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Bitcoin ecología ruptura: Lighting Network y verificación de cliente desbloquean mercado de un billón
Desarrollo y desafíos del ecosistema Bitcoin: desbloqueando el potencial de un mercado de billones
A medida que la discusión sobre el ecosistema de Bitcoin aumenta en el mercado de criptomonedas, los expertos esperan que el próximo ciclo de crecimiento exponencial de blockchain provenga de la adopción masiva de Bitcoin. Construir contratos inteligentes utilizando soluciones de verificación del cliente sobre el script de Bitcoin, mientras se es compatible con una red Lightning de escalabilidad infinita para realizar transacciones de canal, podría convertirse en una solución de aplicación masiva de blockchain que garantice simultáneamente la "seguridad, descentralización y escalabilidad".
Este artículo explicará algunos conceptos básicos del ecosistema de Bitcoin. Desde el "triángulo imposíble de blockchain" que obstaculiza la aplicación a gran escala, hasta la "red relámpago de Bitcoin" que supera el "triángulo imposible", así como las soluciones actuales para los scripts de Bitcoin y el principio del modelo UTXO.
Obstáculos para la aplicación masiva de la blockchain
Los expertos de la industria han planteado que "las redes de blockchain no pueden lograr simultáneamente seguridad, descentralización y escalabilidad", es decir, "el triángulo imposible del blockchain". Este dilema ha obstaculizado durante mucho tiempo la aplicación a gran escala de la blockchain.
Sobre la base de garantizar la seguridad, algunas cadenas de bloques públicas han centrado su atención en el desarrollo de la descentralización durante la última década, innovando continuamente en la capa de infraestructura de la cadena de bloques pública para expandir la escalabilidad de la cadena de bloques. Para lograr este objetivo, también se han iterado diversas tecnologías como algoritmos, fragmentación y Rollup.
Pero en cuanto al problema de escalabilidad, desde los intentos de algunas cadenas de bloques públicas y sus Layer2, parece que mientras las soluciones sigan limitadas a la cadena de bloques, habrá un límite en el rendimiento. Incluso las cadenas de bloques más potentes que se pueden ver actualmente, aún tienen dificultades para superar el límite de TPS ( de volumen de transacciones por segundo ), y todavía hay una gran brecha respecto a los requisitos de aplicaciones comerciales a gran escala de millones de TPS, así como el objetivo global de lograr cientos de millones de TPS a nivel industrial. Para las cadenas de bloques públicas principales, sin importar cuál sea, enfrentan un cuello de botella: "¿Cómo resolver la escalabilidad?"
Mecanismo de operación de la red Lightning
La red Lightning utiliza un método de cálculo fuera de la cadena, es decir, "canal de pago (Payment Channel)", que resuelve completamente el problema de escalabilidad del "triángulo imposible"—mientras se construyan suficientes canales, se pueden realizar cualquier cantidad de transacciones concurrentes.
Principios de la red Lightning
Usando el sistema bancario como metáfora, si A y B abren cuentas y realizan transferencias. Cuando las dos personas están en el mismo banco, se liquidan internamente dentro del mismo banco. Y cuando A y B no están en el mismo banco, es necesario realizar operaciones de liquidación interbancaria a través del banco central.
La red Lightning imita el método de liquidación de los bancos: el usuario A y el usuario B abren un canal Lightning entre ellos a través de la red Lightning. Cuando se abre el canal, A y B liquidan directamente en la red Lightning utilizando el canal, sin necesidad de liquidar en la cadena de bloques de Bitcoin. Solo cuando se cierra el canal, A y B necesitan cruzar la red Lightning para liquidar en la cadena de bloques de Bitcoin.
Proceso de operación del canal de relámpago
¿Cómo evita la red Lightning el fraude en cadena?
Si durante el proceso de negociación en el canal, A comete un fraude — cerrando anticipadamente el canal para liquidar Bitcoin. Entonces, cuando se cierra el canal, se generará inmediatamente una transacción fraudulenta en la cadena de Bitcoin. Debido a la apertura de la cadena de Bitcoin, B podrá observarlo a tiempo y utilizar el acuerdo de penalización firmado previamente para castigar a A. El contenido de la penalización es confiscar todas las reservas de A.
el cuello de botella en la aplicación a gran escala de la red Lightning
Teóricamente, la red Lightning logra una escalabilidad infinita, superando el triángulo imposible de la blockchain. Pero el problema clave que impide la aplicación masiva de la red Lightning es: la red Lightning utiliza el mismo script que Bitcoin, y en la cadena de Bitcoin no hay contratos inteligentes, solo scripts simples, que no pueden soportar aplicaciones complejas. Es decir, la cadena de Bitcoin es Turing incompleta; la completitud de Turing significa que teóricamente puede resolver cualquier problema computacional. Utilizando un lenguaje de script Turing completo, se puede lograr lógicamente la compatibilidad con otros lenguajes de programación y, en teoría, se pueden implementar lógicas que otros lenguajes pueden realizar, así como replicar al máximo la lógica comercial de la realidad. No hay contratos inteligentes en la blockchain de Bitcoin, y mucho menos aplicaciones construidas sobre contratos inteligentes. Así que el mayor problema que la red Lightning necesita superar es "cómo implementar contratos inteligentes en Bitcoin".
Propuestas existentes para mejorar la "funcionalidad" de la blockchain de Bitcoin
Una cadena lateral se refiere a una cadena que tiene la función de contrato inteligente, que copia su conexión bidireccional con la cadena principal de Bitcoin, lo que permite la migración sin problemas de activos de Bitcoin entre la cadena principal y la cadena lateral, logrando así contratos inteligentes. Sin embargo, actualmente no hay suficiente tecnología de enlace bidireccional descentralizada. La copia de la cadena principal y la migración de activos de la cadena lateral requieren proveedores de servicios centralizados de terceros, y en este momento solo existen soluciones de centralización parcial. La solución de cadena lateral no ha recibido apoyo de la comunidad de desarrolladores centrales de Bitcoin debido a los problemas de centralización emitidos por terceros.
En 2012, el presidente de la Asociación Bitcoin publicó un documento titulado "Resumen de monedas de color", en el que se presentó un mecanismo que utiliza la "sustitución" de Bitcoin, mediante el cual se "colorean" ciertas monedas para separar tokens específicos de otros tokens, creando así aplicaciones adecuadas para estas monedas. El método específico consiste en utilizar la instrucción OP_RETURN en el script de Bitcoin, añadiendo 80 bytes de caracteres arbitrarios al final, diseñando una cadena de caracteres en un formato específico dentro de esos 80 bytes, y marcando el significado de la cadena "monedas de color" a través de una designación humana, además de realizar contratos inteligentes más complejos. Sin embargo, el espacio de 80 bytes es demasiado pequeño para implementar funciones complejas.
La solución "moneda coloreada" también lanzó nuevas tecnologías. Por ejemplo, la tecnología de grabado "Ordinals", que utiliza el espacio de "testigos segregados" de 3 M dentro del bloque de Bitcoin para insertar pequeñas imágenes y emitir NFT. Por ejemplo, BRC-20, que expresa contenido más rico que 80 bytes con una cadena de código. Sin embargo, estas monedas coloreadas generan problemas graves adicionales: ocupan el espacio de "testigos segregados", que originalmente se utilizaba para almacenar las firmas de las transacciones de transferencia de Bitcoin, y la ocupación del espacio de "testigos segregados" reduce la cantidad de transacciones ejecutables en Bitcoin, lo que disminuye el rendimiento de Bitcoin. La solución de moneda coloreada también ha sido fuertemente resistida por los desarrolladores principales de Bitcoin, ya que contamina el Bitcoin nativo y la forma designada artificialmente aún requiere un tercero centralizado para la interpretación del servidor.
En 2016, los desarrolladores principales de Bitcoin publicaron un documento que propuso el paradigma de verificación del cliente, garantizando la privacidad del contenido del contrato, que solo ambas partes conocen, a través de la simulación del método tradicional de firma de contratos, sin la necesidad de la participación de ningún tercero, logrando una descentralización completa. Al mismo tiempo, durante la ejecución de la transacción, se utiliza un método en el que la parte que inicia la transacción proporciona los datos completos del historial de transacciones necesarios, y la otra parte verifica de forma independiente para prevenir problemas de fraude. Al no existir problemas de centralización y ser una verificación fuera de la cadena que no está sujeta a limitaciones de rendimiento, actualmente se considera por la mayoría como la solución "óptima" para resolver la insuficiencia de completitud de Turing de la cadena de bloques de Bitcoin.
Firma de contratos tradicionales vs firma de contratos inteligentes en blockchain
Firma de contratos tradicionales: Hay una transacción entre A y B, primero firman un contrato, ambas partes confirman el contenido del contrato y luego firman, el contrato no puede ser modificado en el momento de la firma. Cualquier transacción en el proceso de ejecución del contrato en el futuro es una transacción entre A y B, sin necesidad de la intervención de un tercero.
Firma de contratos inteligentes en blockchain: el proceso de transacción se publica a toda la red, y todos los mineros lo ejecutan y verifican. Todo el proceso de ejecución carece de privacidad, y debido a que necesita ser publicado en toda la red para alcanzar un consenso, el rendimiento se ve limitado.
¿La validación del cliente es impecable?
Al ver esto, parece que alguien podría tener dudas. La cadena de bloques de Bitcoin descentralizada por sí misma resuelve los problemas de seguridad en los negocios tradicionales, pero con la introducción de la validación del cliente, la solución regresa a fuera de la cadena. Incluso si se resuelve el problema del fraude, ¿cómo se puede prevenir de manera efectiva el problema del doble gasto?
Introducir "sellado desechable"
Dado que la validación del cliente en sí no contiene un mecanismo de prevención de doble gasto, nos vemos obligados a introducir asistencia de terceros para resolver este problema. Para lograr este objetivo, vincularemos cada estado de cada contrato que necesita ser validado en la validación del cliente con una salida de transacción no gastada de Bitcoin específica (UTXO). Dado que el UTXO solo existe en dos formas, "gastado" y "no gastado". Y una vez que se desea cambiar el estado del contrato de validación, se debe gastar el UTXO vinculado (cualquier cantidad está bien), permitiendo que la transacción que lo gasta obtenga la confirmación de la cadena de bloques. Además, la transacción de Bitcoin que lo gasta también debe proporcionar una prueba del contenido de la transición de estado (similar a un valor hash). En pocas palabras, se puede considerar el UTXO vinculado como el sello de cera de este "sobre" de estado: para abrir el sobre, se debe romper el sello.
Explicación adicional del modelo UTXO
A diferencia de los modelos de cuenta de algunas cadenas de bloques públicas, la suma de las salidas de transacción no gastadas (UTXO) es la criptomoneda que se envía de una dirección a otra pero que aún no ha sido canjeada por el destinatario, para poder enviar fondos a otras personas en transacciones posteriores.
Por ejemplo, si Alice envía 1 Bitcoin a Bob, mientras Bob no haya gastado el BTC que recibió de Alice, él posee un UTXO. Una vez que Bob gaste 1 BTC, el ciclo de vida del UTXO terminará.
Supongamos que la billetera de Bob solo ha participado en una transacción, en la que Bob recibió 1 BTC de Alice. El validador de la transacción sabe que el saldo UTXO de Bob es de 1 BTC. Si Bob envía 1 BTC a Carol, su UTXO se convierte inmediatamente en 0 BTC. Si Bob luego intenta duplicar su moneda en una segunda transacción de salida, el validador descubrirá que su saldo UTXO es insuficiente para ser utilizado como entrada para la segunda transacción, y un validador honesto no propagará ni confirmará su transacción de doble gasto.
El próximo crecimiento exponencial: explosión completa del ecosistema Bitcoin
En el proceso de evolución de Bitcoin, el diseño de verificación del cliente eludió ingeniosamente los problemas de centralización de las soluciones de cadenas laterales y monedas de colores, e introdujo un mecanismo de sellado de un solo uso, lo que mejoró aún más la seguridad. En este momento, el ecosistema de Bitcoin está dando la bienvenida al nacimiento de una serie de nuevos protocolos, entre los cuales, el protocolo RGB no solo ha continuado con las ideas mencionadas, sino que también ha propuesto ser compatible con la red Lightning, estableciendo las bases para una escalabilidad infinita. Aunque la compatibilidad del protocolo RGB con la red Lightning aún no es perfecta, estamos llenos de confianza en el futuro, creyendo que la infraestructura que ayuda a optimizar el protocolo superará las limitaciones del "triángulo imposible de la blockchain" que ha persistido durante mucho tiempo.
Tenemos más razones para esperar que la próxima fase de crecimiento exponencial del índice de blockchain provenga de la explosión del ecosistema de Bitcoin que impulsará la adopción masiva de blockchain. Creo que Bitcoin superará su antiguo papel como único almacenamiento de valor, destacando sus atributos monetarios al mismo tiempo que, a través de soluciones diversificadas, conectará más aplicaciones al ecosistema de Bitcoin, promoviendo la escalabilidad y sostenibilidad del ecosistema, y continuará trayendo infinitas posibilidades al mundo blockchain.