Базова система знань про другий рівень мережі Біткойн

Поява інскрипцій Біткойна принесла нове життя в екосистему Біткойна, змусивши більше людей знову звернути увагу на Біткойн. Дехто вважає, що це відкрило Пандорину скриню екосистеми Біткойна. Серед численних технологічних розробок в екосистемі Біткойна, будівництво другого рівня є найважливішим. У цій статті використано деякі відомі статті з Інтернету, а також спілкування з кількома друзями, щоб підсумувати основи другого рівня Біткойна. Сподіваюся, це стане поштовхом для інших, щоб залучити більше людей до вдосконалення відповідних ідей та сприяти розвитку цієї сфери.

Світ блокчейн починається з Біткойну і також закінчується екосистемою Біткойну. Ефір насправді також є дослідженням технології бічної ланцюга Біткойну.

У цьому документі терміни "друга рівня будівництво" та "будівництво мережі другого рівня" використовуються взаємозамінно. Будівництво другого рівня є більш широким поняттям, але для відповідності загальноприйнятій термінології в індустрії також може використовуватися "будівництво мережі другого рівня".

1. Місія другого рівня Layer2

Щоб зрозуміти основні проблеми, які потрібно вирішити для будівництва другого рівня Біткойна, ми спочатку поговоримо про базові характеристики системи блокчейн.

1.1 Основні характеристики та потреби блокчейну

Ми використовуємо концепцію, запропоновану Віталіком: блокчейн – це "світовий комп'ютер". З цієї точки зору зрозуміти різні характеристики блокчейну буде простіше. Пізніше ми також проаналізуємо можливості розвитку цього "світового комп'ютера" на основі структури фон Ноймана комп'ютера.

Деякі основні характеристики блокчейну:

Відкритість і прозорість: Це характеристика зберігання даних і виконання інструкцій цієї "світової комп'ютерної" системи, а також внутрішня вимога, що потребує спільної участі численних розподілених вузлів у обчисленнях по всьому світу. Ця характеристика задовольняє право користувачів на інформацію про дані, що є спільним результатом внутрішніх вимог співпраці цієї "світової комп'ютерної" системи та зовнішніх потреб користувачів.

Децентралізація: Це архітектурна характеристика цієї "світової комп'ютерної системи". Ступінь децентралізації та відмовостійкість теоретично підтримуються теорією візантійських генералів. Невізантійські генералістські системи теоретично не є блокчейн-системами. Ступінь децентралізації є важливим показником безпеки блокчейну, а також основою певних характеристик.

Безпека: Безпека складається з внутрішніх вимог, що виникають з архітектурних особливостей цієї "світової комп'ютерної системи", та зовнішніх вимог користувачів. З мікрорівня безпека забезпечується технологіями, пов'язаними з криптографією, а з макрорівня – децентралізацією архітектури, що дозволяє уникнути впливу на безпеку через підробку мікроданих або руйнування макроархітектури.

Обчислювальна потужність: Однією з основних функцій цієї світової обчислювальної машини, якою є блокчейн, є обчислювальна потужність. Для вимірювання цього показника зазвичай використовують 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 лише зробив так, щоб її кодові інструкції не були тюрінгом повними, але й свідомо видалив деякі інструкції в процесі розвитку, щоб зберегти її стабільність і безпеку. Усі технології, що є тюрінгом повними, створені для розширення обчислювальної потужності блокчейну.

Продуктивність: При однаковій обчислювальній потужності продуктивність є ще однією основною здатністю, яка оцінює комп'ютери світу блокчейн. Зазвичай вимірюється в TPS.

Зберігання: Блокчейн описується як "світовий комп'ютер", отже, він повинен мати функцію зберігання, тобто здатність записувати дані. В даний час дані в основному зберігаються в блоці, більш професійне зберігання поза блоками на ланцюгах ще перебуває в стадії розвитку.

Приватність: Приватність є сегментованою вимогою в "світовому комп'ютері", що вимагає збереження правового поля виробників і користувачів даних під час обчислень і зберігання. Це в основному обумовлено зовнішніми потребами користувачів.

Є ще один комплексний показник — масштабованість, зазвичай він стосується масштабованості всієї архітектури, ця характеристика впливає на більшість основних властивостей. На рівні архітектури масштабованість системи є дуже важливим показником.

У цих основних характеристиках блокчейну, більшість з них обмежується взаємозв'язком, що підлягає трикутнику неможливості. Наприклад, гіпотеза DSS, яка стосується децентралізації (Decentralization), безпеки (Security) та масштабованості (Scalability).

У розподілених системах аналогічний неможливий трикутник - це принцип CAP. CAP означає, що в розподіленій системі неможливо досягти одночасної узгодженості (Consistency), доступності (Availability) та стійкості до розподілу (Partition tolerance). Блокчейн-системи є розподіленими системами з проблемою візантійських генералів, тому принцип CAP також застосовний.

1.2 Роль будівництва другого рівня

Які ролі потрібно виконати для побудови другого рівня? Які функції він повинен надавати? Будівництво другого рівня має заповнити недоліки системи першого рівня, виконуючи ті речі, які не підходять для реалізації в системі першого рівня.

З вищезазначених характеристик блокчейну можна зробити попередній висновок, що необхідно розширити ці основні можливості:публічна прозорість, децентралізація, безпека, обчислювальна здатність, продуктивність (, пропускна здатність ), зберігання, конфіденційність тощо. Окрім цих базових можливостей з технічної точки зору, існує ще одне дуже важливе економічне питання, яке потрібно вирішити, а саме:зниження витрат, зазвичай комплексна вартість виконання транзакцій в мережі першого рівня досить висока, необхідно використовувати мережу другого рівня для зниження цих витрат.

Підсумовуючи в одне речення, плани для збільшення ємності, зменшення витрат і налаштування характеристик всі є будівництвом другого рівня. Що стосується налаштування характеристик, наразі воно ще не є достатньо очевидним або часто приховане під двома першими характеристиками, що викликає деякі незручності. Ми можемо зрозуміти це так: характеристики мережі першого рівня для багатьох застосувань потребують різного рівня, можна на другому рівні знову налаштувати реалізацію різних характеристик для певних застосувань.

У розвитку другого рівня базові можливості блокчейну будуть різними, деякі характеристики будуть знижені, а деякі навіть відкинуті, на користь значного підвищення інших характеристик. Наприклад, деякі другі рівні, щоб підвищити продуктивність, зменшать рівень децентралізації і безпеки; деякі другі рівні для збільшення пропускної здатності, такі як мережа Lightning, змінять структуру системи та спосіб розрахунків. Інші ж можуть посилити певну характеристику без зниження базових властивостей, наприклад, спосіб обробки RGB, що явно збільшує анонімність і опір цензурі, але ускладнює технічну реалізацію.

Зменшення витрат, безумовно, має бути основною потребою всіх двохрівневих будівель.

1.3 Чому потрібно робити багаторівневе проектування?

Шарове проектування є способом і методологією, за допомогою яких людина обробляє складні системи, ділячи систему на кілька рівнів і визначаючи відносини та функції між цими рівнями з метою досягнення модульності, обслуговуваності та масштабованості системи, що, в свою чергу, підвищує ефективність та надійність проектування систем.

Для великої та масштабної системи протоколів використання шаруватої структури має очевидні переваги. Це робить її легшою для розуміння, полегшує розподіл завдань та дозволяє здійснювати модульні покращення. Як у семишаровій моделі ISO/OSI в комп'ютерних мережах, однак у конкретній реалізації деякі шари можуть бути об'єднані, наприклад, конкретний мережевий протокол TCP/IP є чотирьохшаровим протоколом.

Конкретно про переваги шарування протоколу:

1.Кожен рівень незалежний. Один рівень не повинен знати, як реалізований наступний рівень, а лише потрібно знати, які послуги надаються через інтерфейси між рівнями. Таким чином, складність усієї проблеми знижується. Іншими словами, те, як виконується робота на попередньому рівні, не впливає на роботу наступного рівня, тому при проектуванні роботи на кожному рівні потрібно лише забезпечити незмінність інтерфейсу, що дозволяє вільно коригувати способи роботи всередині рівня.

2.Гнучкість. Коли будь-який з рівнів змінюється, якщо міжрівневі відносини залишаються незмінними, то це не вплине на рівні, що знаходяться вище або нижче. Коли на якомусь рівні відбувається технологічна інновація або виникає проблема в роботі цього рівня, це не вплине на роботу інших рівнів, і при усуненні проблеми потрібно враховувати лише окремі проблеми цього рівня.

3.Структурно може бути розділеним. Кожен рівень може використовувати найбільш підходящу технологію для реалізації. Розвиток технологій часто є асиметричним, і ієрархічний поділ ефективно уникає ефекту діжки, не дозволяючи недосконалості технологій в одній сфері вплинути на загальну ефективність роботи.

4.Легкість у реалізації та обслуговуванні. Ця структура дозволяє легко реалізувати та налагодити великий і складний система, оскільки вся система вже розбита на кілька відносно незалежних підсистем. Під час налагодження та обслуговування можна окремо налагоджувати кожен рівень, уникаючи ситуацій, коли неможливо знайти або вирішити неправильні проблеми.

5.Може сприяти стандартизації роботи. Тому що функції на кожному рівні та послуги, які вони надають, вже мають точні описи. Перевага стандартизації полягає в можливості вільно замінювати один з рівнів, що є дуже зручним для використання та дослідження.

Ідея багаторівневої модульної архітектури є поширеним підходом у технічній сфері для роботи з великими функціональними проектами, що вимагають командної співпраці та постійного вдосконалення, і вона є перевіреним на практиці, ефективним методом.

2. Кілька підходів до будівництва Layer2 для Біткойн

Біткойн має три помітні маршрути розвитку другого рівня:

(1)Один із розширених маршрутів на основі ланцюга, схожий на другий рівень EVM, є структурою блокчейну;

(2)Один з них базується на розподіленому маршруті, з мережою Lightning як представником, є розподіленою структурою.

(3) Є ще один тип маршруту, який базується на централізованій системі, представлений централізованим індексом, це централізована структура.

Перші два способи мають свої особливості, вже є деякі продукти в експлуатації та продукти в стадії дослідження. Що стосується першого способу, то завдяки бурхливому розвитку Ефіріуму та дослідженням інших ланцюгів, що імітують Біткойн, другий рівень розширення на базі ланцюга є відносно простішим, є більше прикладів для посилання. Другий спосіб, заснований на розподіленій технології, зазвичай є більш складним, розвиток також відбувається повільніше, з представником у вигляді мережі Lightning. Третій спосіб є дуже спірним, оскільки він не виглядає як будівництво другого рівня, але, здається, виконує функції будівництва другого рівня.

Який з варіантів будівництва другого рівня кращий? Ми використовуємо результати ринку як критерій оцінки: який з другого рівня мережі має вищу загальну заблоковану вартість TVL(Total Value Locked), той варіант є оптимальним. З розвитком часу та технологій, цей оптимальний варіант буде змінюватися.

Що стосується визначення другого рівня мережі Біткойн, то все, що спирається на мережу Біткойн і має технічні зв'язки з мережею Біткойн, з деякими характеристиками, які перевищують перший рівень мережі Біткойн, вважається будівництвом другого рівня Біткойн. Іншими словами: якщо споживається BTC як gas, і BTC є базовим активом, системи, які розширюють можливості Біткойн, також вважаються будівництвом другого рівня. Відповідно до цього судження, ми повинні визнати третій тип будівництва другого рівня, а саме централізовану структуру другого рівня.

Розвиток технологій самого Біткойна, таких як зміна OP_RETURN, Taproot, підписання Schnorr, MAST, Tapscript, повинен бути спроектований для з'єднання першого і другого рівня, не слід занадто використовувати ці технології для розробки функцій, оскільки скільки б не розширювався перший рівень мережі, якісного прориву не буде, необхідно проводити будівництво другого рівня. Але в умовах відсутності кращих продуктів другого рівня Біткойна, ці технологічні можливості з'єднання першого і другого рівня протягом певного часу будуть надмірно використовуватися.

2.1 Будівництво другого рівня на основі блокчейну

Ранні Біткойн-клони зробили багато досліджень, такі як "Colorcoin"(кольорові монети), "CovertCoins" та "MasterCoin"; різні розширення Біткойн-клонів, такі як BCH(Bitcoin Cash), BSV(Bitcoin SV), BTG(Bitcoin Gold); різні технології бічних ланцюгів є прикладами розширення ланцюга, можна сказати, що це своєрідний більш широкий рівень.

Включаючи Ефіріум, це також є дослідженням вдосконалення на основі Біткойн. Віталік, у випадку безуспішних спроб переконати інші команди проектів, сформував свою команду, щоб опублікувати білу книгу, розробити нове покоління блокчейн-системи, враховуючи недоліки Біткойн: безаккаунтна система UTXO, неалгоритмічна мова виконання, погана масштабованість та інші проблеми. Це дослідження Ефіріум, хоча й не є безпосереднім будівництвом другого рівня на базі Біткойн, але в широкому розумінні є дослідженням будівництва на основі ланцюга.

Ефір для Біткойн