Conocimientos básicos sobre la red de segunda capa de Bitcoin

El surgimiento de las inscripciones de Bitcoin ha traído nueva vida al ecosistema de Bitcoin, lo que ha hecho que más personas vuelvan a prestar atención a Bitcoin, y algunos creen que esto ha abierto la caja de Pandora del ecosistema de Bitcoin. En los numerosos desarrollos tecnológicos del ecosistema de Bitcoin, la construcción de la segunda capa es fundamental. Este artículo se basa en artículos conocidos en la red, en intercambios con profesionales de la industria y en la experiencia del equipo en el diseño y desarrollo de productos Web3, y resume los conocimientos básicos sobre la segunda capa de Bitcoin. Esperamos poder lanzar ideas y atraer a más personas a perfeccionar los pensamientos relacionados, impulsando el desarrollo de este campo.

El mundo de la blockchain comienza con Bitcoin y termina con el ecosistema de Bitcoin. Ethereum también puede considerarse como una exploración de tecnología de cadena lateral de Bitcoin.

En este artículo, "construcción de la segunda capa" y "construcción de la red de segunda capa" son prácticamente sinónimos, la construcción de la segunda capa es un concepto más amplio. Para mantener la consistencia con la terminología común en la industria, también se utilizará la expresión "construcción de la red de segunda capa" en el texto.

1. La misión de Layer2

Para entender qué problemas básicos se deben resolver en la construcción de la segunda capa de Bitcoin, comencemos hablando de las características fundamentales del sistema blockchain.

1.1 Características fundamentales y necesidades de la blockchain

Tomamos prestado el concepto propuesto por Vitalik: la blockchain es una "computadora mundial". Desde esta perspectiva, entender las múltiples características de la blockchain será más claro. A continuación, se resumen algunas características básicas:

Transparente y público: esta es una de las características 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 en todo el mundo en el cálculo. Esta característica satisface el derecho a la información de los usuarios sobre los datos, y es el resultado conjunto de los requisitos de colaboración interna de esta "computadora mundial" y las demandas externas de los usuarios.

Descentralización: Esta es una característica arquitectónica de esta "computadora mundial". El grado de descentralización y la tolerancia a fallos se basan teóricamente en el problema de los generales bizantinos. El grado de descentralización es un indicador importante de la seguridad de la blockchain y también es la base de ciertas características.

Seguridad: La seguridad es el resultado de las demandas internas generadas por las características de la arquitectura de esta "computadora mundial" y de las demandas externas necesarias por los usuarios. A nivel micro, la seguridad está garantizada por tecnologías relacionadas con la criptografía, y a nivel macro, está asegurada por la descentralización de la arquitectura, lo que significa que la seguridad de esta "computadora mundial" no se verá afectada por la falsificación de datos a nivel micro o por la destrucción de la arquitectura a nivel macro.

Capacidad de cálculo: Una de las principales funciones de esta computadora mundial llamada blockchain es la capacidad de cálculo. Para medir este indicador, generalmente se examina si es Turing completo. Algunas cadenas, para mantener sus características principales, están diseñadas deliberadamente como no Turing completas. Por ejemplo, en la red Bitcoin, Satoshi Nakamoto no solo hizo que sus instrucciones de código no fueran Turing completas, sino que también eliminó deliberadamente algunos conjuntos de 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. Desde la perspectiva del diseño jerárquico, los sistemas simples son más adecuados para ser la base.

Rendimiento: Con la misma capacidad de cálculo, el rendimiento es otra capacidad principal a considerar en el mundo de las computadoras blockchain. Generalmente se mide en TPS, es decir, la cantidad de transacciones procesadas por segundo.

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

Privacidad: La privacidad es una necesidad específica en la "computadora mundial", que exige mantener el ámbito de derechos del productor y del usuario de datos durante el proceso de cálculo y almacenamiento. Esto está impulsado principalmente por las necesidades externas del usuario.

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

En estas características fundamentales de las blockchains, la mayoría están restringidas por la relación de desarrollo mutuo del triángulo imposible. Por ejemplo, la conjetura DSS se refiere a la descentralización, la seguridad y la escalabilidad.

En sistemas distribuidos, un triángulo imposible similar es el principio CAP, que se refiere a que en un sistema distribuido no se pueden obtener simultáneamente consistencia, disponibilidad y tolerancia a particiones. Los sistemas de blockchain son sistemas distribuidos que presentan 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 se deben proporcionar? La construcción de la segunda capa debe abordar las deficiencias del sistema de primera capa, realizando en la segunda capa aquellas cosas 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 necesario expandir estas capacidades básicas: transparencia pública, descentralización, seguridad, capacidad de cálculo, rendimiento, almacenamiento, privacidad, entre otras. Además de estas capacidades básicas desde un punto de vista técnico, hay un problema económico muy importante que necesita ser resuelto: reducir los costos. Normalmente, el costo total de ejecución de transacciones en una red de capa uno es bastante alto, por lo que se necesita utilizar redes de capa dos para reducir estos costos.

Resumiendo en una frase, las soluciones en tres dimensiones para aumentar la capacidad, reducir costos y características personalizadas son todas construcciones de segunda capa. En cuanto a las características personalizadas, actualmente no son lo suficientemente evidentes, o a menudo están ocultas entre las dos primeras características, lo que resulta algo confuso. Podemos entenderlo de esta manera: las características de la red de primera capa requieren diferentes niveles según las muchas aplicaciones, y se pueden ajustar nuevamente los grados de implementación de varias características en la segunda capa para ciertas aplicaciones.

En la construcción de la segunda capa, las capacidades básicas de la cadena de bloques se verán comprometidas de diversas maneras, lo que llevará a la reducción de algunas características e incluso a la eliminación de ciertas propiedades, a cambio de mejoras significativas en otras. Por ejemplo: algunas segundas capas, para mejorar el rendimiento, reducirán el grado de descentralización y la seguridad; algunas segundas capas, para aumentar el rendimiento, como la red Lightning, cambiarán la estructura del sistema y la forma de liquidación. También hay algunas que, sin reducir las características básicas, han mejorado alguna propiedad, como el método de manejo de RGB, que ha aumentado notablemente la privacidad y la resistencia a la censura, pero ha aumentado la dificultad de implementación técnica.

La reducción de costos debería ser una necesidad básica en 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 para que los humanos manejen sistemas complejos, dividiendo el sistema en múltiples estructuras jerárquicas y definiendo las relaciones y funciones entre cada capa, con el fin de lograr la modularidad, mantenibilidad y escalabilidad del sistema, mejorando así la eficiencia y confiabilidad del diseño del sistema.

Para un sistema de protocolos amplio y extenso, el uso de capas tiene beneficios evidentes. Esto facilita la comprensión, la división del trabajo y la mejora modular, entre otros. Al igual que en el diseño del modelo de siete capas ISO/OSI en redes informáticas, en la implementación específica, se pueden combinar algunas capas; por ejemplo, el protocolo de red específico TCP/IP es un protocolo de cuatro capas.

Las ventajas de la estratificación del protocolo son específicas:

1. Los diferentes niveles son independientes entre sí. Un nivel no necesita saber cómo se implementa el siguiente, solo necesita conocer los servicios que proporciona a través de la interfaz entre niveles. De esta manera, la complejidad del problema total se reduce. Es decir, cómo se realiza el trabajo del nivel anterior no afecta el trabajo del siguiente, por lo que al diseñar el trabajo de cada nivel, solo necesitamos asegurarnos de que la interfaz permanezca igual, y podemos ajustar libremente la forma de trabajo dentro del nivel.

2. Buena flexibilidad. Cuando hay un cambio en cualquier capa, siempre que la relación de interfaz entre capas se mantenga constante, las capas por encima o por debajo no se verán afectadas. Cuando una capa presenta una innovación técnica o cuando hay un problema en el trabajo de una capa, no afectará el trabajo de las otras capas; al resolver problemas, solo es necesario considerar el problema de esa capa en particular.

3. Estructuralmente, se puede dividir. Cada capa puede utilizar la tecnología más adecuada para su implementación. El desarrollo de la tecnología suele ser asimétrico; la división jerárquica evita de manera efectiva el efecto del barril, y no se verá afectada la eficiencia general del trabajo por la imperfección de una determinada área técnica.

4.Fácil de implementar y mantener. Esta estructura facilita la implementación y depuración de un sistema grande y complejo, ya que todo el sistema se ha descompuesto en varios subsistemas relativamente independientes. Al realizar la depuración y el mantenimiento, se puede depurar cada capa por separado, evitando así situaciones en las que no se pueden encontrar o resolver problemas incorrectos.

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 que resulta muy conveniente para su uso y estudio.

El diseño modular por capas es un enfoque común en el campo técnico para manejar un proyecto de ingeniería que tiene una gran funcionalidad, requiere la colaboración de múltiples personas y se mejora continuamente, y es un método que ha sido validado por la práctica y es efectivo.

2. Algunas ideas para la construcción de Bitcoin Layer2

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

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

(2) Basado en una ruta distribuida, representada por la red Lightning, es una estructura distribuida.

(3)La ruta basada en sistemas centralizados, representada por el índice centralizado, es una estructura centralizada.

Las dos primeras formas tienen características únicas, y ya hay algunos productos en uso y otros en exploración. Para la primera forma, debido al florecimiento de Ethereum y la exploración de otras cadenas imitadoras de Bitcoin, la expansión de segunda capa basada en cadenas es relativamente más fácil, y hay más casos de referencia. La segunda forma, que se basa en la distribución, generalmente es más difícil y su desarrollo es un poco más lento, representado por la red Lightning. La tercera forma es muy controvertida, ya que 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 de mercado como criterio de evaluación; la solución con el mayor valor total de activos bloqueados (TVL) en la red de segunda capa es la mejor opción. Con el tiempo y el desarrollo de la tecnología, esta solución óptima será un proceso en constante cambio.

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

El desarrollo de la tecnología de Bitcoin en sí, como la modificación de OP_RETURN, Taproot, firmas Schnorr, MAST y Tapscript, debe diseñarse con el propósito de conectar la primera y la segunda capa, y no se deben utilizar demasiado estas tecnologías para desarrollar funciones, porque no habrá un avance cualitativo en la red de primera capa sin importar cuán extensible sea, 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 para conectar 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 hicieron diversas exploraciones, como "Colorcoin", "CovertCoins" y "MasterCoin"; varias cadenas de imitación de Bitcoin para la escalabilidad, como BCH, BSV, BTG; diversas tecnologías de cadenas laterales son casos de construcción de expansión basados en cadenas, se podría decir que son una forma amplia de segunda capa.

Incluyendo Ethereum, que también es una exploración de mejora basada en Bitcoin. Vitalik, ante la falta de éxito en persuadir 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 sin cuentas de UTXO, el lenguaje de ejecución no Turing-completo, y problemas de escalabilidad, entre otros. Aunque esta exploración de Ethereum no es una construcción de segunda capa directamente sobre Bitcoin, en un sentido amplio es una exploración de construcción basada en la cadena.

La exploración de mejoras imperfectas de Ethereum sobre Bitcoin, así como el desarrollo y verificación de la segunda capa en Ethereum, han proporcionado un caso de referencia para el desarrollo de redes de segunda capa basadas en cadena en Bitcoin. Diversos esquemas de Rollup, soluciones de cadena cruzada, tecnologías de canales de mensajes, así como la propia tecnología de fragmentación de Ethereum,