Dasar Pengetahuan Jaringan Lapisan Kedua Bitcoin

Munculnya inskripsi Bitcoin memberikan kehidupan baru bagi ekosistem Bitcoin, menarik perhatian lebih banyak orang kembali ke Bitcoin, dan ada yang berpendapat bahwa ini membuka kotak Pandora dari ekosistem Bitcoin. Di antara berbagai perkembangan teknologi dalam ekosistem Bitcoin, pembangunan lapisan kedua adalah yang terpenting. Artikel ini berdasarkan artikel terkenal di internet, diskusi dengan para profesional di industri, serta pengalaman tim dalam desain dan pengembangan produk Web3, merangkum pengetahuan dasar tentang lapisan kedua Bitcoin. Diharapkan dapat menjadi batu loncatan, menarik lebih banyak orang untuk memperbaiki pemikiran terkait, dan mendorong perkembangan di bidang ini.

Dunia blockchain dimulai dengan Bitcoin dan diakhiri dengan ekosistem Bitcoin. Ethereum juga dapat dianggap sebagai eksplorasi teknologi sidechain dari Bitcoin.

"Pembangunan lapisan kedua" dan "pembangunan jaringan lapisan kedua" dalam artikel ini pada dasarnya memiliki arti yang sama, di mana pembangunan lapisan kedua adalah konsep yang lebih luas. Untuk menjaga konsistensi dengan istilah yang umum digunakan di industri, artikel ini juga akan menggunakan istilah "pembangunan jaringan lapisan kedua".

1. Misi Layer2

Untuk memahami masalah dasar apa yang perlu dipecahkan dalam pembangunan lapisan kedua Bitcoin, kita harus mulai dari sifat dasar sistem blockchain.

1.1 Karakteristik dasar dan kebutuhan blockchain

Kami meminjam konsep yang diajukan oleh Vitalik: blockchain adalah "komputer dunia". Dari sudut pandang ini, memahami berbagai karakteristik blockchain akan lebih jelas. Berikut adalah ringkasan beberapa karakteristik dasar:

Transparan dan terbuka: Ini adalah karakteristik penyimpanan data dan eksekusi instruksi dari "komputer dunia" yang berbasis blockchain, serta merupakan kebutuhan internal yang memerlukan partisipasi bersama dari banyak node terdistribusi di seluruh dunia dalam perhitungan. Karakteristik ini memenuhi hak pengguna untuk mengetahui data, dan merupakan hasil bersama dari tuntutan kolaborasi internal komputer "dunia" itu sendiri dan kebutuhan eksternal pengguna.

Desentralisasi: Ini adalah fitur arsitektur dari "komputer dunia" ini, tingkat desentralisasi dan toleransi kesalahan secara teori didasarkan pada teori jenderal Bizantium. Tingkat desentralisasi adalah indikator penting dari keamanan blockchain, serta dasar dari beberapa fitur.

Keamanan: Keamanan terdiri dari kebutuhan internal yang dihasilkan oleh karakteristik arsitektur "komputer dunia" ini dan kebutuhan eksternal yang diperlukan oleh pengguna. Dari sudut pandang mikro, keamanan dijamin oleh teknologi terkait kriptografi, sementara dari sudut pandang makro, keamanan dijamin oleh desentralisasi arsitektur, sehingga tidak akan terpengaruh oleh pemalsuan data mikro atau kerusakan arsitektur makro yang dapat mempengaruhi keamanan "komputer dunia" ini.

Kekuatan komputasi: Salah satu fungsi utama dari komputer dunia blockchain ini adalah kekuatan komputasi. Untuk mengukur indikator ini, umumnya digunakan apakah itu Turing lengkap. Beberapa rantai sengaja dirancang menjadi Turing tidak lengkap untuk menjaga karakteristik utama mereka. Misalnya, jaringan Bitcoin, Satoshi Nakamoto tidak hanya membuat instruksi kodenya tidak Turing lengkap, tetapi juga sengaja menghapus beberapa set instruksi dalam perkembangannya, sehingga menjaga stabilitas dan keamanannya. Semua teknologi Turing lengkap dirancang untuk memperluas kekuatan komputasi blockchain. Dari sudut pandang desain berlapis, sistem sederhana lebih cocok untuk menjadi lapisan dasar.

Kinerja: Dalam situasi di mana kemampuan komputasi adalah sama, kinerja adalah kemampuan utama lain yang diperiksa dalam dunia komputer blockchain. Umumnya diukur dengan TPS, yaitu jumlah transaksi yang diproses per detik.

Penyimpanan: Blockchain digambarkan sebagai "komputer dunia", jadi pasti memiliki fungsi penyimpanan, yaitu kemampuan untuk merekam data. Saat ini, umumnya disimpan dalam blok, sementara penyimpanan on-chain yang lebih profesional di luar blok masih dalam tahap pengembangan.

Privasi: Privasi adalah kebutuhan tersegmentasi dalam "komputer dunia", yaitu permintaan untuk menjaga batasan hak produsen dan pengguna data selama proses perhitungan dan penyimpanan. Ini pada dasarnya didorong oleh kebutuhan eksternal pengguna.

Ada juga indikator komprehensif yang disebut skalabilitas, yang umumnya merujuk pada skalabilitas seluruh arsitektur. Karakteristik ini mempengaruhi sebagian besar karakteristik dasar. Di tingkat arsitektur, skalabilitas sistem adalah indikator yang sangat penting.

Di antara karakteristik dasar blockchain ini, sebagian besar dibatasi oleh hubungan perkembangan yang saling mengikat oleh segitiga yang tidak mungkin. Misalnya, dugaan DSS adalah desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas.

Dalam sistem terdistribusi, segitiga tak mungkin yang serupa adalah prinsip CAP, yang menyatakan bahwa dalam sebuah sistem terdistribusi, konsistensi, ketersediaan, dan toleransi partisi tidak dapat dicapai secara bersamaan. Sistem blockchain adalah sistem terdistribusi yang memiliki masalah jenderal Bizantium, sehingga juga berlaku untuk prinsip CAP.

1.2 Peran pembangunan lapisan kedua

Apa saja peran yang harus diselesaikan dalam pembangunan lapisan kedua? Fitur apa yang harus disediakan? Pembangunan lapisan kedua harus mengatasi kekurangan sistem lapisan pertama, dan menyelesaikan hal-hal yang tidak cocok dilakukan di sistem lapisan pertama, di pembangunan lapisan kedua.

Dari karakteristik blockchain yang dirangkum di atas, dapat diambil kesimpulan awal bahwa perlu mengembangkan kemampuan dasar ini: keterbukaan dan transparansi, desentralisasi, keamanan, kemampuan komputasi, kinerja, penyimpanan, privasi, dan lain-lain. Selain kemampuan dasar dari sudut pandang teknologi, ada satu masalah ekonomi yang sangat penting yang perlu diselesaikan, yaitu mengurangi biaya, biasanya biaya keseluruhan untuk mengeksekusi transaksi di satu lapisan jaringan cukup tinggi, sehingga perlu menggunakan jaringan lapisan kedua untuk mengurangi biaya ini.

Ringkasnya, rencana untuk meningkatkan kapasitas, mengurangi biaya, dan kustomisasi fitur semuanya adalah pembangunan lapisan kedua. Untuk kustomisasi fitur, saat ini masih belum cukup jelas, atau sering kali tersembunyi di antara dua fitur pertama, yang sedikit membingungkan. Kita bisa memahaminya seperti ini: karakteristik jaringan lapisan pertama memiliki kebutuhan yang berbeda untuk banyak aplikasi, dan dapat disesuaikan kembali tingkat implementasi berbagai fitur pada lapisan kedua untuk aplikasi tertentu.

Dalam pembangunan lapisan kedua, kemampuan dasar blockchain akan memiliki kompromi masing-masing, akan menurunkan beberapa fitur, bahkan membuang beberapa fitur, untuk mendapatkan peningkatan signifikan pada fitur tertentu. Misalnya: beberapa lapisan kedua untuk meningkatkan performa, akan mengurangi tingkat desentralisasi, akan menurunkan keamanan; beberapa lapisan kedua untuk meningkatkan throughput, seperti jaringan Lightning, akan mengubah struktur sistem dan cara penyelesaian. Ada juga yang tidak menurunkan fitur dasar, tetapi meningkatkan fitur tertentu, seperti cara penanganan RGB, yang jelas meningkatkan privasi dan ketahanan terhadap sensor, tetapi meningkatkan kesulitan implementasi teknis.

Di antara itu, pengurangan biaya seharusnya menjadi kebutuhan dasar dari semua pembangunan lapisan kedua.

1.3 Mengapa perlu melakukan desain berlapis?

Desain berlapis adalah suatu cara dan metodologi manusia dalam menangani sistem kompleks, dengan membagi sistem menjadi beberapa struktur berlapis dan mendefinisikan hubungan serta fungsi antar lapisan, untuk mencapai modularitas, pemeliharaan, dan skalabilitas sistem, sehingga meningkatkan efisiensi dan keandalan desain sistem.

Untuk sistem protokol yang luas dan besar, penggunaan hierarki akan memberikan keuntungan yang jelas. Hal ini membuat orang lebih mudah untuk memahami, lebih mudah untuk membagi tugas implementasi, dan memiliki keunggulan dalam perbaikan modular. Seperti desain model tujuh lapisan ISO/OSI dalam jaringan komputer, tetapi dalam implementasi konkret, beberapa lapisan dapat digabungkan, misalnya, protokol jaringan konkret TCP/IP adalah protokol empat lapisan.

Keuntungan dari pemisahan lapisan protokol yang lebih spesifik:

1. Setiap lapisan adalah independen. Sebuah lapisan tidak perlu mengetahui bagaimana lapisan berikutnya diimplementasikan, tetapi hanya perlu mengetahui layanan yang disediakan melalui antarmuka antar lapisan. Dengan cara ini, kompleksitas keseluruhan masalah berkurang. Dengan kata lain, bagaimana pekerjaan lapisan sebelumnya dilakukan tidak mempengaruhi pekerjaan lapisan berikutnya, sehingga saat kita mendesain pekerjaan di setiap lapisan, kita hanya perlu memastikan bahwa antarmuka tidak berubah, dan dapat menyesuaikan cara kerja di dalam lapisan dengan bebas.

2. Fleksibilitas yang baik. Ketika salah satu lapisan mengalami perubahan, selama hubungan antarlapisan tetap tidak berubah, lapisan di atas atau di bawahnya tidak akan terpengaruh. Ketika inovasi teknologi terjadi pada salah satu lapisan atau jika ada masalah dalam pekerjaan pada salah satu lapisan, tidak akan mempengaruhi pekerjaan lapisan lainnya, dan saat mengatasi masalah, hanya perlu mempertimbangkan masalah di lapisan tersebut secara terpisah.

3. Secara struktural dapat dipisahkan. Setiap lapisan dapat menggunakan teknologi yang paling tepat untuk diimplementasikan. Perkembangan teknologi seringkali tidak simetris, pembagian bertingkat secara efektif menghindari efek tong kayu, dan tidak akan mempengaruhi efisiensi kerja keseluruhan karena ketidaksempurnaan teknologi di satu sisi.

4.Mudah untuk diimplementasikan dan dipelihara. Struktur ini membuat implementasi dan debugging sistem yang besar dan kompleks menjadi lebih mudah ditangani, karena seluruh sistem telah dipecah menjadi beberapa subsistem yang relatif independen. Saat melakukan debugging dan pemeliharaan, setiap lapisan dapat di-debug secara terpisah, menghindari situasi di mana masalah tidak dapat ditemukan atau diselesaikan.

5. Dapat memfasilitasi pekerjaan standardisasi. Karena setiap lapisan memiliki deskripsi yang jelas tentang fungsinya dan layanan yang disediakannya. Manfaat dari standardisasi adalah dapat dengan mudah mengganti salah satu lapisan, yang sangat nyaman untuk penggunaan dan penelitian.

Pemikiran desain modular berlapis adalah metode umum dalam bidang teknologi untuk menangani proyek rekayasa yang besar, memerlukan kolaborasi banyak orang, dan terus-menerus ditingkatkan, serta merupakan metode yang telah terbukti efektif melalui praktik.

2. Beberapa Pemikiran Pembangunan Layer2 Bitcoin

Jalur pembangunan yang signifikan dari lapisan kedua Bitcoin ada tiga jenis:

(1)Rute perluasan berbasis rantai, mirip dengan lapisan kedua EVM, adalah struktur blockchain;

(2)berbasis pada rute terdistribusi, yang diwakili oleh jaringan Lightning, adalah struktur terdistribusi.

(3)Rute berbasis sistem terpusat, yang diwakili oleh indeks terpusat, adalah struktur terpusat.

Dua cara pertama memiliki karakteristik yang sangat khas, dan sudah ada beberapa produk yang digunakan serta produk yang sedang dieksplorasi. Untuk cara pertama, dengan adanya perkembangan pesat Ethereum dan eksplorasi rantai imitasi Bitcoin lainnya, perluasan lapisan kedua berbasis rantai relatif lebih mudah, dengan lebih banyak kasus yang dapat dijadikan referensi. Cara kedua yang berbasis distribusi biasanya lebih sulit, dan perkembangannya juga lebih lambat, dengan jaringan Lightning sebagai perwakilannya. Cara ketiga sangat kontroversial, karena tampaknya tidak seperti pembangunan lapisan kedua, tetapi sepertinya telah menyelesaikan fungsi pembangunan lapisan kedua.

Solusi pembangunan lapisan kedua mana yang lebih baik? Kami menggunakan hasil pengujian pasar sebagai ukuran, mana yang memiliki total nilai terkunci (TVL) lebih tinggi, maka solusi tersebut adalah yang terbaik. Seiring waktu dan perkembangan teknologi, solusi terbaik ini akan menjadi proses yang berubah.

Untuk definisi jaringan lapisan kedua Bitcoin, selama bergantung pada jaringan Bitcoin dan membangun hubungan teknis dengan jaringan Bitcoin, beberapa karakteristik yang lebih unggul dibandingkan dengan jaringan lapisan pertama Bitcoin, semuanya dianggap sebagai pembangunan jaringan lapisan kedua Bitcoin. Dengan kata lain: selama menghabiskan BTC sebagai gas, dengan BTC sebagai aset dasar, sistem yang memperluas kinerja Bitcoin semuanya dianggap sebagai pembangunan lapisan kedua. Berdasarkan penilaian ini, kita seharusnya mengakui jenis ketiga dari pembangunan jaringan lapisan kedua, yaitu pembangunan lapisan kedua dengan struktur terpusat.

Perkembangan teknologi Bitcoin itu sendiri, seperti modifikasi OP_RETURN, Taproot, tanda tangan Schnorr, MAST, dan Tapscript, seharusnya dirancang untuk menghubungkan lapisan satu dan dua, tidak seharusnya menggunakan teknologi ini untuk mengembangkan fungsi secara berlebihan, karena jaringan lapisan satu tidak akan mengalami terobosan kualitas apapun meskipun diperluas. Pembangunan lapisan dua harus dilakukan. Namun, dalam keadaan tidak adanya produk lapisan dua Bitcoin yang lebih baik, kemampuan teknis untuk menghubungkan lapisan satu dan dua ini akan digunakan secara berlebihan dalam jangka waktu tertentu.

2.1 Pembangunan lapisan kedua berbasis blockchain

Jaringan Bitcoin tiruan awal melakukan berbagai eksplorasi, seperti "Colorcoin", "CovertCoins", dan "MasterCoin"; berbagai jaringan Bitcoin tiruan untuk peningkatan kapasitas, seperti BCH, BSV, BTG; berbagai teknologi sidechain dibangun berdasarkan perluasan jaringan, dapat dikatakan sebagai lapisan kedua dalam pengertian yang luas.

Termasuk Ethereum, juga merupakan eksplorasi perbaikan yang berbasis pada Bitcoin. Vitalik membentuk tim sendiri untuk merilis whitepaper dan mengembangkan sistem blockchain generasi baru, setelah gagal meyakinkan tim proyek lain mengenai ketidak sempurnaan Bitcoin: sistem tanpa akun UTXO, bahasa eksekusi yang tidak Turing lengkap, masalah skalabilitas yang buruk, dan lainnya. Meskipun eksplorasi Ethereum ini bukan pembangunan lapisan kedua yang langsung di atas Bitcoin, namun dalam arti luas merupakan eksplorasi pembangunan berbasis rantai.

Eksplorasi perbaikan Ethereum terhadap Bitcoin yang tidak sempurna, serta pengembangan dan verifikasi lapisan kedua di atas Ethereum, memberikan contoh referensi untuk pengembangan jaringan lapisan kedua berbasis chain di Bitcoin. Berbagai solusi Rollup, solusi lintas chain, teknologi saluran pesan, serta teknologi sharding Ethereum itu sendiri,