Sistema básico de conocimientos de la red de segunda capa de Bitcoin

El surgimiento de los inscripciones de Bitcoin ha traído nueva vida al ecosistema de Bitcoin, haciendo que más personas vuelvan a prestar atención a Bitcoin. Algunos creen que esto ha abierto la caja de Pandora del ecosistema de Bitcoin. Entre los muchos desarrollos tecnológicos en el ecosistema de Bitcoin, la construcción de la segunda capa es de suma importancia. Este artículo se basa en algunos artículos conocidos en línea, así como en intercambios con varios amigos, y resume los conocimientos básicos sobre la segunda capa de Bitcoin. Espero que pueda servir como un estímulo para atraer a más personas a perfeccionar las ideas relacionadas y promover el desarrollo de este campo.

El mundo del blockchain comenzó con Bitcoin y también terminará con el ecosistema Bitcoin. Ethereum es esencialmente una exploración de la tecnología de cadena lateral de Bitcoin.

En este artículo, los conceptos de "construcción de segunda capa" y "construcción de red de segunda capa" son intercambiables. La construcción de segunda capa es un concepto más amplio, pero para adaptarse a la terminología común en la industria, también se utilizará "construcción de red de segunda capa".

1. La misión de Layer2

Para entender los problemas básicos que necesita resolver la construcción de la segunda capa de Bitcoin, comencemos hablando de las características fundamentales del sistema de blockchain.

1.1 Las características básicas y la demanda de la blockchain

Adoptamos el concepto propuesto por Vitalik: la blockchain es una "computadora mundial". Desde esta perspectiva, entender las diversas características de la blockchain será más claro. Más adelante, también analizaremos la posible evolución de esta "computadora mundial" en base a la estructura de Von Neumann de las computadoras.

Algunas características básicas de la blockchain:

Transparente y abierto: Esta es una característica del almacenamiento de datos y la ejecución de instrucciones de la "computadora mundial" que es la blockchain, así como una necesidad interna que requiere la participación conjunta de numerosos nodos distribuidos a nivel global. Esta característica satisface el derecho a la información de los usuarios sobre los datos, siendo el resultado conjunto de los requisitos de colaboración interna de esta "computadora mundial" y las necesidades externas de los usuarios.

Descentralización: Esta es una característica arquitectónica de esta "computadora mundial". El grado de descentralización y la tolerancia a fallos están teóricamente respaldados por la teoría de los generales bizantinos. Los sistemas no bizantinos de generales no son teóricamente sistemas blockchain. El grado de descentralización es un indicador importante de la seguridad del blockchain y también es la base de ciertas características.

Seguridad: La seguridad se compone de la demanda interna generada por las características de la arquitectura de esta "computadora mundial" y de la demanda externa requerida por los usuarios. A nivel micro, la seguridad está garantizada por tecnologías relacionadas con la criptografía, y a nivel macro, está garantizada por la descentralización de la arquitectura, de modo que no se verá afectada por la falsificación de datos micro o por la destrucción de la arquitectura macro.

Capacidad de cálculo: Una de las funciones principales de esta computadora mundial llamada blockchain es la capacidad de cálculo. Para medir este indicador, generalmente se evalúa si es Turing completo. Algunas cadenas, para mantener sus características principales, están intencionadamente diseñadas para ser Turing incompletas. Por ejemplo, en la red de Bitcoin, Satoshi Nakamoto no solo hizo que sus instrucciones de código no fueran Turing completas, sino que también eliminó intencionadamente algunas instrucciones durante su desarrollo, para mantener su estabilidad y seguridad. Todas las tecnologías Turing completas están destinadas a expandir la capacidad de cálculo de la blockchain.

Rendimiento: Con la misma capacidad de cálculo, el rendimiento es otra capacidad principal que se evalúa en el mundo de las computadoras blockchain. Generalmente se mide en TPS.

Almacenamiento: La blockchain se describe como una "computadora mundial", por lo que debe tener una función de almacenamiento, es decir, la capacidad de registrar datos. Actualmente, la mayoría de los datos se almacenan dentro de bloques, mientras que el almacenamiento fuera de la cadena, más especializado, aún está en desarrollo.

Privacidad: La privacidad es una necesidad subdividida en la "computadora mundial", que exige mantener el alcance de permisos de los productores y usuarios de datos durante el proceso de cálculo y almacenamiento. Esto está impulsado principalmente por las necesidades externas de los usuarios.

También hay un indicador integral de escalabilidad, que generalmente se refiere a la escalabilidad de toda la arquitectura, y esta característica afecta la mayoría de las características fundamentales. A nivel arquitectónico, la escalabilidad del sistema es un indicador muy importante.

En estas características básicas de las blockchain, la mayoría de las relaciones de desarrollo mutuo están restringidas por el triángulo imposible. Por ejemplo, la conjetura DSS se refiere a la descentralización (Decentralization), la seguridad (Security) y la escalabilidad (Scalability).

En un sistema distribuido, un triángulo de imposibilidad similar es el principio CAP. CAP se refiere a la consistencia (Consistency), disponibilidad (Availability) y tolerancia a particiones (Partition tolerance) que no se pueden lograr simultáneamente. Los sistemas de blockchain son sistemas distribuidos que enfrentan el problema de los generales bizantinos, por lo que también se aplica el principio CAP.

1.2 El papel de la construcción de la segunda capa

¿Qué roles deben completarse en la construcción de la segunda capa? ¿Qué funciones debe proporcionar? La construcción de la segunda capa debe abordar las deficiencias del sistema de primera capa, llevando a cabo en la segunda capa las tareas que no son adecuadas para completarse en el sistema de primera capa.

A partir de las características de blockchain resumidas anteriormente, se puede llegar a una conclusión preliminar: es esencial expandir estas capacidades básicas: publicidad y transparencia, descentralización, seguridad, capacidad de cálculo, rendimiento (, tasa de transferencia ), almacenamiento, privacidad, etc.. Además de estas capacidades básicas desde un enfoque técnico, hay un problema económico muy importante que necesita ser resuelto, que es reducir costos, ya que el costo general de ejecutar transacciones en una red de primera capa suele ser bastante alto, lo que requiere el uso de redes de segunda capa para reducir estos costos.

Resumiendo en una frase, las soluciones en tres dimensiones para aumentar la capacidad, reducir costos y personalizar características son todas construcciones de segunda capa. En cuanto a la personalización de características, actualmente no es lo suficientemente evidente, o a menudo está oculta entre las dos primeras características, lo que resulta algo confuso. Podemos entenderlo así: las características de la red de primera capa requieren diferentes grados para muchas aplicaciones, y se pueden reajustar diversos niveles de implementación de características en la segunda capa para ciertas aplicaciones.

En la construcción de la segunda capa, las capacidades básicas de la blockchain tendrán diferentes compromisos, se reducirán algunas características, e incluso se eliminarán algunas características, a cambio de una notable mejora en ciertas características. Por ejemplo: algunas segundas capas, para mejorar el rendimiento, reducirán el grado de descentralización y disminuirán la seguridad; algunas segundas capas, para aumentar la capacidad de procesamiento, como la red Lightning, cambiarán la estructura del sistema y la forma de liquidación. Otras no reducirán las características básicas, pero mejorarán alguna característica, como el método de procesamiento RGB, que aumenta notablemente la privacidad y la resistencia a la censura, pero también incrementa la dificultad de implementación técnica.

La reducción de costos debería ser una necesidad básica para toda la construcción de la segunda capa.

1.3 ¿Por qué hacer un diseño por capas?

El diseño en capas es un medio y una metodología que utilizan los humanos para tratar sistemas complejos, dividiendo el sistema en múltiples estructuras jerárquicas y definiendo las relaciones y funciones entre cada capa, para lograr la modularidad, el mantenimiento y la escalabilidad del sistema, mejorando así la eficiencia y la fiabilidad del diseño del sistema.

Para un sistema de protocolos amplio y extenso, el uso de capas tiene beneficios claros. Esto facilita la comprensión, la división del trabajo y la mejora modular, entre otras ventajas. Similar al diseño del modelo de siete capas ISO/OSI en redes de computadoras, aunque en la implementación concreta, se pueden combinar algunas capas; por ejemplo, el protocolo de red específico TCP/IP es un protocolo de cuatro capas.

Específicamente, las ventajas de la segmentación de protocolos:

1.Cada nivel es independiente. Un nivel no necesita saber cómo se implementa el siguiente, solo necesita conocer los servicios que se ofrecen a través de las interfaces entre niveles. De esta manera, la complejidad del problema total disminuye. Es decir, el funcionamiento del nivel anterior no afecta el trabajo del siguiente, por lo que al diseñar el trabajo de cada nivel, solo necesitamos garantizar que la interfaz se mantenga sin cambios, pudiendo ajustar libremente la forma de trabajo dentro del nivel.

2.Buena flexibilidad. Cuando cualquier capa experimenta un cambio, mientras la relación de interfaz entre capas se mantenga constante, no se verá afectada ninguna capa por encima o por debajo de esta. Cuando una capa presenta innovaciones tecnológicas o surgen problemas en el trabajo de una capa, no afectará el funcionamiento de las otras capas; al resolver problemas, solo es necesario considerar el problema de esta capa de forma aislada.

3.Estructuralmente divisible. Cada capa puede utilizar la tecnología más adecuada para su implementación. El desarrollo de la tecnología a menudo es asimétrico, y la división jerárquica evita eficazmente el efecto del barril, de modo que la eficiencia general del trabajo no se ve afectada por la imperfección de un aspecto tecnológico.

4.Fácil de implementar y mantener. Esta estructura hace que la implementación y depuración de un sistema grande y complejo sea más fácil de manejar, ya que todo el sistema se ha descompuesto en varios subsistemas relativamente independientes. Al depurar y mantener, se puede depurar cada capa por separado, evitando la situación de no poder encontrar y resolver el problema incorrecto.

5.Puede promover el trabajo de estandarización. Porque cada capa tiene una descripción precisa de sus funciones y los servicios que ofrece. La ventaja de la estandarización es que se puede reemplazar libremente una de las capas, lo cual es muy conveniente para el uso y la investigación.

El pensamiento de diseño modular por capas es un enfoque común en el campo técnico para tratar un proyecto de ingeniería que es amplio en funcionalidad, requiere la colaboración de varias personas y se mejora continuamente, y es un método que ha sido verificado por la práctica y ha demostrado ser efectivo.

2. Algunas ideas para la construcción de Bitcoin Layer2

Las dos capas de Bitcoin tienen tres rutas de construcción destacadas:

(1) una es una ruta de expansión basada en la cadena, y es muy similar a la segunda capa de EVM, es la estructura de la blockchain;

(2) una es una ruta basada en distribuciones, representada por la red de relámpago, es una estructura distribuida.

(3) hay otro tipo de ruta basada en un sistema centralizado, representado por un índice centralizado, es una estructura centralizada.

Las dos primeras maneras tienen características distintivas, ya hay algunos productos en uso y otros en exploración. En cuanto a la primera manera, gracias al florecimiento de Ethereum y la exploración de otras cadenas que imitan a Bitcoin, la escalabilidad de segunda capa basada en la cadena es relativamente más fácil, con más casos de referencia. La segunda manera, basada en la distribución, suele ser más difícil y su desarrollo es un poco más lento, representada por la red Lightning. La tercera manera es muy controvertida, porque no parece ser una construcción de segunda capa, pero parece haber cumplido con las funciones de una construcción de segunda capa.

¿Cuál de las soluciones de construcción de segunda capa es mejor? Usamos un resultado del mercado como criterio de evaluación; la solución cuya red de segunda capa tenga un valor total de capital bloqueado TVL( Total Value Locked) más alto será la solución óptima. Con el tiempo y el desarrollo tecnológico, esta solución óptima será un proceso en cambio.

En cuanto a la definición de la segunda capa de Bitcoin, siempre que se base en la red de Bitcoin y establezca una conexión técnica con la red de Bitcoin, y algunas características superen a la red de primera capa de Bitcoin, se considera construcción de la segunda capa de Bitcoin. En otras palabras: siempre que se consuma BTC como gas, y con BTC como activo subyacente, cualquier sistema que amplíe el rendimiento de Bitcoin se considera construcción de segunda capa. Según este criterio, deberíamos reconocer una tercera forma de construcción de segunda capa, es decir, la construcción de segunda capa con una estructura centralizada.

El desarrollo de la tecnología del Bitcoin en sí, como la modificación de OP_RETURN, Taproot, firmas Schnorr, MAST y Tapscript, debería estar diseñado para conectar la primera y la segunda capa, y no debería utilizarse en exceso para desarrollar funciones, ya que la red de primera capa, por mucho que se expanda, no logrará un avance cualitativo; es necesario llevar a cabo la construcción de la segunda capa. Sin embargo, en ausencia de mejores productos de segunda capa de Bitcoin, estas capacidades tecnológicas que conectan la primera y la segunda capa serán utilizadas en exceso durante un tiempo.

2.1 Construcción de segunda capa basada en la cadena

Las cadenas de imitación de Bitcoin en sus primeras etapas realizaron diversas exploraciones, como "Colorcoin"(moneda color), "CovertCoins" y "MasterCoin"; varias cadenas de imitación de Bitcoin para escalabilidad, como BCH(Bitcoin Cash), BSV(Bitcoin SV), BTG(Bitcoin Gold); diversas tecnologías de cadenas laterales son casos de construcción basados en la expansión de la cadena, se puede decir que es una segunda capa en un sentido amplio.

Incluyendo Ethereum, que también es una exploración de mejora basada en Bitcoin. Vitalik, al no poder convencer a otros equipos de proyectos, formó su propio equipo para publicar un libro blanco y desarrollar un nuevo sistema de blockchain, abordando las imperfecciones de Bitcoin: el sistema UTXO sin cuentas, el lenguaje de ejecución no Turing completo, la mala escalabilidad, entre otros problemas. Aunque esta exploración de Ethereum no es una construcción de segunda capa directa sobre Bitcoin, desde un punto de vista amplio, es una exploración de construcción basada en la cadena.

Ethereum para Bitcoin