Analisis Kedalaman Ekspansi Off-Chain

1. Kebutuhan untuk Memperluas Kapasitas

Masa depan blockchain adalah desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas. Namun, seringkali blockchain hanya dapat mencapai dua dari tiga ini, yang dikenal sebagai masalah segitiga tidak mungkin dari blockchain. Selama bertahun-tahun, orang telah menjelajahi bagaimana meningkatkan throughput dan kecepatan transaksi blockchain sambil menjamin desentralisasi dan keamanan, yaitu menyelesaikan masalah skalabilitas.

Mari kita mulai dengan mendefinisikan desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas blockchain:

• Desentralisasi: Siapa pun dapat menjadi node untuk berpartisipasi dalam sistem blockchain, semakin banyak jumlah node, semakin tinggi tingkat desentralisasi.
• Keamanan: Semakin tinggi biaya yang dikeluarkan untuk menguasai sistem blockchain, semakin tinggi tingkat keamanannya.
• Skalabilitas: Kemampuan blockchain untuk memproses sejumlah besar transaksi.

Fork besar pertama jaringan Bitcoin berasal dari masalah skalabilitas. Pada 1 Agustus 2017, Bitcoin ABC mulai menjalankan sistem klien blok 8MB yang dikembangkan sendiri, yang mengakibatkan fork keras besar pertama dalam sejarah Bitcoin, melahirkan jenis koin baru BCH.

Jaringan Ethereum juga memilih untuk mengorbankan sebagian dari skalabilitas untuk memastikan keamanan dan desentralisasi jaringan. Dari CryptoKitties pada tahun 2017, hingga musim DeFi, dan kemudian munculnya aplikasi on-chain seperti GameFi dan NFT, permintaan pasar akan throughput terus meningkat, tetapi Ethereum hanya dapat memproses 15-45 transaksi per detik. Ini menyebabkan peningkatan biaya transaksi, waktu penyelesaian yang lebih lama, dan sebagian besar Dapps sulit untuk menanggung biaya operasional, seluruh jaringan menjadi lambat dan mahal bagi pengguna, masalah perluasan blockchain harus segera diatasi.

2. Kategori Rencana Perluasan

Kami membagi rencana skalabilitas menjadi dua kategori besar, yaitu skalabilitas on-chain dan skalabilitas off-chain, berdasarkan standar "apakah mengubah lapisan utama jaringan".

2.1 Ekspansi on-chain

Konsep inti: solusi untuk mencapai efek skalabilitas dengan mengubah satu lapisan protokol jaringan utama, saat ini solusi utama adalah sharding.

Ada berbagai solusi untuk skalabilitas on-chain, artikel ini tidak akan membahasnya secara rinci, hanya mencantumkan dua jenis:

• Memperluas ruang blok, yaitu meningkatkan jumlah transaksi yang dikemas dalam setiap blok, tetapi akan mengurangi tingkat "desentralisasi".
• Sharding, membagi buku besar blockchain menjadi beberapa bagian, di mana node yang berbeda bertanggung jawab untuk pencatatan yang berbeda, dapat mengurangi tekanan komputasi pada node, tetapi akan mengurangi "keamanan" seluruh jaringan.

Mengubah protokol jaringan utama dapat menghasilkan dampak negatif yang sulit diprediksi, karena setiap celah keamanan yang halus di lapisan bawah dapat mengancam keamanan seluruh jaringan.

2.2 off-chain scaling

Konsep inti: solusi peningkatan kapasitas yang tidak mengubah protokol jaringan utama lapisan satu yang ada.

Solusi perluasan off-chain dapat dibagi lagi menjadi Layer2 dan solusi lainnya:

• Layer2:
  • Saluran Negara
  • Plasma
  • Rollups(Optimistic Rollups, ZK Rollups)
• Lainnya:
  • Sidechains
  • Validium

3. Solusi Perluasan off-chain

3.1 Saluran Negara

3.1.1 Ringkasan

Saluran status menetapkan bahwa pengguna hanya perlu berinteraksi dengan jaringan utama saat saluran dibuka, ditutup, atau menyelesaikan sengketa, dengan melakukan interaksi antar pengguna off-chain, untuk mengurangi biaya waktu dan uang transaksi, serta memungkinkan jumlah transaksi yang tidak terbatas.

Saluran status adalah protokol P2P sederhana yang cocok untuk "aplikasi berbasis giliran", seperti permainan catur dua orang. Setiap saluran dikelola oleh kontrak pintar multi-tanda tangan yang berjalan di jaringan utama, yang mengontrol aset yang disimpan dalam saluran, memverifikasi pembaruan status, dan mengadili sengketa antara peserta.

3.1.2 Garis Waktu

• 2015/02: Joseph Poon dan Thaddeus Dryja menerbitkan draf buku putih jaringan Lightning.
• 2015/11: Jeff Coleman pertama kali merangkum konsep State Channel secara sistematis.
• 2016/01: Joseph Poon dan Thaddeus Dryja secara resmi menerbitkan buku putih jaringan Lightning Bitcoin.
• 2017/11: Desain spesifikasi State Channel pertama yang berbasis pada kerangka Payment Channel, Sprites, diusulkan.
• 2018/06: Counterfactual mengusulkan desain Generalized State Channels.
• 2018/10: Mengusulkan konsep State Channel Networks dan Virtual Channels.
• 2019/02: Saluran Status diperluas menjadi N-Pihak Channels, Nitro adalah protokol pertama yang dibangun berdasarkan ide tersebut.
• 2019/10:Pisa memperluas konsep Watchtowers untuk mengatasi masalah kebutuhan semua peserta untuk tetap online.
• 2020/03: Hydra mengajukan Fast Isomorphic Channels.

3.1.3 Prinsip Teknologi

Alur Kerja Saluran Negara:

1. Alice dan Bob menerapkan kontrak multi-tanda tangan di jaringan utama dan menyetor dana untuk mengunci.
2. Alice dan Bob melakukan beberapa transaksi off-chain, dan setiap transaksi dikonfirmasi dengan tanda tangan kedua belah pihak.
3. Saat menutup saluran, Alice mengirimkan status akhir ke kontrak. Jika Bob menandatangani persetujuan, kontrak akan mendistribusikan dana berdasarkan status akhir. Jika Bob tidak merespons, perlu menunggu periode tantangan berakhir sebelum dapat menerima dana.

3.1.4 Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan:

• finalitas instan
• Biaya transaksi rendah
• Privasi Tinggi

Kekurangan:

• Biaya inisialisasi saluran tinggi
• Peserta perlu tetap online
• Likuiditas alokasi dana yang buruk
• Sulit diterapkan pada skenario umum

3.1.5 Aplikasi

1. Jaringan Lightning Bitcoin

   • Ringkasan: Saluran pembayaran kecil di jaringan Bitcoin, yang membentuk jaringan transaksi melalui saluran pembayaran kecil off-chain dan perantara.
   • Garis waktu: Diajukan pada tahun 2015, versi mainnet dirilis pada tahun 2018, dan pada tahun 2022 beberapa bursa mendukung jaringan Lightning.
   • Ekosistem: Sudah ada lebih dari 20 kategori dan lebih dari 100 aplikasi, termasuk pembayaran, dompet, manajemen node, dll.

2. Jaringan Lightning Ethereum

   • Ringkasan: Kanal pembayaran kecil berbasis Ethereum, mirip dengan jaringan Lightning.
   • Garis waktu: didirikan pada tahun 2017, merilis Light Client pertama pada tahun 2020.
   • Pengembangan terhambat: Tingginya hambatan penggunaan dan munculnya teknologi skalabilitas yang lebih canggih menyebabkan tidak diadopsi secara luas.

3. Jaringan Celer

   • Ringkasan: Menambahkan lapisan insentif pada jaringan Lightning, cocok untuk aplikasi interaksi frekuensi tinggi seperti platform e-sport.
   • Garis waktu: Didirikan pada tahun 2018, diluncurkan di mainnet pada tahun 2019.
   • Ekosistem: Telah diluncurkan protokol DeFi Layer2.finance, protokol lintas rantai Celer IM, dan jembatan lintas aset cBridge.

3.1.6 Perbandingan Aplikasi

Jaringan Lightning Bitcoin, Jaringan Lightning Ethereum, dan Celer Network memiliki karakteristik masing-masing dalam hal fungsionalitas, keamanan, dan tingkat desentralisasi, sehingga cocok untuk berbagai skenario.

3.2 Sidechains

3.2.1 Ringkasan

Sidechain adalah bentuk blockchain yang muncul untuk mempercepat transaksi di mainchain, dapat menggunakan kontrak yang lebih kompleks atau memperbaiki mekanisme konsensus. Sidechain adalah infrastruktur yang terikat pada mainchain dan membantu mainchain dalam menyelesaikan masalah.

3.2.2 Garis Waktu

• 2012/01: Konsep sidechain Bitcoin pertama kali diajukan
• 2014/10: Publikasi makalah sidechain Bitcoin
• 2017-2022: Beberapa proyek sidechain diluncurkan secara bertahap, seperti POA Network, Matic Network( yang kemudian berganti nama menjadi Polygon), xDai Chain, dan lain-lain.

3.2.3 Prinsip Teknologi

Ada dua jenis teknologi cross-chain utama pada sidechain:

1. Symmetric Pegged(双向锚定):

   • Validator main chain dan side chain merekam status terkini satu sama lain secara real-time
   • Menggunakan teknologi SPV dua arah untuk pengiriman informasi
   • Ketika aset rantai utama dipindahkan ke rantai samping, akan menghasilkan SPV-Locked Output, hanya validator rantai samping yang dapat membuka kunci.

2. Asymmetric Pegged( tidak koheren terikat):

   • Validator sidechain memantau aktivitas mainchain, dapat secara aktif mencatat transaksi dari mainchain ke sidechain
   • Transaksi dari sidechain ke mainchain perlu memperkenalkan mekanisme Certifiers, yang divalidasi dan ditandatangani oleh Certifiers.

3.2.4 Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan:

• Dapat melakukan transaksi cepat dan biaya rendah
• Dapat mencapai Turing completeness
• Mekanisme konsensus yang dapat disesuaikan

Kekurangan:

• Keamanan tergantung pada validator sidechain
• Transfer aset sisi utama memerlukan waktu tunggu
• tingkat desentralisasi yang lebih rendah

3.2.5 Aplikasi

1. xDai( sekarang Gnosis Chain)

   • Ringkasan: Sisi rantai berbasis DAI, biaya transaksi mudah dihitung
   • Garis waktu: diluncurkan pada tahun 2018, bergabung dengan Gnosis pada tahun 2022
   • Ekosistem: berada di peringkat 20 DeFi Llama, TVL sekitar 53 juta dolar

2. Polygon

   • Ringkasan: Agregator solusi skalabilitas Ethereum
   • Garis waktu: Didirikan pada tahun 2017, diluncurkan di mainnet pada tahun 2020, berganti nama menjadi Polygon pada tahun 2021
   • Ekosistem: memiliki 37k+Dapp, 1,8B total transaksi dan 135M+ pengguna

3. Ronin

   • Ringkasan: Sidechain yang dikembangkan untuk permainan Axie Infinity
   • Garis waktu: Peluncuran mainnet pada Maret 2021, diserang oleh hacker pada Maret 2022
   • Ekosistem: terutama melayani aplikasi terkait Axie Infinity

3.2.6 Perbandingan Aplikasi

xDai, Polygon, dan Ronin memiliki perbedaan dalam karakteristik teknis, skenario aplikasi, dan pengembangan ekosistem, masing-masing sesuai untuk kebutuhan penggunaan yang berbeda.

3.3 Plasma

3.3.1 Ringkasan

Plasma adalah kerangka kerja untuk membangun Dapp yang dapat diskalakan, bertujuan untuk meminimalkan kepercayaan pengguna terhadap Operator sidechain. Bahkan jika Operator berbuat jahat, Plasma dapat mencegah pencurian dana pengguna.

3.3.2 Garis Waktu

• 2017/08: Vitalik dan Joseph Poon mengajukan makalah putih Plasma
• 2018/01: Mengajukan Plasma MVP
• 2018/03: mengusulkan Plasma Cash
• 2018/06: Mengajukan Plasma Debit
• 2018/11: Mengajukan Plasma Prime
• Sejak 2019: Komunitas Ethereum mulai mengeksplorasi solusi skala lapisan kedua baru "Rollups"

3.3.3 Prinsip Teknologi

Ide inti Plasma:

• Eksekusi off-chain: Sebagian besar pekerjaan diproses di luar jaringan utama
• Komitmen status: Operator secara berkala menerbitkan Merkle Root di mainnet sebagai komitmen status
• Mekanisme keluar: Pengguna dapat mengajukan Bukti Merkle untuk membuktikan kepemilikan dana

Penggunaan alur:

1. Pengguna menyetor dana ke kontrak mainnet
2. Pengguna melakukan transaksi di jaringan Plasma
3. Operator mengemas transaksi dan mengirimkan Merkle Root ke mainnet
4. Pengguna mengajukan permintaan keluar, setelah periode tantangan dapat menarik dana

3.3.4 Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan:

• Tingkat throughput tinggi
• Biaya transaksi rendah
• Mewarisi keamanan mainnet

Kekurangan:

• Waktu keluar lama
• Pengguna perlu terus memantau rantai Plasma
• Masalah keluarnya secara besar-besaran
• Masalah ketersediaan data

3.3.5 Aplikasi

1. Plasma Group → Optimisme

   • Beralih ke penelitian Optimistic Rollup pada tahun 2019

2. OMG Network → Boba Network

   • Mainnet diluncurkan pada tahun 2020, menggunakan teknologi More Viable Plasma
   • Pada tahun 2021 berganti nama menjadi Boba Network, beralih ke Optimistic Rollup

3. Polygon

   • Matic Plasma Chain dirilis pada tahun 2020
   • Solusi L2 penuh yang berorientasi belakang, termasuk teknologi Rollups

3.3.6 Ringkasan

Plasma adalah solusi transisi teknologi, yang sebagian besar aplikasinya telah beralih ke teknologi skalabilitas lainnya seperti Rollups.

3.4 Rollups

3.4.1 Ringkasan

Inti dari Rollups adalah menempatkan proses komputasi dan penyimpanan status di off-chain, sementara yang dipaketkan ke on-chain adalah komitmen status dan data transaksi yang terkompresi. Saat ini, dibagi menjadi dua jenis utama yaitu Optimistic Rollups dan ZK Rollups.

3.4.2 Prinsip Teknologi

Gulir