Système de connaissances de base sur le réseau de deuxième couche de Bitcoin

L'émergence des inscriptions Bitcoin a apporté une nouvelle vitalité à l'écosystème Bitcoin, amenant davantage de personnes à se réintéresser au Bitcoin. Certains pensent que cela a ouvert la boîte de Pandore de l'écosystème Bitcoin. Dans le développement technique de l'écosystème Bitcoin, la construction de la couche 2 est cruciale. Cet article s'inspire de certains articles connus et des échanges avec plusieurs amis, et résume les connaissances de base sur la couche 2 de Bitcoin, espérant ainsi susciter des discussions et promouvoir le développement de ce domaine.

Le monde de la blockchain commence avec Bitcoin et se termine avec l'écosystème Bitcoin. Ethereum peut également être considéré comme une exploration de la technologie des chaînes latérales de Bitcoin.

1. La mission de Layer2

Pour comprendre les problèmes fondamentaux que la construction de la couche deux de Bitcoin doit résoudre, commençons par les caractéristiques de base du système blockchain.

1.1 Les caractéristiques fondamentales et les besoins de la blockchain

Nous pouvons considérer la blockchain comme un "ordinateur mondial". Comprendre les diverses caractéristiques de la blockchain sous cet angle sera plus clair. Résumons d'abord quelques caractéristiques de base :

Transparence publique : C'est la caractéristique de stockage de données et d'exécution d'instructions de la "machine mondiale" qu'est la blockchain, ainsi que la nécessité interne qui requiert la participation conjointe de nombreux nœuds distribués à l'échelle mondiale. Cette caractéristique satisfait le droit à l'information des utilisateurs concernant les données, et représente le résultat commun des exigences de collaboration interne de cette "machine mondiale" et des besoins externes des utilisateurs.

Décentralisé : C'est une caractéristique architecturale de cet "ordinateur mondial", le degré de décentralisation et la tolérance aux pannes sont théoriquement soutenus par le théorème des généraux byzantins. Le degré de décentralisation est un indicateur important de la sécurité de la blockchain et constitue la base de certaines caractéristiques.

Sécurité : La sécurité est composée des besoins internes générés par les caractéristiques d'architecture de cet "ordinateur mondial" et des besoins externes des utilisateurs. Au niveau microscopique, la sécurité est garantie par des technologies liées à la cryptographie, tandis qu'au niveau macroscopique, elle est assurée par la décentralisation de l'architecture, empêchant ainsi que la sécurité de cet "ordinateur mondial" soit affectée par la falsification de données microscopiques ou la destruction de l'architecture macroscopique.

Capacité de calcul : Une des principales fonctions de cette machine mondiale qu'est la blockchain est la capacité de calcul. Pour mesurer cet indicateur, nous examinons généralement s'il est Turing-complet. Certaines chaînes sont intentionnellement conçues pour être Turing-incomplètes afin de maintenir leurs caractéristiques principales. Par exemple, dans le réseau Bitcoin, Satoshi Nakamoto a non seulement veillé à ce que ses instructions de code ne soient pas Turing-complètes, mais a également délibérément supprimé certaines instructions au cours de son développement, afin de préserver sa stabilité et sa sécurité. Toutes les technologies Turing-complètes visent à étendre la capacité de calcul de la blockchain. D'un point de vue de conception en couches, des systèmes simples sont plus adaptés à la couche inférieure.

Performance : Dans des conditions de puissance de calcul identiques, la performance est une autre capacité principale à examiner pour les ordinateurs du monde de la blockchain. Elle est généralement mesurée en TPS, c'est-à-dire le nombre de transactions traitées par seconde.

Stockage : La blockchain est décrite comme un "ordinateur mondial", elle doit donc avoir une fonction de stockage, c'est-à-dire la capacité d'enregistrer des données. Actuellement, la plupart des données sont stockées dans des blocs, tandis que le stockage sur la chaîne en dehors des blocs, plus spécialisé, est encore en développement.

Confidentialité : La confidentialité est un besoin spécifique dans le "ordinateur mondial", c'est-à-dire la nécessité de maintenir la portée des droits des producteurs et des utilisateurs de données pendant le processus de calcul et de stockage. Cela est essentiellement motivé par les besoins externes des utilisateurs.

Il existe également un indicateur global d'évolutivité, qui fait généralement référence à l'évolutivité de l'ensemble de l'architecture. Cette caractéristique influence la plupart des caractéristiques fondamentales. Au niveau de l'architecture, l'évolutivité du système est un indicateur très important.

Parmi les caractéristiques fondamentales de ces blockchains, la plupart sont contraintes par le triangle impossible dans leurs relations de développement mutuel. Par exemple, la conjecture DSS fait référence à la décentralisation, à la sécurité et à l'évolutivité.

Dans les systèmes distribués, un triangle impossible similaire est le principe CAP, qui signifie que dans un système distribué, la cohérence, la disponibilité et la tolérance aux partitions ne peuvent pas être atteintes simultanément. Les systèmes de blockchain sont des systèmes distribués avec le problème des généraux byzantins, donc le principe CAP s'applique également.

1.2 Le rôle de la construction de la deuxième couche

Quels rôles doivent être complétés dans la construction de la couche deux ? Quelles fonctions doivent être fournies ? La construction de la couche deux doit certainement combler les lacunes du système de couche un, en accomplissant des tâches qui ne conviennent pas à la couche un dans la construction de la couche deux.

D'après les caractéristiques de la blockchain résumées ci-dessus, on peut tirer une première conclusion : il est essentiel d'étendre ces capacités de base : transparence publique, décentralisation, sécurité, capacité de calcul, performance (, débit ), stockage, confidentialité, etc. En plus de ces capacités fondamentales d'un point de vue technique, il y a un problème économique très important à résoudre, à savoir réduire les coûts. En général, le coût global d'exécution des transactions sur un réseau de première couche est relativement élevé, et il est nécessaire d'utiliser un réseau de deuxième couche pour réduire ces coûts.

En résumé, les solutions visant à augmenter la capacité, à réduire les coûts et à personnaliser les caractéristiques sont toutes des constructions de deuxième couche. En ce qui concerne les caractéristiques personnalisées, elles ne sont pas encore suffisamment évidentes ou sont souvent cachées dans les deux premières caractéristiques, ce qui peut être déroutant. Nous pouvons comprendre cela de la manière suivante : les caractéristiques du réseau de première couche varient selon les besoins des différentes applications, et il est possible d'ajuster le degré de mise en œuvre de diverses caractéristiques sur la deuxième couche pour certaines applications.

Dans la construction de la deuxième couche, les capacités fondamentales de la blockchain seront choisies et abandonnées, ce qui réduira certaines caractéristiques, voire en abandonnera certaines, en échange d'une amélioration significative de certaines caractéristiques. Par exemple : certaines deuxième couches, pour améliorer les performances, réduiront le degré de décentralisation et diminueront la sécurité ; certaines deuxième couches, pour augmenter le débit, comme le réseau Lightning, modifieront la structure du système et les méthodes de règlement. D'autres, sans réduire les caractéristiques fondamentales, renforceront certaines caractéristiques, comme la manière dont RGB traite les données, ce qui augmente manifestement la confidentialité et la résistance à la censure, mais complique la mise en œuvre technique.

La réduction des coûts devrait être une exigence fondamentale de toutes les constructions de deuxième couche.

1.3 Pourquoi faire une conception en couches ?

La conception en couches est un moyen et une méthodologie pour que les humains gèrent des systèmes complexes, en divisant le système en plusieurs structures hiérarchiques et en définissant les relations et les fonctions entre les couches, afin d'atteindre la modularité, la maintenabilité et l'évolutivité du système, ce qui améliore l'efficacité et la fiabilité de la conception du système.

Pour un système de protocole vaste et complexe, l'utilisation de la hiérarchisation présente des avantages évidents. Cela facilite la compréhension, permet une division du travail pour la mise en œuvre et offre des avantages d'amélioration modulaire. Comme dans le modèle en sept couches ISO/OSI des réseaux informatiques, mais dans la mise en œuvre concrète, certaines couches peuvent être fusionnées, par exemple, le protocole réseau spécifique TCP/IP est un protocole à quatre couches.

Les avantages de la stratification des protocoles en détail :

1.Les différentes couches sont indépendantes. Une couche n'a pas besoin de savoir comment sa couche suivante est implémentée, mais doit simplement connaître les services fournis par cette couche via les interfaces inter-couches. Ainsi, la complexité globale du problème diminue. Autrement dit, la manière dont le travail de la couche précédente est effectué n'affecte pas le travail de la couche suivante, ce qui signifie que lors de la conception du travail de chaque couche, il suffit de garantir que l'interface reste inchangée, et nous pouvons ajuster librement la manière de travailler au sein de la couche.

2.Bonne flexibilité. Lorsque toute couche subit un changement, tant que la relation d'interface entre les couches reste inchangée, les couches au-dessus ou en dessous ne sont pas affectées. Lorsqu'une couche connaît une innovation technique ou qu'un problème survient dans une couche pendant le travail, cela n'impacte pas le fonctionnement des autres couches, et pour résoudre le problème, il suffit de considérer uniquement le problème de cette couche.

3.Structure pouvant être divisée. Chaque couche peut utiliser la technologie la plus appropriée pour être mise en œuvre. Le développement technologique est souvent asymétrique, et la division hiérarchique évite efficacement l'effet du tonneau, ne permettant pas qu'un manque de perfection dans un domaine technique affecte l'efficacité globale du travail.

4.Facile à réaliser et à maintenir. Cette structure rend la mise en œuvre et le débogage d'un système large et complexe plus faciles à gérer, car l'ensemble du système a été décomposé en plusieurs sous-systèmes relativement indépendants. Lors du débogage et de la maintenance, il est possible de déboguer chaque couche séparément, évitant ainsi les situations où il est impossible de trouver ou de résoudre des problèmes.

5.Peut promouvoir le travail de normalisation. Parce que chaque couche a déjà une description précise de ses fonctionnalités et des services qu'elle fournit. Le principal avantage de la normalisation est qu'il est possible de remplacer librement l'une des couches, ce qui est très pratique pour l'utilisation et la recherche.

La pensée de conception modulaire en couches est une méthode courante dans le domaine technique pour traiter un projet d'ingénierie complexe, nécessitant la collaboration de plusieurs personnes et une amélioration continue, et c'est une méthode éprouvée par la pratique.

2. Quelques idées de construction pour le Layer2 de Bitcoin

Il existe trois principales voies de développement de la couche 2 pour Bitcoin:

(1)Une sorte de voie d'extension basée sur la chaîne, très similaire à la couche deux de l'EVM, est la structure de la blockchain;

(2) Une des routes basées sur la distribution, représentée par le réseau Lightning, est une structure distribuée.

(3) Il existe également un type de parcours basé sur un système centralisé, représenté par un index centralisé, qui est une structure centralisée.

Les deux premières méthodes ont chacune leurs caractéristiques, et il existe déjà des produits en cours d'utilisation ainsi que des produits en exploration. Pour la première méthode, grâce au développement florissant d'Ethereum et à l'exploration d'autres chaînes imitant Bitcoin, l'extension de deuxième couche basée sur la chaîne est relativement plus facile, avec plus de cas de référence. La deuxième méthode, basée sur la distribution, est généralement plus difficile et son développement est un peu plus lent, avec le réseau Lightning comme représentant. La troisième méthode est très controversée, car elle ne ressemble pas à une construction de deuxième couche, mais semble accomplir les fonctions d'une construction de deuxième couche.

Quelle solution de construction de couche 2 est la meilleure ? Nous utiliserons un résultat de marché comme critère de mesure, le réseau de couche 2 avec la valeur totale des actifs verrouillés (TVL) la plus élevée sera la solution optimale. Avec le temps et le développement technologique, cette solution optimale sera un processus évolutif.

Pour la définition du réseau de deuxième couche de Bitcoin, tant qu'il s'appuie sur le réseau Bitcoin et établit une relation technique avec le réseau Bitcoin, certaines caractéristiques qui sont supérieures au réseau de première couche de Bitcoin sont considérées comme une construction de réseau de deuxième couche de Bitcoin. En d'autres termes : tant que BTC est utilisé comme gaz, avec BTC comme actif de base, tout système qui étend les performances de Bitcoin est considéré comme une construction de deuxième couche. En fonction de ce jugement, nous devrions reconnaître une troisième forme de construction de réseau de deuxième couche, à savoir la construction de deuxième couche de structure centralisée.

Le développement de la technologie de Bitcoin lui-même, comme la modification de OP_RETURN, Taproot, les signatures Schnorr, MAST et Tapscript, devrait être conçu pour relier le premier et le second niveau, et ne devrait pas être utilisé pour développer trop de fonctionnalités, car peu importe combien le réseau de premier niveau est étendu, il n'y aura pas de percée qualitative, une construction de second niveau est nécessaire. Cependant, en l'absence de meilleurs produits de second niveau pour Bitcoin, ces capacités techniques de connexion entre le premier et le second niveau seront utilisées de manière excessive pendant un certain temps.

2.1 Construction de deuxième couche basée sur la chaîne

Les chaînes de blocs imitatives de Bitcoin des débuts ont exploré diverses voies, comme "Colorcoin"( jeton couleur), "CovertCoins" et "MasterCoin" ; diverses chaînes de blocs extensibles imitatives de Bitcoin, comme BCH( Bitcoin Cash), BSV( Bitcoin SV), BTG( Bitcoin Gold) ; diverses technologies de chaînes latérales sont basées sur des cas de construction d'extension de chaînes, ce qui peut être considéré comme une sorte de deuxième couche au sens large.

Y compris Ethereum, qui est aussi une exploration d'amélioration basée sur Bitcoin. Vitalik, face à l'inefficacité de convaincre d'autres équipes de projet, a formé sa propre équipe pour publier un livre blanc et développer un nouveau système de blockchain, en ciblant les imperfections de Bitcoin : le système sans compte de l'UTXO, le langage d'exécution non Turing-complet, la mauvaise évolutivité, etc. Bien que cette exploration d'Ethereum ne soit pas directement une construction de deuxième couche sur Bitcoin, elle représente dans un sens large une exploration de construction basée sur la chaîne.

L'exploration des améliorations d'Ethereum par rapport à l'imperfection de Bitcoin, ainsi que le développement et la validation des solutions de deuxième couche sur Ethereum, ont fourni des cas de référence pour le développement de réseaux de deuxième couche basés sur la chaîne de Bitcoin. Diverses solutions de Rollup, solutions inter-chaînes, technologies de canaux de messages, ainsi que la technologie de fragmentation d'Ethereum elle-même, ont fait prospérer l'écosystème technologique d'Ethereum, amenant beaucoup de gens à croire un moment que la direction et l'avenir du développement des chaînes publiques étaient déjà déterminés, l'écosystème représenté par Ethereum ayant déjà triomphé.