Основи системи знань про другий рівень Біткойн-мережі

Виникнення інскрипцій Біткойна приносить нове життя в екосистему Біткойна, змушуючи більше людей знову звернути увагу на Біткойн. Дехто вважає, що це відкрило пандорину скриньку екосистеми Біткойна. Серед багатьох технічних розробок екосистеми Біткойна, будівництво другого рівня є найважливішим. У цій статті, спираючись на відомі статті в Інтернеті, спілкування з багатьма друзями, а також досвід нашої команди в дизайні та розробці продуктів Web3, підсумовано базові знання про другий рівень Біткойна.

Світ блокчейну починається з Біткойну і закінчується екосистемою Біткойну. Ефір також можна розглядати як своєрідне дослідження технології бічної лінії Біткойну.

У цій статті терміни "другий рівень будівництва" та "будівництво другого рівня мережі" є взаємозамінними. Другий рівень будівництва є більш широким поняттям, але для відповідності загальноприйнятій термінології в галузі також використовується "будівництво другого рівня мережі".

1. Місія другого рівня Layer2

Щоб зрозуміти основні питання, які потрібно вирішити для будівництва другого рівня Біткойн, ми почнемо з основних характеристик системи блокчейн.

1.1 Основні характеристики та вимоги до блокчейну

У цій статті використано концепцію, запропоновану Віталіком: блокчейн є "світовим комп'ютером". З цієї точки зору зрозуміти численні характеристики блокчейну буде ясніше. Далі також буде проаналізовано можливості розвитку цього "світового комп'ютера" на основі структури фон Неймана.

Основні характеристики блокчейну включають:

• Відкритість та прозорість: особливості зберігання даних та виконання команд у "світовому комп'ютері" блокчейн, а також внутрішня потреба в спільному обчисленні глобальними розподіленими вузлами. Це задовольняє право користувачів на інформацію про дані.

• Децентралізація: архітектурна особливість "світового комп'ютера" на базі блокчейн. Рівень децентралізації та стійкість до помилок підтримуються теорією візантійських генералів. Рівень децентралізації є важливим показником безпеки блокчейн.

• Безпека: складається з внутрішніх вимог, що виникають з архітектурних особливостей "світового комп'ютера", та зовнішніх вимог користувачів. На мікрорівні забезпечується криптографічними технологіями, на макрорівні - децентралізованою архітектурою.

• Обчислювальна потужність: основна функція блокчейн "світового комп'ютера". Зазвичай вимірюється за допомогою здатності Тюрінга. Деякі ланцюги навмисно розроблені як не повністю Тюрінгові, щоб зберегти свої основні характеристики.

• Продуктивність: за однакової обчислювальної потужності розглядається ще одна основна можливість блокчейну "світовий комп'ютер". Зазвичай вимірюється кількістю транзакцій на секунду TPS( ).

• Зберігання: Блокчейн як "світовий комп'ютер" повинен мати можливість записувати дані. Наразі дані в основному зберігаються в блоці, більш професійне зберігання поза блоком ще розвивається.

• Приватність: вимога зберігати обсяг прав даних виробників і користувачів під час обчислення та зберігання (, включаючи стійкість до цензури ). Головним чином зумовлено зовнішніми вимогами користувачів.

Існує також комплексний показник масштабованості, який вказує на масштабованість всієї архітектури, що впливає на більшість основних характеристик. На рівні архітектури масштабованість системи є дуже важливим показником.

Ці основні характеристики блокчейну в основному обмежені неможливим трикутником. Як припущення DSS: децентралізація (Decentralization), безпека (Security) та масштабованість (Scalability) не можуть бути досягнуті одночасно.

У розподілених системах подібний до неможливого трикутника є принцип CAP: узгодженість ( Consistency ), доступність ( Availability ), стійкість до розділів ( Partition tolerance ) ці три аспекти не можуть бути досягнуті одночасно. Блокчейн-системи є розподіленими системами з проблемою візантійських генералів, тому принцип CAP також застосовний.

1.2 Роль будівництва другого рівня

Які ролі повинні бути виконані в будівництві другого рівня? Які функції потрібно надати? Будівництво другого рівня обов'язково має розширити недоліки системи першого рівня, виконуючи те, що не підходить для виконання в системі першого рівня, на другому рівні.

З підсумованих характеристик блокчейну можна зробити попередній висновок, що необхідно розширити ці базові можливості: відкритість і прозорість, децентралізація, безпека, обчислювальна потужність, продуктивність ( пропускна здатність ), зберігання, конфіденційність тощо. Окрім базових можливостей з технічного боку, є ще важливе економічне питання, яке потрібно вирішити, а саме зниження витрат. Загальні витрати на виконання транзакцій у першому рівні мережі досить високі, потрібно знизити ці витрати за допомогою мережі другого рівня.

Підсумовуючи, для збільшення ємності, зниження витрат та налаштування характеристик всі рішення зосереджені на будівництві другого рівня. Щодо налаштувань характеристик, наразі це ще не досить очевидно, або часто приховане під першими двома характеристиками. Це можна зрозуміти так: характеристики мережі першого рівня мають різну ступінь потреби для багатьох додатків, і у другому рівні можна переналаштувати реалізацію різних характеристик для певних додатків.

У процесі будівництва другого рівня основні можливості блокчейну будуть різними, деякі характеристики будуть знижені або навіть відкинуті, натомість надаючи значне підвищення деяким іншим характеристикам. Наприклад:

• Деякі другі рівні для підвищення продуктивності знижують рівень децентралізації, що знижує безпеку;
• Деякі другі рівні для збільшення пропускної спроможності, такі як мережа Lightning, змінять структуру системи та спосіб розрахунків.
• Є також деякі способи покращення певних характеристик без зниження основних властивостей, такі як обробка RGB, що помітно підвищує конфіденційність та стійкість до цензури, але ускладнює реалізацію технології.

У наступному прикладі буде показано, як одночасно знизити або змінити кілька характеристик другого рівня.

Зниження витрат повинно бути основною вимогою для всіх другорядних будівництв.

1.3 Чому потрібно робити багаторівневий дизайн?

Шарова архітектура є засобом і методологією, за допомогою яких людина обробляє складні системи, розділяючи систему на кілька рівнів і визначаючи відносини та функції між ними, щоб забезпечити модульність, можливість обслуговування та розширюваність системи, що, в свою чергу, підвищує ефективність і надійність проектування систем.

Для широкої та великої системи протоколів використання ієрархії має очевидні переваги. Це полегшує розуміння, спрощує розподіл праці та реалізацію модульних покращень. Як у семиуровневій моделі ISO/OSI в комп'ютерних мережах, але в конкретному впровадженні можна об'єднати деякі рівні, наприклад, конкретний мережевий протокол TCP/IP є чотирирівневим протоколом.

Переваги багаторівневої угоди:

1. Рівні незалежні один від одного. Якийсь рівень не повинен знати, як реалізується наступний рівень, лише повинен знати, які послуги надає цей рівень через міжрівневі інтерфейси. Загальний рівень складності проблеми зменшується. Як працює попередній рівень, не впливає на роботу наступного рівня, проектування роботи кожного рівня може вільно коригуватися, поки інтерфейс залишається незмінним.

2. Гнучкість. Якщо будь-який рівень змінюється, і якщо відносини між інтерфейсами рівнів не змінюються, то інші рівні не підлягають впливу. Якщо на якомусь рівні відбувається технологічна інновація або проблема, це не вплине на роботу інших рівнів; при усуненні проблеми потрібно враховувати лише окрему проблему цього рівня.

3. Структурно роздільний. Кожен шар може використовувати найбільш підходящі технології для реалізації. Розвиток технологій часто є асиметричним, а ієрархічний поділ ефективно уникає ефекту діжки, не дозволяючи недосконалостям в одній з областей впливати на загальну ефективність роботи.

4. Легкість у реалізації та обслуговуванні. Ця структура робить реалізацію та налагодження великих складних систем легшими, оскільки вся система розділена на кілька відносно незалежних підсистем. Під час налагодження та обслуговування можна налагоджувати кожен рівень окремо, уникаючи ситуацій, коли не вдається знайти чи вирішити неправильні проблеми.

5. Сприяння стандартизації. Оскільки кожен рівень функцій та послуг має точний опис. Перевагою стандартизації є можливість вільно замінювати будь-який з рівнів, що дуже зручно для використання та дослідження.

Ідея модульного дизайну в кілька рівнів є поширеним підходом у технічній сфері для роботи з великими функціями, що вимагають співпраці багатьох людей та постійного вдосконалення проектів, що підтверджена практикою та є ефективним методом.

2. Кілька підходів до побудови Layer2 для Біткойн

Проведення відповідного аналізу на прикладі будівництва другого рівня Біткойн. Існує три помітні напрямки будівництва другого рівня Біткойн:

(1)Розширена схема на базі ланцюга, подібна до другого рівня EVM, є структурою блокчейну;

(2)На основі розподіленого маршруту, з мережами блискавки в якості представника, є розподіленою структурою.

(3)Маршрут, заснований на централізованій системі, що представляється централізованим індексом, є централізованою структурою.

Обидва ці способи мають свої особливості, вже є кілька продуктів, що використовуються, та продуктів, які перебувають у стадії дослідження. Перший спосіб, завдяки бурхливому розвитку Ефіру та дослідженням інших ланцюгів, що імітують Біткойн, є відносно легшим для реалізації на другому рівні, існує більше прикладів для посилання. Другий спосіб, що базується на дистрибутивних рішеннях, зазвичай є більш складним, розвиток також відбувається повільніше, як у випадку з мережею Lightning. Третій спосіб викликає багато суперечок, оскільки виглядає не як будівництво другого рівня, але, здається, виконує функції, притаманні будівництву другого рівня.

Яка з конструкцій другого рівня краща? Ми використовуємо результати ринку як стандарт вимірювання, яка з другого рівня мереж має найвищу загальну заблоковану вартість TVL(Total Value Locked), такий варіант є найкращим. З розвитком часу і технологій, найкращий варіант буде змінюватись.

Визначення другого рівня Біткойн-мережі, якщо воно спирається на мережу Біткойн і має технічну асоціацію з мережею Біткойн, деякі характеристики перевершують перший рівень Біткойн-мережі, все це вважається будівництвом другого рівня Біткойн. Іншими словами: якщо витрачається BTC як газ, і BTC є базовим активом, системи, які розширюють можливості Біткойн, також вважаються будівництвом другого рівня. Відповідно до цього, ми повинні визнати третій тип будівництва другого рівня, а саме централізовану структуру другого рівня.

Розвиток технологій самого Біткойна, таких як модифікація OP_RETURN, Taproot, Schnorr-підписи, MAST, Tapscript, повинен бути розроблений для підключення першого та другого рівнів, і не слід надто використовувати ці технології для розробки функцій, оскільки перший рівень мережі, скільки б його не розширювали, не матиме якісного прориву; необхідно провести будівництво другого рівня. Але в умовах відсутності більш зручних продуктів другого рівня для Біткойна, ці технологічні можливості, що з'єднують перший і другий рівень, протягом певного часу будуть надмірно використані.

2.1 На основі ланцюга будівництво другого рівня

Ранні Біткойн-імітатори здійснили різноманітні експерименти, такі як "Colorcoin"( кольорові монети), "CovertCoins" та "MasterCoin"; різні розширення Біткойн-імітаторів, такі як BCH( Bitcoin Cash), BSV( Bitcoin SV), BTG( Bitcoin Gold); різні технології бічних ланцюгів базуються на розширенні ланцюга, можна сказати, що це в широкому сенсі другий рівень.

Включаючи ефір, це також дослідження вдосконалення на основі Біткойна. Віталік, переконавши інші команди проектів безрезультатно, зосередився на недосконалості Біткойна: безоблікова система UTXO, не повноцінна мова виконання, проблеми з масштабованістю та інші, самостійно сформував команду, щоб опублікувати білу книгу та розробити нове покоління системи блокчейн. Це дослідження ефіру, хоча і не є безпосередньою другорядною будівлею на основі Біткойна, однак в широкому сенсі є дослідженням будівництва на основі ланцюга.

Дослідження недосконалих покращень Ethereum в порівнянні з Біткойном, а також розвиток і верифікація другого рівня на Ethereum, надали еталони для розвитку мереж другого рівня на основі ланцюга у Біткойні. Різні рішення Rollup, міжланцюгові рішення, технології каналів повідомлень, а також технологія шардінгу самого Ethereum, сприяли процвітанню технологічної екосистеми Ethereum, і багато хто на деякий час вважав, що напрямок розвитку публічних ланцюгів і майбутнє вже визначені, екосистема, представленої Ethereum, вже перемогла. Насправді, це також є проявом відносно зрілого будівництва другого рівня на основі ланцюга. Але будівництво другого рівня на основі ланцюга є лише одним із способів будівництва другого рівня, воно має свої переваги і недоліки, і потребує інших технологій другого рівня для вдосконалення всієї екосистеми другого рівня.

Будівництво другого рівня на основі ланцюга в Біткойні приблизно включає два типових типи ланцюгів: один — це модель облікового запису, сумісна з EVM, інший — це модель UTXO, подібна до Біткойна. Існуючі випадки ( ми використовуємо в широкому визначенні другого рівня ) включають: такі як Ethereum, Polygon, Bsc, Arbitrum та інші, що є моделлю облікового запису EVM, такі як CKB(Nervos), Chia — це модель UTXO.

Крім того, успішні другорядні проекти на Ethereum також приєднаються до будівництва другого рівня на базі Біткойн. Для цих проектів другого рівня на Ethereum перетворення на другий рівень на Біткойн вимагатиме менше зусиль і викликів. Завдяки зрілості rollup на Ethereum, розвитку модульності та теоретичним досягненням, такий підхід до будівництва другого рівня стане основним у дискусіях про розширення та буде найшвидшим рішенням.

Який успіх матиме ця трансформація? Це ще потрібно перевірити в процесі розвитку. Можна зробити деякі попередні висновки з переваг та недоліків цього другого рівня, побудованого на основі ланцюга.

**Які переваги та недоліки будівництва другого шару на базі блокчейну?