Біткойн другого рівня мережі базові знання

Виникнення інскрипцій Біткойн принесло нове життя в екосистему Біткойн, змусивши більше людей знову звернути увагу на Біткойн, а також деякі вважають, що це відкрило Пандорину скриньку екосистеми Біткойн. Серед численних технічних розробок в екосистемі Біткойн, будівництво другого рівня є найважливішим. Ця стаття, спираючись на відомі статті в мережі, спілкування з фахівцями галузі та досвід команди в дизайні та розробці продуктів Web3, підсумовує основи другого рівня Біткойн. Сподіваємося, що це стане поштовхом для залучення більшої кількості людей до вдосконалення відповідних ідей і сприяння розвитку цієї сфери.

Світ блокчейну починається з Біткойну і закінчується екосистемою Біткойну. Ефір також можна вважати дослідженням технології бокового ланцюга Біткойну.

У цьому тексті "друге рівня будівництво" та "будівництво другого рівня мережі" є в основному синонімами, будівництво другого рівня є більш широким поняттям. Щоб відповідати загальноприйнятим висловлюванням у галузі, у тексті також буде використовуватися вислів "будівництво другого рівня мережі".

1. Місія другого рівня Layer2

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

1.1 Основні характеристики та вимоги до блокчейну

Ми запозичуємо концепцію, запропоновану Віталіком: блокчейн є "світовим комп'ютером". З цієї точки зору розуміти різні характеристики блокчейну буде ясніше. Наступні підсумовують деякі базові характеристики:

Відкритість і прозорість: це характеристика зберігання даних і виконання інструкцій "світового комп'ютера" на базі блокчейн, а також внутрішня вимога, яка потребує участі численних розподілених вузлів по всьому світу в обчисленнях. Ця характеристика задовольняє право користувачів на інформацію про дані, є спільним результатом внутрішніх вимог співпраці цього "світового комп'ютера" та зовнішніх вимог користувачів.

Децентралізація: це архітектурна особливість цієї "світової комп'ютерної системи", рівень децентралізації та відмовостійкість теоретично базуються на теорії візантійських генералів. Рівень децентралізації є важливим показником безпеки блокчейну та основою для деяких характеристик.

Безпека: Безпека складається з внутрішніх вимог, що виникають з архітектурних особливостей цього "світового комп'ютера", та зовнішніх вимог, необхідних користувачам. На мікрорівні безпеку забезпечують технології, пов'язані з криптографією, а на макрорівні – децентралізація архітектури, що дозволяє не зазнавати впливу безпеки цього "світового комп'ютера" через підробку мікроданих або руйнування макроархітектури.

Обчислювальна потужність: одна з основних функцій цієї світової обчислювальної машини, блокчейну, - це обчислювальна потужність. Для вимірювання цього показника зазвичай використовують, чи є він Turing-повним. Деякі ланцюги навмисно проектуються як Turing-неповні, щоб зберегти свої основні характеристики. Наприклад, у мережі Біткойн Сатоші Накамото не тільки зробив так, що її кодові інструкції не є Turing-повними, а й під час розвитку навмисно видалив деякі інструкції, щоб зберегти стабільність і безпеку. Усі Turing-повні технології спрямовані на розширення обчислювальної потужності блокчейну. З точки зору ідеї багаторівневої архітектури, прості системи краще підходять для нижнього рівня.

Продуктивність: за однакової обчислювальної потужності продуктивність є ще однією основною характеристикою комп'ютерів у світі блокчейн. Зазвичай вимірюється TPS, тобто кількість транзакцій, що обробляються за секунду.

Зберігання: Блокчейн описується як "світовий комп'ютер", отже, він обов'язково має функцію зберігання, тобто здатність записувати дані. Наразі дані в основному зберігаються в блоці, більш професійне зберігання на ланцюгу поза блоком все ще розвивається.

Приватність: Приватність є підрозділом вимог у "світовому комп'ютері", що вимагає зберігати межі прав виробників та користувачів даних під час обчислень і зберігання. Це в основному визначається зовнішніми потребами користувачів.

Є також комплексний показник масштабованості, який зазвичай відноситься до масштабованості всієї архітектури. Ця характеристика впливає на більшість основних характеристик, на рівні архітектури масштабованість системи є дуже важливим показником.

У цих основних характеристиках блокчейнів, більшість з обмеженнями, які накладає неможливий трикутник на взаємозв'язки розвитку. Наприклад, гіпотеза DSS, тобто децентралізація, безпека та масштабованість.

У розподілених системах подібний до неможливого трикутника є принцип CAP, що вказує на те, що в одній розподіленій системі неможливо досягти одночасно узгодженості, доступності та стійкості до розділів. Блокчейн-системи є розподіленими системами з проблемою візантійських генералів, тому також підпадають під принцип CAP.

1.2 Роль будівництва другого рівня

Які ролі потрібно виконати для створення другого рівня? Які функції він має надати? Створення другого рівня повинно заповнити недоліки системи першого рівня, виконуючи завдання, які не підходять для реалізації в системі першого рівня.

З вищезазначених характеристик блокчейну можна зробити попередній висновок, що необхідно розширити ці основні можливості: відкритість і прозорість, децентралізація, безпека, обчислювальна потужність, продуктивність, зберігання, конфіденційність тощо. Окрім цих технічних базових можливостей, існує ще одне дуже важливе економічне питання, яке потрібно вирішити, а саме – зниження витрат. Як правило, загальні витрати на виконання транзакцій у мережі першого рівня є досить високими, тому необхідно використовувати мережі другого рівня для зниження цих витрат.

Підсумовуючи в одне речення, рішення в трьох вимірах: збільшення ємності, зниження витрат та налаштовані характеристики – це все будівництво другого рівня. Щодо налаштованих характеристик, наразі вони ще не достатньо очевидні або часто приховані під двома першими характеристиками, що викликає деякі непорозуміння. Ми можемо зрозуміти це так: характеристики мережі першого рівня для багатьох додатків потрібні в різному ступені, їх можна переналаштувати на другому рівні для певних додатків.

У будівництві другого рівня базові можливості блокчейну будуть мати свої компроміси, зменшуючи деякі характеристики або навіть відмовляючись від них, натомість досягаючи значного підвищення певних характеристик. Наприклад: деякі другі рівні, щоб підвищити продуктивність, зменшують ступінь децентралізації, знижують безпеку; деякі другі рівні, щоб збільшити пропускну здатність, такі як мережа Lightning, змінюють структуру системи та спосіб розрахунків. Інші ж, не знижуючи базових характеристик, посилюють певну характеристику, наприклад, обробка RGB значно підвищує конфіденційність та стійкість до цензури, але ускладнює технічну реалізацію.

Зменшення витрат має бути базовою вимогою всіх будівництв другого рівня.

1.3 Чому слід робити багаторівневе проєктування?

Шарове проектування є засобом і методологією, якими людина обробляє складні системи, шляхом розподілу системи на кілька рівневих структур і визначення відносин та функцій між ними, щоб досягти модульності, підтримуваності та масштабованості системи, що підвищує ефективність проектування та надійність системи.

Для великої та обширної системи протоколів використання ієрархії має очевидні переваги. Це робить їх легшими для розуміння, простішими для розподілу виконання та легшими для модульного вдосконалення. Як у семи шарах моделі ISO/OSI в комп'ютерних мережах, але в конкретній реалізації можна об'єднати деякі шари, наприклад, конкретний мережевий протокол TCP/IP є чотирьохшаровим протоколом.

Конкретно, переваги багаторівневої архітектури протоколу:

1. Рівні є незалежними один від одного. Якийсь рівень не повинен знати, як реалізований наступний рівень, а лише знати, які послуги надаються через інтерфейс між рівнями. Таким чином, складність всієї задачі зменшується. Іншими словами, те, як виконується робота попереднього рівня, не впливає на роботу наступного рівня, тому при проектуванні роботи на кожному рівні ми можемо вільно коригувати спосіб роботи всередині рівня, якщо інтерфейс залишається незмінним.

2. Гнучкість. Коли будь-який з рівнів зазнає змін, якщо лише інтерфейсні відносини між рівнями залишаються незмінними, то це не вплине на рівні вище або нижче. Коли на якомусь рівні з'являється технологічна інновація або коли на якому-небудь рівні виникає проблема в роботі, це не вплине на роботу інших рівнів, а при усуненні проблеми потрібно враховувати лише окрему проблему 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 впливати на загальну ефективність роботи.

4.Легкість у реалізації та обслуговуванні. Ця структура робить реалізацію та налагодження великої та складної системи легким завданням, оскільки вся система вже була розділена на кілька відносно незалежних підсистем. Під час налагодження та обслуговування можна окремо налагоджувати кожен рівень, що дозволяє уникнути ситуацій, коли неможливо знайти чи вирішити неправильні проблеми.

5. Може сприяти стандартизації роботи. Оскільки для кожного рівня вже є точні описи функцій і послуг, які вони пропонують. Перевага стандартизації полягає в тому, що можна вільно замінювати будь-який із рівнів, що дуже зручно для використання та дослідження.

Ідея модульного дизайну з багаторівневою структурою є звичайним підходом у технічній сфері до роботи з великими функціями, які потребують співпраці багатьох людей та постійного вдосконалення проектів, і є перевіреним на практиці, ефективним методом.

2. Кілька підходів до будівництва Layer2 Біткойн

Біткойн має три значні напрямки розвитку другого рівня:

(1)Розширений маршрут на основі ланцюга, дуже схожий на другий рівень EVM, є структурою блокчейну;

(2)На основі розподіленого маршруту, представленого мережами Lightning, є розподіленою структурою.

(3)Маршрут на основі централізованої системи, представлений централізованим індексом, є централізованою структурою.

Перші два способи мають свої особливості, вже є деякі продукти, які використовуються, та продукти, які перебувають у стадії дослідження. Щодо першого способу, завдяки бурхливому розвитку Ефіру та дослідженням інших ланцюгів, що імітують Біткойн, базування на ланцюзі другий рівень розширення є відносно простішим, можна знайти більше прикладів. Другий спосіб, заснований на розподілених технологіях, зазвичай є більш складним, розвиток також повільніший, зокрема, яскравим прикладом є мережа Lightning. Третій спосіб є дуже спірним, оскільки він не виглядає як будівництво другого рівня, але, з іншого боку, здається, що виконує функції будівництва другого рівня.

Яка з рішень для другого рівня є кращою? Ми використовуємо результати ринку як критерій оцінки, яка з другорядних мереж має найвищу загальну заблоковану вартість (TVL), то це і буде оптимальним рішенням. З розвитком часу та технологій, це оптимальне рішення буде змінним процесом.

Щодо визначення другого рівня мережі Біткойн, все, що спирається на мережу Біткойн і встановлює технічну взаємозв'язок з нею, а також має деякі характеристики, які перевершують перший рівень мережі Біткойн, вважається будівництвом другого рівня Біткойн. Іншими словами: якщо витрачається BTC як газ, а BTC є базовим активом, розширеним системами, що покращують продуктивність Біткойн, це також вважається будівництвом другого рівня. Відповідно до цього визначення, ми, ймовірно, визнаємо третій тип будівництва другого рівня, а саме централізовану структуру другого рівня.

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

2.1 Будівництво другого рівня на основі ланцюга

Ранні біткойн-подібні ланцюги зробили багато експериментів, таких як "Colorcoin", "CovertCoins" та "MasterCoin"; різні розширені біткойн-подібні ланцюги, такі як BCH, BSV, BTG; різні технології бічних ланцюгів є прикладами розширення на основі ланцюга, можна сказати, що це різновид другого рівня в широкому сенсі.

Серед інших, Ефіріум також є вдосконаленням, заснованим на Біткойні. Віталік, переконавши інші команди проектів безуспішно, зосередився на недосконалостях Біткойна: на безобліковій системі UTXO, на не повністю Тюрінговій мові виконання, на поганій масштабованості та інших проблемах, самостійно сформував команду, опублікував білий список, розробив нове покоління блокчейн-системи. Хоча це дослідження Ефіріуму не є безпосереднім будівництвом другого рівня на Біткойні, але в широкому сенсі є дослідженням, заснованим на ланцюзі.

Дослідження вдосконалення Ethereum щодо недосконалості Біткойна, а також розвиток і верифікація другого рівня на Ethereum, надали приклад для розвитку мережі другого рівня на основі ланцюга для Біткойна. Різні рішення Rollup, міжланцюгові рішення, технології каналів повідомлень, а також технологія шардінгу самого Ethereum,