів, більшість централізованих структур другого рівня можуть зникнути або залишитися лише в деяких особливих випадках.

3. Питання, пов'язані з будівництвом другого рівня

3.1 Технології зв'язку між першим і другим рівнем

Розвиток технологій самого Біткойна, таких як зміна OP_RETURN, Taproot, підпис Схнора, MAST, Tapscript тощо, має бути спроектований для з'єднання першого та другого рівнів. Загальновживані технології для з'єднання першого рівня блокчейну та мережі другого рівня включають:

• Кросчейн-технології: реалізація взаємодії між різними блокчейнами, міжланцюговий перенесення активів та взаємодія.
• Технологія ізоляції верифікації: ізолює один шар транзакційних даних, обробляється другим шаром верифікації
• Технологія бічного ланцюга: з'єднує основний ланцюг та бічний ланцюг, забезпечуючи передачу даних
• Технологія State Channel: створення комунікаційного каналу поза ланцюгом для підвищення швидкості та пропускної здатності транзакцій
• Технологія Plasma: фрагментація даних транзакцій на одному рівні, обробка верифікації на другому рівні

Оцінка показників технологій з'єднання першого та другого рівнів:

• Чи може перший рівень верифікувати транзакції другого рівня
• Чи може актив першого рівня безперешкодно втекти під час краху другого рівня
• Чи знизить технологія з’єднання певні характеристики системи

3.2 З огляду на структуру фон Неймана, розвиток блокчейну

Блокчейн, цей "світовий комп'ютер", можна порівняти з традиційною комп'ютерною архітектурою фон Неймана. П'ять основних компонентів комп'ютера за архітектурою фон Неймана: арифметико-логічний пристрій, контролер, пам'ять, пристрої введення та пристрої виведення. У системі блокчейн також існують подібні компоненти.

Кілька порівнянь:

1. Розширення ЦП подібне до розширення обчислювальної потужності та пропускної здатності першого та другого рівня.
2. Розширення пам'яті буде від простору на конкурентному ланцюгу до використання справжнього зберігання в блокчейні
3. Вхідні та вихідні пристрої в системі блокчейн є предикторами
4. Деякі спеціальні ланцюги та функції подібні до графічних процесорів (GPU) традиційних комп'ютерів, спеціалізованих карток тощо
5. Ланцюгові додатки та більш високі додатки подібні до етапу, коли традиційні комп'ютери ще не розділяли операційні системи та прикладне програмне забезпечення.
6. Застосування блокчейн розшириться з ранніх фінансових застосувань на більш широкі сфери.

4. Поточний стан будівництва Layer2 для Біткойн

4.1 Вже запущені проекти другого рівня Біткойн

1. Мережа Біткойн(Lightning Network)

• Побудова другого рівня на основі розподіленої технології
• Запропоновано в 2015 році, повністю впроваджено в 2018 році
• Особливості: швидкість, низька вартість, масштабованість
• Реалізація транзакцій поза ланцюгом через платіжний канал, значно знижує час підтвердження та витрати
• Стикаючись із викликами стабільності мережі, алгоритмів маршрутизації тощо

2. Ліквідний

• Будівництво другого рівня на основі ланцюга
• Бічне рішення, запущене компанією Blockstream у 2015 році
• Особливості: швидке підтвердження транзакцій(2 хвилини), конфіденційність транзакцій, висока пропускна здатність
• Використання технології конфіденційних транзакцій для приховування суми транзакцій
• Використання технології Federated Peg для підтримки великої кількості паралельних транзакцій

3. Rootstock(RSK)

• Будівництво другого рівня на основі ланцюга
• Запропоновано у 2015 році, офіційно запущено у 2018 році
• Особливості: двостороннє якорення з Біткойном, підтримка смарт-контрактів
• Надайте Біткойну функції, подібні до ефірних.
• Розвивається відносно повільно, але має потенціал стати важливою платформою для смарт-контрактів

4. Колірний підсвітлення

• Базується на розподіленому+Тьюрінговому повному другому рівні
• Походження з 2016 року, розроблено асоціацією стандартів LNP/BP
• Особливості: масштабованість, конфіденційність, децентралізований протокол без необхідності введення токенів
• Використання клієнтської верифікації та концепції одноразового запечатування
• Виконуване випуск токенів, карбування NFT, DeFi, DAO та інші складні смарт-контракти

5. Стеки

• Будівництво другого рівня на основі блокчейну
• Запропонований у 2013 році, проведено ICO у 2017 році
• Особливості: надає функції децентралізованої ідентифікації, зберігання та смарт-контрактів
• Використання механізму консенсусу "Stacking"
• Став одним із важливих платформ у сфері децентралізованих додатків

6. Інші нові проекти

• B² Network: розроблений на основі ZK-Rollup, сумісний з EVM
• BEVM: децентралізований Біткойн L2, сумісний з EVM
• Dovi:сумісний з EVM смарт-контрактами Біткойн Layer2
• Map Protocol: зосередження на крос-чейн протоколі
• Merlin Chain: інтеграція мережі ZK-Rollup, децентралізованого оракула та модуля захисту від шахрайства з BTC на блокчейні
• Bison:Біткойн рідний zk-rollup

4.2 Біт