Explicação Profundidade de Expansão fora da cadeia
1. A necessidade de escalabilidade
O futuro da blockchain é a descentralização, a segurança e a escalabilidade. Mas normalmente, a blockchain só consegue realizar duas delas, sendo conhecida como o problema do triângulo impossível da blockchain. Ao longo dos anos, as pessoas têm explorado como aumentar a capacidade e a velocidade das transações da blockchain, garantindo a descentralização e a segurança, ou seja, resolvendo o problema da escalabilidade.
Vamos primeiro definir a descentralização, segurança e escalabilidade da blockchain:
Descentralização: qualquer pessoa pode se tornar um nó e participar do sistema de blockchain, quanto mais nós houver, maior será o grau de descentralização.
Segurança: Quanto maior for o custo para obter o controle do sistema de blockchain, maior será a segurança.
Escalabilidade: a capacidade da blockchain de processar um grande número de transações.
O primeiro grande hard fork da rede Bitcoin surgiu de problemas de escalabilidade. Em 1 de agosto de 2017, o sistema cliente Bitcoin ABC, que desenvolveu autonomamente blocos de 8MB, começou a funcionar, resultando no primeiro grande hard fork da história do Bitcoin, que deu origem à nova moeda BCH.
A rede Ethereum também optou por sacrificar uma parte da escalabilidade para garantir a segurança e a descentralização da rede. Desde os CryptoKitties de 2017, passando pelo verão DeFi, até o surgimento posterior de aplicações em cadeia como GameFi e NFT, a demanda do mercado por capacidade de processamento tem aumentado constantemente, mas o Ethereum só consegue processar de 15 a 45 transações por segundo. Isso levou ao aumento dos custos de transação, ao alongamento do tempo de liquidação, e a maioria dos Dapps tem dificuldade em suportar os custos operacionais, tornando toda a rede lenta e cara para os usuários, e o problema da escalabilidade da blockchain precisa ser resolvido urgentemente.
2. Tipos de soluções de escalabilidade
Nós dividimos as soluções de escalabilidade em duas grandes categorias: escalabilidade na cadeia e escalabilidade fora da cadeia, com base no critério "se altera uma camada da rede principal".
2.1 Expansão na cadeia
Conceito central: solução que alcança o efeito de escalabilidade ao alterar uma camada do protocolo da mainnet, sendo o principal esquema atualmente a fragmentação.
A escalabilidade na cadeia possui várias soluções, este artigo não se aprofundará, apenas enumerará duas:
Aumentar o espaço do bloco, ou seja, aumentar o número de transações empacotadas em cada bloco, mas isso irá reduzir o grau de "descentralização".
Fragmentação, que divide o livro razão da blockchain em várias partes, com diferentes nós responsáveis por diferentes registos, pode reduzir a pressão computacional nos nós, mas diminuirá a "segurança" de toda a rede.
Mudar o protocolo da camada principal da rede pode ter efeitos negativos imprevisíveis, uma vez que qualquer pequena vulnerabilidade de segurança subjacente pode ameaçar gravemente a segurança de toda a rede.
2.2 fora da cadeia expansão
Conceito central: solução de escalabilidade que não altera o protocolo da rede principal de camada um existente.
A solução de escalonamento fora da cadeia pode ser subdividida em Layer2 e outras soluções:
Layer2:
Canais de Estado
Plasma
Rollups(Rollups Otimistas, Rollups ZK)
Outros:
Sidechains
Validium
3. Profundidade da solução de escalabilidade fora da cadeia
Canais Estaduais 3.1
3.1.1 Resumo
Os canais de estado estabelecem que os usuários só precisam interagir com a rede principal ao abrir, fechar ou resolver disputas no canal, mantendo as interações entre usuários fora da cadeia para reduzir o tempo e os custos monetários das transações, e permitindo que o número de transações não seja limitado.
Os canais de estado são protocolos P2P simples, adequados para "aplicações baseadas em turnos", como um jogo de xadrez de duas pessoas. Cada canal é gerido por um contrato inteligente multi-assinatura que opera na mainnet, que controla os ativos depositados no canal, valida as atualizações de estado e arbitra disputas entre os participantes.
3.1.2 Linha do Tempo
2015/02: Joseph Poon e Thaddeus Dryja publicam o rascunho do white paper da Lightning Network.
2015/11: Jeff Coleman fez a primeira síntese sistemática do conceito de State Channel.
2016/01: Joseph Poon e Thaddeus Dryja publicam oficialmente o white paper da rede Lightning do Bitcoin.
2017/11: A primeira especificação de design de State Channel baseada no quadro de Payment Channel, Sprites, foi proposta.
2018/06: Counterfactual apresentou o design de Canais de Estado Generalizados.
2018/10: Proposta dos conceitos de Redes de Canais Estaduais e Canais Virtuais.
2019/02: O canal de estado foi expandido para canais N-party, Nitro é o primeiro protocolo construído com base nessa ideia.
2019/10: Pisa expandiu o conceito de Watchtowers para resolver a questão da necessidade de todos os participantes estarem continuamente online.
2020/03: Hydra propôs Canais Isomórficos Rápidos.
3.1.3 Princípios técnicos
Fluxo de trabalho dos Canais de Estado:
Alice e Bob implementaram um contrato de múltiplas assinaturas na mainnet e depositaram fundos para bloqueio.
Alice e Bob realizam várias transações fora da cadeia, e em cada transação ambas as partes assinam para confirmar.
Ao fechar o canal, Alice submete o estado final ao contrato. Se Bob assinar a aprovação, o contrato distribuirá os fundos de acordo com o estado final. Se Bob não responder, é necessário esperar o término do período de contestação para receber os fundos.
3.1.4 Vantagens e desvantagens
Vantagens:
Finalidade imediata
Baixas taxas de transação
Alta privacidade
Desvantagens:
O custo de inicialização do canal é elevado
Os participantes precisam estar online continuamente
A liquidez dos fundos bloqueados é baixa
Difícil de aplicar a cenários gerais
3.1.5 Aplicação
Rede Lightning do Bitcoin
Resumo: Canal de pagamentos de baixo valor da rede Bitcoin, formado por canais de pagamentos fora da cadeia e intermediários que constituem a rede de transações.
Linha do tempo: proposto em 2015, versão da mainnet lançada em 2018, em 2022 várias exchanges suportam a rede Lightning.
Ecossistema: já existem mais de 20 categorias e mais de 100 aplicações, incluindo pagamentos, carteiras, gestão de nós, etc.
Rede Lightning do Ethereum
Resumo: Canal de pagamento de baixo valor baseado em Ethereum, semelhante à Lightning Network.
Linha do tempo: Fundado em 2017, lançado o primeiro Light Client em 2020.
Desenvolvimento impedido: barreiras de entrada elevadas e o surgimento de tecnologias de escalabilidade mais avançadas resultaram na não adoção generalizada.
Celer Network
Resumo: Aumentar a camada de incentivos da rede Lightning, adequada para aplicações de interação de alta frequência, como plataformas de e-sports.
Linha do tempo: Fundada em 2018, lançamento da mainnet em 2019.
Ecossistema: já foram lançados o protocolo DeFi Layer2.finance, o protocolo de cadeia cruzada Celer IM e a ponte de ativos cBridge.
3.1.6 Comparação de Aplicações
A rede Lightning do Bitcoin, a rede Lightning do Ethereum e a Celer Network têm características distintas em termos de funcionalidade, segurança e grau de descentralização, adequando-se a diferentes cenários.
3.2 Sidechains
3.2.1 Resumo
Uma sidechain é uma forma de blockchain que surgiu para acelerar as transações da mainchain, podendo utilizar contratos mais complexos ou melhorar o mecanismo de consenso. A sidechain está ancorada na mainchain e ajuda a resolver problemas da infraestrutura da mainchain.
3.2.2 Linha do tempo
2012/01: O conceito de sidechain do Bitcoin foi proposto pela primeira vez
2014/10: Publicação do artigo sobre sidechains do Bitcoin
2017-2022: Vários projetos de sidechain foram lançados, como POA Network, Matic Network( que depois foi renomeado para Polygon), xDai Chain, etc.
3.2.3 Princípios técnicos
As cadeias laterais têm duas tecnologias principais de cross-chain:
Symmetric Pegged( ancoragem bidirecional):
Os validadores da cadeia principal e da cadeia lateral registam em tempo real o estado atual um do outro
Usar a tecnologia SPV bidirecional para transmissão de informações
A transferência de ativos da cadeia principal para a cadeia lateral gera uma Saída Bloqueada por SPV, que só pode ser desbloqueada pelos validadores da cadeia lateral.
Ancoragem Assimétrica ( descoordenada ):
Os validadores de sidechain monitoram a atividade da mainchain e podem registrar proativamente as transações da mainchain para a sidechain.
As transações da sidechain para a mainchain devem introduzir o mecanismo de Certifiers, que é validado e assinado pelos Certifiers.
3.2.4 Vantagens e desvantagens
Vantagens:
Permite transações rápidas e baixas taxas de serviço
Pode realizar completude de Turing
Mecanismo de consenso personalizável
Desvantagens:
A segurança depende dos validadores da cadeia lateral
A transferência de ativos da cadeia lateral principal requer tempo de espera
grau de descentralização relativamente baixo
3.2.5 Aplicação
xDai( agora Gnosis Chain)
Resumo: Sidechain baseada em DAI, a taxa de transação é fácil de calcular
Linha do tempo: lançado em 2018, fundido com a Gnosis em 2022
Ecossistema: classificado em 20º no DeFi Llama, TVL cerca de 53mil dólares
Polygon
Resumo: Agregador de soluções de escalabilidade do Ethereum
Linha do tempo: Fundada em 2017, lançamento da mainnet em 2020, renomeada para Polygon em 2021
Ecossistema: possui 37k+Dapp, 1.8B total de transações e 135M+ usuários
Ronin
Resumo: uma sidechain desenvolvida para o jogo Axie Infinity
Linha do tempo: Lançamento da mainnet em março de 2021, ataque de hacker em março de 2022
Ecossistema: principalmente destinado a aplicações relacionadas com Axie Infinity
3.2.6 Comparação de Aplicações
xDai, Polygon e Ronin têm características técnicas, cenários de aplicação e desenvolvimento ecológico diferentes, sendo cada um adequado a diferentes necessidades de uso.
3.3 Plasma
3.3.1 Resumo
Plasma é uma estrutura para construir Dapps escaláveis, destinada a reduzir ao mínimo a confiança dos usuários nos operadores de cadeias laterais. Mesmo que o operador aja de forma maliciosa, o Plasma pode impedir que os fundos dos usuários sejam roubados.
3.3.2 Linha do Tempo
2017/08: Vitalik e Joseph Poon apresentaram o white paper do Plasma
2018/01: Apresentação do Plasma MVP
2018/03: proposta do Plasma Cash
2018/06: Proposta de Plasma Debit
2018/11: proposta do Plasma Prime
A partir de 2019: a comunidade Ethereum começou a explorar novas soluções de escalabilidade de segunda camada "Rollups"
3.3.3 Princípios técnicos
Ideia central do Plasma:
Execução fora da cadeia: a maior parte do trabalho é processada fora da rede principal
Compromisso de estado: O operador publica regularmente a raiz Merkle na mainnet como compromisso de estado
Mecanismo de saída: os usuários podem submeter provas Merkle para comprovar a propriedade dos fundos
Utilização do processo:
O usuário deposita fundos no contrato da mainnet
O utilizador negocia na cadeia Plasma
O operador empacota a transação e envia a Raiz de Merkle para a rede principal
O utilizador inicia um pedido de saída, após o período de contestação pode retirar os fundos.
3.3.4 Vantagens e Desvantagens
Vantagens:
Alta taxa de transferência
Baixos custos de transação
Herança da segurança da mainnet
Desvantagens:
Tempo de saída longo
Os usuários devem monitorar continuamente a cadeia Plasma
Problema de saída em grande escala
Problemas de disponibilidade de dados
3.3.5 Aplicação
Plasma Group → Optimism
Em 2019, mudamos para a pesquisa sobre Optimistic Rollup
OMG Network → Boba Network
Lançamento da mainnet em 2020, utilizando a tecnologia More Viable Plasma
Renomeado para Boba Network em 2021, mudando para Optimistic Rollup
Polygon
Lançamento da Matic Plasma Chain em 2020
Solução L2 de pilha completa com retrocesso, incluindo tecnologia Rollups
3.3.6 Resumo
Plasma é uma solução técnica de transição, cuja aplicação principal foi direcionada para outras tecnologias de escalabilidade, como Rollups.
3.4 Rollups
3.4.1 Resumo
A ideia central dos Rollups é colocar o processo de cálculo e o armazenamento de estado fora da cadeia, enquanto o que é empacotado na cadeia são os compromissos de estado e os dados de transação comprimidos. Atualmente, eles são principalmente divididos em Rollups Otimistas e Rollups ZK.
3.4.2 Princípios técnicos
Rolar
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SigmaValidator
· 12h atrás
Triângulo da morte, ah, nunca se resolverá.
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BridgeTrustFund
· 12h atrás
Acelere e melhore o TPS!
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SilentObserver
· 12h atrás
Mais uma vez, esse velho clichê.
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DAOdreamer
· 12h atrás
Temo que a expansão seja igual a fazer as pessoas de parvas.
Análise profunda das soluções de escalabilidade fora da cadeia: técnicas chave para melhorar o desempenho do Blockchain
Explicação Profundidade de Expansão fora da cadeia
1. A necessidade de escalabilidade
O futuro da blockchain é a descentralização, a segurança e a escalabilidade. Mas normalmente, a blockchain só consegue realizar duas delas, sendo conhecida como o problema do triângulo impossível da blockchain. Ao longo dos anos, as pessoas têm explorado como aumentar a capacidade e a velocidade das transações da blockchain, garantindo a descentralização e a segurança, ou seja, resolvendo o problema da escalabilidade.
Vamos primeiro definir a descentralização, segurança e escalabilidade da blockchain:
O primeiro grande hard fork da rede Bitcoin surgiu de problemas de escalabilidade. Em 1 de agosto de 2017, o sistema cliente Bitcoin ABC, que desenvolveu autonomamente blocos de 8MB, começou a funcionar, resultando no primeiro grande hard fork da história do Bitcoin, que deu origem à nova moeda BCH.
A rede Ethereum também optou por sacrificar uma parte da escalabilidade para garantir a segurança e a descentralização da rede. Desde os CryptoKitties de 2017, passando pelo verão DeFi, até o surgimento posterior de aplicações em cadeia como GameFi e NFT, a demanda do mercado por capacidade de processamento tem aumentado constantemente, mas o Ethereum só consegue processar de 15 a 45 transações por segundo. Isso levou ao aumento dos custos de transação, ao alongamento do tempo de liquidação, e a maioria dos Dapps tem dificuldade em suportar os custos operacionais, tornando toda a rede lenta e cara para os usuários, e o problema da escalabilidade da blockchain precisa ser resolvido urgentemente.
2. Tipos de soluções de escalabilidade
Nós dividimos as soluções de escalabilidade em duas grandes categorias: escalabilidade na cadeia e escalabilidade fora da cadeia, com base no critério "se altera uma camada da rede principal".
2.1 Expansão na cadeia
Conceito central: solução que alcança o efeito de escalabilidade ao alterar uma camada do protocolo da mainnet, sendo o principal esquema atualmente a fragmentação.
A escalabilidade na cadeia possui várias soluções, este artigo não se aprofundará, apenas enumerará duas:
Mudar o protocolo da camada principal da rede pode ter efeitos negativos imprevisíveis, uma vez que qualquer pequena vulnerabilidade de segurança subjacente pode ameaçar gravemente a segurança de toda a rede.
2.2 fora da cadeia expansão
Conceito central: solução de escalabilidade que não altera o protocolo da rede principal de camada um existente.
A solução de escalonamento fora da cadeia pode ser subdividida em Layer2 e outras soluções:
3. Profundidade da solução de escalabilidade fora da cadeia
Canais Estaduais 3.1
3.1.1 Resumo
Os canais de estado estabelecem que os usuários só precisam interagir com a rede principal ao abrir, fechar ou resolver disputas no canal, mantendo as interações entre usuários fora da cadeia para reduzir o tempo e os custos monetários das transações, e permitindo que o número de transações não seja limitado.
Os canais de estado são protocolos P2P simples, adequados para "aplicações baseadas em turnos", como um jogo de xadrez de duas pessoas. Cada canal é gerido por um contrato inteligente multi-assinatura que opera na mainnet, que controla os ativos depositados no canal, valida as atualizações de estado e arbitra disputas entre os participantes.
3.1.2 Linha do Tempo
3.1.3 Princípios técnicos
Fluxo de trabalho dos Canais de Estado:
3.1.4 Vantagens e desvantagens
Vantagens:
Desvantagens:
3.1.5 Aplicação
Rede Lightning do Bitcoin
Rede Lightning do Ethereum
Celer Network
3.1.6 Comparação de Aplicações
A rede Lightning do Bitcoin, a rede Lightning do Ethereum e a Celer Network têm características distintas em termos de funcionalidade, segurança e grau de descentralização, adequando-se a diferentes cenários.
3.2 Sidechains
3.2.1 Resumo
Uma sidechain é uma forma de blockchain que surgiu para acelerar as transações da mainchain, podendo utilizar contratos mais complexos ou melhorar o mecanismo de consenso. A sidechain está ancorada na mainchain e ajuda a resolver problemas da infraestrutura da mainchain.
3.2.2 Linha do tempo
3.2.3 Princípios técnicos
As cadeias laterais têm duas tecnologias principais de cross-chain:
Symmetric Pegged( ancoragem bidirecional):
Ancoragem Assimétrica ( descoordenada ):
3.2.4 Vantagens e desvantagens
Vantagens:
Desvantagens:
3.2.5 Aplicação
xDai( agora Gnosis Chain)
Polygon
Ronin
3.2.6 Comparação de Aplicações
xDai, Polygon e Ronin têm características técnicas, cenários de aplicação e desenvolvimento ecológico diferentes, sendo cada um adequado a diferentes necessidades de uso.
3.3 Plasma
3.3.1 Resumo
Plasma é uma estrutura para construir Dapps escaláveis, destinada a reduzir ao mínimo a confiança dos usuários nos operadores de cadeias laterais. Mesmo que o operador aja de forma maliciosa, o Plasma pode impedir que os fundos dos usuários sejam roubados.
3.3.2 Linha do Tempo
3.3.3 Princípios técnicos
Ideia central do Plasma:
Utilização do processo:
3.3.4 Vantagens e Desvantagens
Vantagens:
Desvantagens:
3.3.5 Aplicação
Plasma Group → Optimism
OMG Network → Boba Network
Polygon
3.3.6 Resumo
Plasma é uma solução técnica de transição, cuja aplicação principal foi direcionada para outras tecnologias de escalabilidade, como Rollups.
3.4 Rollups
3.4.1 Resumo
A ideia central dos Rollups é colocar o processo de cálculo e o armazenamento de estado fora da cadeia, enquanto o que é empacotado na cadeia são os compromissos de estado e os dados de transação comprimidos. Atualmente, eles são principalmente divididos em Rollups Otimistas e Rollups ZK.
3.4.2 Princípios técnicos
Rolar