Conhecimentos Básicos sobre a Rede de Camada Dois do Bitcoin

O surgimento das inscrições em Bitcoin trouxe nova vitalidade ao ecossistema do Bitcoin, fazendo com que mais pessoas voltassem a se interessar pela moeda. Alguns acreditam que isso abriu a caixa de Pandora do ecossistema do Bitcoin. Entre os diversos desenvolvimentos tecnológicos no ecossistema do Bitcoin, a construção de segunda camada é crucial. Este artigo, baseado em alguns artigos conhecidos e nas conversas com vários amigos, resume os conhecimentos básicos sobre a segunda camada do Bitcoin, na esperança de lançar uma pedra preciosa e promover o desenvolvimento deste campo.

O mundo da blockchain começa com o Bitcoin e termina com o ecossistema Bitcoin. O Ethereum também pode ser visto como uma exploração de tecnologia de sidechain do Bitcoin.

1. A missão do Layer2

Para entender os problemas básicos que precisam ser resolvidos na construção da segunda camada do Bitcoin, começamos pelas características fundamentais do sistema de blockchain.

1.1 Características básicas e requisitos da blockchain

Podemos ver a blockchain como um "computador mundial". Compreender as várias características da blockchain a partir dessa perspectiva será mais claro. Vamos primeiro resumir algumas características básicas:

Transparente e aberto: Esta é uma característica de armazenamento de dados e execução de instruções da "computador mundial" que é a blockchain, assim como a necessidade interna de que muitos nós distribuídos em todo o mundo participem do cálculo. Esta característica satisfaz o direito à informação dos usuários sobre os dados, sendo o resultado conjunto dos requisitos de colaboração interna da própria "computador mundial" e das necessidades externas dos usuários.

Descentralização: Esta é a característica arquitetónica deste "computador mundial", o grau de descentralização e a tolerância a falhas são, em teoria, apoiados pela teoria dos generais bizantinos. O grau de descentralização é um indicador importante da segurança da blockchain e também é a base de certas características.

Segurança: A segurança é composta pela necessidade interna gerada pelas características da arquitetura deste "computador mundial" e pela necessidade externa dos usuários. A segurança é garantida por tecnologias relacionadas à criptografia no nível micro e pela descentralização da arquitetura no nível macro, de modo que a segurança deste "computador mundial" não seja afetada pela falsificação de dados micro ou pela destruição da arquitetura macro.

Capacidade de cálculo: Uma das principais funções desta máquina de calcular mundial chamada blockchain é a capacidade de cálculo. Para medir este indicador, geralmente analisamos se é Turing completo. Algumas cadeias, para manter suas características principais, são projetadas intencionalmente para serem não Turing completas. Por exemplo, na rede Bitcoin, Satoshi Nakamoto não apenas tornou suas instruções de código não Turing completas, mas também, no desenvolvimento, intencionalmente removeu alguns conjuntos de instruções, a fim de manter sua estabilidade e segurança. Todas as tecnologias Turing completas são destinadas a expandir a capacidade de cálculo da blockchain. Do ponto de vista do design em camadas, sistemas simples são mais adequados para serem a camada base.

Desempenho: Com a mesma capacidade de cálculo, o desempenho é outra capacidade principal a ser considerada no mundo dos computadores blockchain. Geralmente, é medido em TPS, ou seja, o número de transações processadas por segundo.

Armazenamento: A blockchain é descrita como "computador mundial", então ela deve ter uma função de armazenamento, que é a capacidade de registrar dados. Atualmente, a maioria dos dados é armazenada dentro dos blocos, enquanto o armazenamento fora dos blocos, mais profissional, ainda está em desenvolvimento.

Privacidade: A privacidade é uma necessidade específica na "computação mundial", que exige que os direitos dos produtores e usuários de dados sejam mantidos durante o processo de computação e armazenamento. Isso é basicamente impulsionado pelas necessidades externas dos usuários.

Há um indicador de escalabilidade abrangente, que geralmente se refere à escalabilidade de toda a arquitetura. Esta característica afeta a maioria das características fundamentais; a escalabilidade do sistema é um indicador muito importante a nível arquitetónico.

Nas características básicas dessas blockchains, a maioria é limitada pela relação de desenvolvimento mútua do triângulo impossível. Por exemplo, a conjectura DSS refere-se à descentralização, segurança e escalabilidade.

Em sistemas distribuídos, um triângulo impossível semelhante é o princípio CAP. CAP refere-se ao fato de que, em um sistema distribuído, a consistência, a disponibilidade e a tolerância a partições não podem ser obtidas simultaneamente. Sistemas de blockchain são sistemas distribuídos com o problema dos generais bizantinos, portanto, também se aplicam ao princípio CAP.

1.2 O papel da construção de segunda camada

Quais são os papéis que devem ser cumpridos na construção de segunda camada? Quais funções devem ser fornecidas? A construção de segunda camada deve necessariamente expandir as deficiências do sistema de primeira camada, completando coisas que não são adequadas para serem feitas no sistema de primeira camada.

A partir das características da blockchain resumidas acima, podemos chegar a uma conclusão preliminar, que é a de expandir essas capacidades básicas: público e transparente, descentralizado, segurança, capacidade de cálculo, desempenho (, throughput ), armazenamento, privacidade, etc. Além dessas capacidades básicas do ponto de vista técnico, há uma questão econômica muito importante que precisa ser resolvida, que é reduzir custos. Normalmente, o custo total das transações executadas em uma rede de primeira camada é bastante alto, sendo necessário utilizar uma rede de segunda camada para reduzir esses custos.

Resumindo em uma frase, as soluções para aumentar a capacidade, reduzir custos e personalizar características são todas construções de segunda camada. Quanto à personalização, atualmente não é tão evidente, ou muitas vezes está oculta nas duas primeiras características, o que pode ser um pouco confuso. Podemos entender assim: as características da rede de primeira camada têm diferentes graus de necessidade para muitas aplicações, e é possível ajustar a implementação de várias características em relação a certas aplicações na segunda camada.

Na construção de segunda camada, as capacidades básicas da blockchain terão suas concessões, reduzindo algumas características, ou até descartando algumas, em troca de um aumento significativo em certas características. Por exemplo: algumas segundas camadas, para melhorar o desempenho, reduzirão o grau de descentralização e a segurança; algumas segundas camadas, para aumentar a taxa de transferência, como a Lightning Network, mudarão a estrutura do sistema e a forma de liquidação. Há também aquelas que, sem reduzir as características básicas, melhoraram alguma característica, como o método de processamento RGB, que aumentou claramente a privacidade e a resistência à censura, mas aumentou a dificuldade de implementação técnica.

A redução de custos deve ser uma necessidade básica para toda a construção de segunda camada.

1.3 Por que fazer design em camadas?

O design em camadas é um meio e uma metodologia que os humanos utilizam para lidar com sistemas complexos, dividindo o sistema em várias estruturas de camadas e definindo as relações e funções entre as camadas, para alcançar a modularidade, manutenibilidade e escalabilidade do sistema, aumentando assim a eficiência e a confiabilidade do design do sistema.

Para um sistema de protocolo amplo e extenso, o uso de camadas trará benefícios evidentes. Isso facilita a compreensão, a divisão de trabalho para implementação e a melhoria modular, entre outras vantagens. Como no design do modelo de sete camadas ISO/OSI em redes de computadores, mas na implementação específica, algumas camadas podem ser combinadas, por exemplo, o protocolo de rede específico TCP/IP é um protocolo de quatro camadas.

Especificamente, as vantagens da estratificação do protocolo:

1.As camadas são independentes entre si. Uma camada não precisa saber como a próxima camada é implementada, apenas precisa saber os serviços fornecidos através das interfaces entre as camadas. Assim, a complexidade do problema como um todo diminui. Em outras palavras, o trabalho de uma camada anterior não afeta o trabalho da próxima camada, permitindo que, ao projetar o trabalho de cada camada, possamos ajustar livremente a forma de trabalho dentro da camada, desde que a interface permaneça inalterada.

2.Boa flexibilidade. Quando qualquer camada sofre uma alteração, desde que a relação de interface entre as camadas permaneça inalterada, as camadas acima ou abaixo não serão afetadas. Quando uma camada apresenta inovações tecnológicas ou surgem problemas no trabalho de uma determinada camada, isso não afetará o trabalho das outras camadas; ao resolver o problema, é necessário considerar apenas o problema dessa camada isoladamente.

3.Estruturalmente divisível. Cada camada pode empregar a tecnologia mais adequada para sua implementação. O desenvolvimento tecnológico costuma ser assimétrico, e a divisão em camadas efetivamente evita o efeito do barril, não sendo afetada pela imperfeição de uma única tecnologia em termos de eficiência geral de trabalho.

4.Fácil de implementar e manter. Esta estrutura torna a implementação e depuração de um sistema grande e complexo mais fácil de gerir, pois todo o sistema foi dividido em vários subsistemas relativamente independentes. Durante a depuração e manutenção, é possível depurar cada camada individualmente, evitando situações em que não se consegue encontrar ou resolver problemas errados.

5.Pode promover o trabalho de padronização. Porque cada camada tem uma descrição precisa de suas funções e serviços oferecidos. A vantagem da padronização é que é possível substituir livremente uma das camadas, o que é muito conveniente para uso e pesquisa.

A abordagem de design modular em camadas é um método comum no campo da tecnologia para lidar com projetos de engenharia que têm funcionalidades extensas, requerem a colaboração de várias pessoas e estão em constante melhoria, sendo uma abordagem que foi testada na prática e se mostrou eficaz.

2. Várias abordagens para a construção do Layer2 do Bitcoin

A camada dois do Bitcoin tem três rotas de construção de camada dois distintas:

(1) uma rota de expansão baseada em cadeia, semelhante à segunda camada do EVM, é a estrutura da blockchain;

(2) uma é baseada em uma rota distribuída, representada pela Lightning Network, é uma estrutura distribuída.

(3) há também um tipo que é baseado em sistemas centralizados, representado por índices centralizados, que é uma estrutura centralizada.

As duas primeiras maneiras têm suas características, e já existem alguns produtos em uso e outros em exploração. Para a primeira maneira, devido ao florescimento do Ethereum e à exploração de outras cadeias que imitam o Bitcoin, a escalabilidade de segunda camada baseada em cadeia é relativamente mais fácil, havendo mais casos de referência. A segunda maneira, baseada em distribuição, geralmente é mais difícil, e seu desenvolvimento é um pouco mais lento, representada pela Lightning Network. A terceira maneira é muito controversa, pois não parece uma construção de segunda camada, mas parece ter completado as funções de uma construção de segunda camada.

Qual é a melhor solução de construção de segunda camada? Usamos um resultado de mercado como critério de avaliação, a solução cuja rede de segunda camada tiver o maior valor total de ativos bloqueados (TVL) será a solução ótima. Com o desenvolvimento do tempo e da tecnologia, essa solução ótima será um processo em mudança.

Para a definição da segunda camada da Bitcoin, basta depender da rede Bitcoin e estabelecer uma relação técnica com a rede Bitcoin. Algumas características que superam a rede de primeira camada da Bitcoin também são consideradas como construção da segunda camada da Bitcoin. Em outras palavras: qualquer sistema que consuma BTC como gás, utilizando BTC como ativo subjacente e que expanda o desempenho da Bitcoin é considerado construção de segunda camada. Com base nesse julgamento, deveríamos reconhecer uma terceira forma de construção de segunda camada, ou seja, a construção de segunda camada com estrutura centralizada.

O desenvolvimento da tecnologia do Bitcoin em si, como a modificação de OP_RETURN, Taproot, assinaturas Schnorr, MAST e Tapscript, deve ser projetado para conectar a camada um e a camada dois, não deve-se utilizar excessivamente essas tecnologias para desenvolver funcionalidades, pois não haverá um avanço qualitativo, independentemente de quão extensiva a rede de camada um se torne, é necessário construir a camada dois. Mas na ausência de melhores produtos de camada dois do Bitcoin, essas capacidades tecnológicas de conectar a camada um e a camada dois serão excessivamente utilizadas por um período de tempo.

2.1 Construção de segunda camada baseada em cadeia

As primeiras cadeias de imitação do Bitcoin exploraram várias possibilidades, como "Colorcoin"(moeda colorida), "CovertCoins" e "MasterCoin"; várias cadeias de imitação do Bitcoin para escalabilidade, como BCH(Bitcoin Cash), BSV(Bitcoin SV), BTG(Bitcoin Gold); várias tecnologias de sidechain são baseadas em casos de construção de escalabilidade da cadeia, pode-se dizer que é uma forma ampla de segunda camada.

Inclui o Ethereum, que é uma exploração de melhorias baseada no Bitcoin. Vitalik, sem sucesso ao tentar convencer outras equipes de projetos, formou uma equipe para publicar um white paper e desenvolver um novo sistema de blockchain, abordando as imperfeições do Bitcoin: o sistema UTXO sem contas, a linguagem de execução não Turing completa, e problemas de escalabilidade. Embora essa exploração do Ethereum não seja uma construção de segunda camada diretamente sobre o Bitcoin, é, de uma forma ampla, uma exploração de construção baseada na cadeia.

A exploração de melhorias no Ethereum em relação ao Bitcoin, bem como o desenvolvimento e validação de soluções de segunda camada no Ethereum, forneceram um caso de referência para o desenvolvimento de redes de segunda camada baseadas em cadeia no Bitcoin. Várias soluções de Rollup, soluções de cross-chain, tecnologias de canais de mensagens e a própria tecnologia de sharding do Ethereum fizeram com que o ecossistema tecnológico do Ethereum prosperasse, levando muitas pessoas a acreditar que a direção e o futuro do desenvolvimento das blockchains públicas já estavam definidos, com o ecossistema representado pelo Ethereum já se destacando.