Основи знань про другий рівень мережі Біткойн

Виникнення інскрипцій Біткойна дало нове життя екосистемі Біткойна, привернувши увагу більшої кількості людей до Біткойна. Дехто вважає, що це відкрило Пандорину скриньку екосистеми Біткойна. Серед численних технологічних розробок в екосистемі Біткойна, будівництво другого рівня є надзвичайно важливим. У цій статті на основі деяких відомих статей і спілкування з кількома друзями підсумовано базові знання про другий рівень Біткойна, сподіваючись, що це стане поштовхом для розвитку цієї сфери.

Світ блокчейн починається з Біткойн і закінчується екосистемою Біткойн. Ефір також можна розглядати як одну з технологічних експериментів Біткойн.

1. Місія другого рівня Layer2

Щоб зрозуміти основні проблеми, які потрібно вирішити для будівництва другого рівня Біткойна, спочатку почнемо з основних характеристик блокчейн-систем.

1.1 Основні характеристики та вимоги до блокчейну

Ми можемо розглядати блокчейн як "світовий комп'ютер". З цієї точки зору розуміння різних характеристик блокчейну стане більш зрозумілим. Спочатку ми підсумуємо деякі базові характеристики:

Відкритість та прозорість: Це особливість зберігання даних та виконання інструкцій блокчейну, цієї "світової обчислювальної машини", а також внутрішня потреба, що вимагає спільної участі численних розподілених вузлів у глобальних обчисленнях. Ця особливість задовольняє право користувачів на інформацію про дані, є спільним результатом внутрішніх вимог до співпраці цієї "світової обчислювальної машини" та зовнішніх вимог користувачів.

Децентралізація: Це архітектурна особливість цієї "світової комп'ютерної системи", ступінь децентралізації та стійкості до збоїв теоретично підтримується теорією візантійських генералів. Ступінь децентралізації є важливим показником безпеки блокчейну і є основою для деяких характеристик.

Безпека: Безпека складається з внутрішніх вимог, що виникають з архітектурних характеристик цього "світового комп'ютера", та зовнішніх вимог, які потребують користувачі. З мікрорівня безпеку гарантують технології, пов'язані з криптографією, а з макрорівня – децентралізація архітектури, що дозволяє уникнути впливу фальсифікації мікроданих або руйнування макроархітектури на безпеку цього "світового комп'ютера".

Обчислювальна потужність: Основною функцією цієї світової обчислювальної машини, що базується на блокчейні, є обчислювальна потужність. Для вимірювання цього показника ми зазвичай використовуємо, чи є він тюлінгом повним. Деякі ланцюги навмисно проектуються як тюлінгом неповні, щоб зберегти свої основні характеристики. Наприклад, у мережі Біткойн, Сатоші Накамото не лише не зробив інструкції коду тюлінгом повними, а й під час розвитку навмисно видалив деякі інструкції, щоб зберегти її стабільність і безпеку. Усі технології, що є тюлінгом повними, спрямовані на розширення обчислювальної потужності блокчейну. З точки зору ідеї ієрархічного дизайну, прості системи більше підходять для базового рівня.

Продуктивність: За однакової обчислювальної потужності, продуктивність є ще однією основною характеристикою, що оцінює комп'ютери цього світу блокчейн. Зазвичай вимірюється за допомогою TPS, тобто кількості транзакцій, оброблених за секунду.

Зберігання: Блокчейн описується як "світовий комп'ютер", отже, він обов'язково має функцію зберігання, тобто здатність записувати дані. Наразі в основному дані зберігаються в блоках, більш спеціалізоване зберігання поза блоками ще знаходиться в стадії розвитку.

Приватність: Приватність є підрозділом вимог у "світовому комп'ютері", що вимагає збереження меж прав даних виробників і користувачів під час обчислень і зберігання. Це в основному зумовлено зовнішніми вимогами користувачів.

Є ще один інтегрований показник - масштабованість, який зазвичай стосується масштабованості всієї архітектури. Ця характеристика впливає на більшість базових характеристик. На рівні архітектури масштабованість системи є дуже важливим показником.

У цих основних характеристиках блокчейну, більшість з них обмежується неможливим трикутником у взаємозв'язках розвитку. Наприклад, гіпотеза DSS, тобто децентралізація, безпека та масштабованість.

У розподілених системах подібний до неможливого трикутника принцип CAP, CAP означає, що в розподіленій системі неможливо досягти одночасно узгодженості, доступності та стійкості до розділення. Блокчейн-система є розподіленою системою з проблемою візантійських генералів, тому також підлягає принципу CAP.

1.2 Роль будівництва другого рівня

Які ролі мають бути виконані в будівництві другого рівня? Які функції він має надати? Будівництво другого рівня обов'язково має заповнити недоліки системи першого рівня, і те, що не підходить для виконання в системі першого рівня, має бути реалізовано в будівництві другого рівня.

З наведеної вище характеристики блокчейну можна зробити попередній висновок, що необхідно розширити ці базові можливості:публічна прозорість, децентралізація, безпека, обчислювальна потужність, продуктивність ( пропускна здатність ), зберігання, конфіденційність тощо. Окрім цих базових можливостей з технологічної точки зору, існує ще одна важлива економічна проблема, яку потрібно вирішити, а саме:зниження витрат, зазвичай загальні витрати на виконання транзакцій в одношаровій мережі є досить високими, тому потрібно використовувати другий рівень мережі для зниження цих витрат.

Підсумовуючи в одне речення, це рішення для збільшення ємності, зниження витрат та налаштування характеристик є будівництвом другого рівня. Щодо налаштування характеристик, наразі це ще не достатньо очевидно або часто приховано під двома першими характеристиками, що викликає деякі непорозуміння. Ми можемо зрозуміти це так: характеристики мережі першого рівня для багатьох застосувань мають різний ступінь необхідності, і на другому рівні можна переналаштувати реалізацію різних характеристик для певних застосувань.

У будівництві другого рівня базові можливості блокчейну будуть мати свої компроміси, деякі характеристики будуть знижені або навіть відкинуті в обмін на значне покращення певних характеристик. Наприклад: деякі другі рівні, щоб підвищити продуктивність, знижують рівень децентралізації та безпеки; деякі другі рівні, щоб збільшити пропускну здатність, такі як мережа Lightning, змінюють структуру системи та способи розрахунків. Інші ж, не знижуючи базових характеристик, посилюють певну характеристику, наприклад, метод обробки RGB, який помітно підвищує конфіденційність і стійкість до цензури, але ускладнює технічну реалізацію.

Зниження витрат має бути основною вимогою для всіх будівництв другого рівня.

1.3 Чому потрібно використовувати багаторівневий дизайн?

Ієрархічний дизайн є способом і методологією, якою людина обробляє складні системи, шляхом поділу системи на кілька ієрархічних рівнів та визначення відносин і функцій між цими рівнями, щоб досягти модульності, підтримуваності та розширюваності системи, тим самим підвищуючи ефективність та надійність дизайну системи.

Для великої та обширної системи протоколів використання ієрархії має очевидні переваги. Це робить зрозумілішими її структуру, полегшує розподіл завдань та модульні вдосконалення. Наприклад, у комп'ютерних мережах існує семирівнева модель ISO/OSI, але в конкретній реалізації можна об'єднати деякі рівні, наприклад, конкретний мережевий протокол TCP/IP є чотирирівневим.

Конкретно про переваги шарового протоколу:

1.Кожен рівень є незалежним. Один рівень не повинен знати, як реалізується наступний, а просто має знати, які послуги надаються через інтерфейси між рівнями. Таким чином, загальна складність проблеми зменшується. Іншими словами, як виконується робота на попередньому рівні, не впливає на роботу наступного рівня, отже, під час проектування роботи на кожному рівні ми повинні лише забезпечити незмінність інтерфейсу, і можемо вільно налаштовувати спосіб роботи всередині рівня.

2.Гнучкість. Коли будь-який рівень змінюється, якщо лише зберігається незмінним відношення між інтерфейсами рівнів, то це не вплине на інші рівні вище або нижче. Коли на якомусь рівні відбувається технічна інновація або виникає проблема в роботі цього рівня, це не вплине на роботу інших рівнів, і при усуненні проблеми потрібно буде розглядати лише окрему проблему цього рівня.

3.Структурно може бути розділеним. Кожен рівень може використовувати найбільш відповідну технологію для реалізації. Розвиток технологій часто є асиметричним, і ієрархічний поділ ефективно уникає ефекту бочки, не дозволяючи недосконалості технології в якійсь області впливати на загальну ефективність роботи.

4.Легко реалізувати та підтримувати. Ця структура робить реалізацію та налагодження великої та складної системи легшими для обробки, оскільки вся система вже розділена на кілька відносно незалежних підсистем. Під час налагодження та підтримки можна окремо налагоджувати кожен рівень, що запобігає ситуаціям, коли не вдається знайти та вирішити проблеми.

5.Може сприяти стандартизаційній роботі. Оскільки функції кожного рівня та послуги, що вони надають, вже мають точні формулювання. Перевага стандартизації полягає в тому, що можна вільно замінювати будь-який з рівнів, що є дуже зручним для використання та дослідження.

Ідея модульного дизайну з рівнями є поширеним методом у технічній галузі для роботи з великими функціями, які вимагають співпраці багатьох людей і постійного вдосконалення інженерних проектів, і це перевірений на практиці ефективний підхід.

2. Кілька підходів до будівництва Layer2 для Біткойн

Біткойн має три помітні маршрути побудови другого рівня:

(1) один з шляхів розширення на основі ланцюга, дуже схожий на другий рівень EVM, є структурою блокчейну;

(2)Одна з них базується на розподіленому маршруті, представлена мережою Lightning, є розподіленою структурою.

(3)Існує також варіант, заснований на централізованій системі, представленій централізованим індексом, що є централізованою структурою.

Перші два способи мають свої особливості, вже є деякі продукти, які використовуються, та продукти, що знаходяться в стадії дослідження. Щодо першого способу, завдяки бурхливому розвитку Ефіріуму та дослідженням інших ланцюгів, які імітують Біткойн, базова розширена архітектура другого рівня на базі ланцюга є відносно простішою, і є більше прикладів для посилання. Другий спосіб, заснований на дистрибутивній технології, зазвичай є більш складним, і розвиток відбувається повільніше, представлений Мережею блискавки. Третій спосіб є дуже спірним, оскільки не виглядає як будівництво другого рівня, але, здається, виконує функції другого рівня.

Яка з будівельних схем другого рівня є кращою? Ми використовуємо результати ринку як критерій оцінки: яка мережа другого рівня має вищу загальну заблоковану вартість TVL, та схема є найкращою. З розвитком часу та технологій ця найкраща схема буде змінним процесом.

Щодо визначення другого рівня мережі Біткойн, усе, що залежить від мережі Біткойн і має технологічний зв'язок з мережею Біткойн, а також має деякі характеристики, які перевищують перший рівень мережі Біткойн, вважається будівництвом другого рівня Біткойн. Іншими словами: все, що споживає BTC як газ, з BTC як базовим активом і розширює можливості Біткойн, вважається будівництвом другого рівня. Відповідно до цього висновку, ми повинні визнати третій тип будівництва другого рівня, а саме централізовану структуру другого рівня.

Розвиток технологій самої монети Біткойн, таких як зміна OP_RETURN, Taproot, підписи Schnorr, MAST, Tapscript, має бути спроектовано з метою з'єднання першого та другого рівнів, не слід надто розширювати функціональність цих технологій, оскільки перша мережа, як би вона не розширювалася, не зможе досягти якісного прориву, необхідно займатися будівництвом другого рівня. Але в умовах відсутності кращих продуктів другого рівня для Біткойна, ці технологічні можливості для з'єднання першого та другого рівнів протягом певного часу будуть надмірно використовуватися.

2.1 Будівництво другого рівня на основі ланцюга

Ранні Біткойн-клоні провели різні дослідження, такі як "Colorcoin"( кольорові монети), "CovertCoins" та "MasterCoin"; різні масштабовані Біткойн-клоні, такі як BCH( Bitcoin Cash), BSV( Bitcoin SV), BTG( Bitcoin Gold); різні технології бічних ланцюгів є прикладами розширення на базі ланцюга, можна сказати, що це в широкому сенсі друга рівень.

Включаючи Ефіріум, це також є вдосконаленням на основі Біткойн. Віталік, переконавши інші команди проектів безуспішно, щодо недоліків Біткойн: безоблікова система UTXO, неповна Тюрінгова мова виконання, погана масштабованість та інші проблеми, самостійно сформував команду, випустив білу книгу та розробив нове покоління блокчейн-системи. Хоча це дослідження Ефіріуму не є безпосереднім будівництвом другого рівня на основі Біткойн, але в широкому сенсі є дослідженням базового будівництва на основі ланцюга.

Дослідження вдосконалення Ethereum щодо недосконалостей Біткойна, а також розвиток і валідація другого рівня на Ethereum, надали приклад для розвитку мереж другого рівня на основі ланцюга для Біткойна. Різні рішення Rollup, міжланцюгові рішення, технології каналів повідомлень та власна технологія шардінгу Ethereum зробили екосистему технологій Ethereum процвітаючою, що змусило багатьох вважати, що напрямок і майбутнє розвитку публічних ланцюгів вже визначено, а екосистема, представлена Ethereum, вже перемогла.