Vue d'ensemble des solutions d'extensibilité off-chain : de State Channels à l'évolution technologique des Rollups

2025-07-25 16:10:19

Analyse approfondie de l'extension off-chain

Auteur : Cobo Ventures

1. La nécessité de l'extension

La vision future de la blockchain est la décentralisation, la sécurité et l'évolutivité. Mais généralement, la blockchain ne peut réaliser que deux de ces trois aspects, ce qui est appelé le problème du triangle impossible de la blockchain. Pendant des années, les chercheurs ont exploré comment augmenter le débit et la vitesse des transactions de la blockchain tout en garantissant la décentralisation et la sécurité, c'est-à-dire résoudre le problème de l'évolutivité.

Définissons d'abord la décentralisation, la sécurité et l'évolutivité de la blockchain :

Décentralisation : n'importe qui peut devenir un nœud et participer au système de blockchain, plus il y a de nœuds, plus le degré de décentralisation est élevé.
Sécurité : Plus le coût pour obtenir le contrôle de la blockchain est élevé, plus la sécurité est élevée.
Scalabilité : la capacité de la blockchain à traiter un grand nombre de transactions.

La première grande bifurcation dure du réseau Bitcoin est survenue en raison de problèmes d'extension. Le 1er août 2017, Bitcoin ABC a développé de manière autonome un système client de 8 Mo, ce qui a conduit à la première grande bifurcation dure de l'histoire de Bitcoin, produisant une nouvelle cryptomonnaie, le BCH.

Le réseau Ethereum a également choisi de sacrifier une partie de sa scalabilité pour garantir la sécurité et la décentralisation du réseau. Depuis CryptoKitties en 2017, jusqu'à l'été DeFi, l'émergence de GameFi et des NFT, la demande du marché pour le débit n'a cessé d'augmenter, mais Ethereum ne peut traiter que 15 à 45 transactions par seconde. Cela a entraîné une augmentation des coûts de transaction et un allongement des temps de règlement, rendant la plupart des DApps difficiles à supporter en termes de coûts d'exploitation. La solution d'extension idéale serait d'augmenter la vitesse de transaction et le débit du réseau blockchain sans sacrifier la décentralisation et la sécurité.

2. Catégories des solutions d'extensibilité

Nous classons les solutions d'extension en deux grandes catégories : l'extension on-chain et l'extension off-chain, en fonction de "si cela change une couche de la chaîne principale".

2.1 Scalabilité on-chain

Concept clé : la solution qui permet d'atteindre un effet d'extension en modifiant une couche de protocole de réseau principal, la principale solution actuelle étant le sharding.

Il existe plusieurs solutions pour l'extension on-chain, cet article ne les développera pas, mais en énumérera brièvement deux :

Élargir l'espace de bloc : augmenter le nombre de transactions emballées dans chaque bloc, mais cela réduira le degré de "décentralisation".
Sharding : Diviser le grand livre de la blockchain en plusieurs parties, chaque partie étant responsable d'une comptabilité différente. Cela peut réduire la pression de calcul sur les nœuds, améliorer la vitesse de traitement des transactions et le degré de décentralisation, mais cela peut diminuer la "sécurité" de l'ensemble du réseau.

Modifier un protocole de réseau principal peut avoir des conséquences négatives imprévisibles, et la moindre faille de sécurité au niveau de la couche sous-jacente peut sérieusement menacer la sécurité de l'ensemble du réseau.

2.2 off-chain extension

Concept clé : solution d'extension qui ne modifie pas le protocole de la couche principale existante.

Les solutions d'extension off-chain peuvent être subdivisées en Layer2 et d'autres solutions :

Layer2: State Channels, Plasma, Rollups
Autres solutions : Sidechains, Validium

3. Solution d'extension off-chain

3.1 Canaux d'état

3.1.1 Résumé

Les canaux d'état stipulent que les utilisateurs n'ont besoin d'interagir avec la chaîne principale que lorsque le canal est ouvert, fermé ou pour résoudre des différends, en effectuant les interactions entre utilisateurs hors chaîne, afin de réduire le temps et le coût des transactions, permettant ainsi un nombre illimité de transactions.

Les canaux d'état sont des protocoles P2P simples, adaptés aux "applications basées sur des tours", comme le jeu d'échecs à deux joueurs. Chaque canal est géré par un contrat intelligent multi-signatures fonctionnant sur la blockchain principale, ce contrat contrôle les actifs déposés dans le canal, vérifie les mises à jour d'état et arbitre les différends entre les participants.

3.1.2 Chronologie

2015/02 : Joseph Poon et Thaddeus Dryja publient un projet de livre blanc sur le réseau Lightning.
2015/11 : Jeff Coleman a d'abord résumé de manière systématique le concept de State Channel.
2016/01 : Joseph Poon et Thaddeus Dryja publient officiellement le livre blanc du réseau Lightning.
2017/11 : La première spécification de conception de State Channel basée sur le cadre Payment Channel, Sprites, a été proposée.
2018/06 : Counterfactual a proposé une conception détaillée des Generalized State Channels.
2018/10: Proposition des concepts de State Channel Networks et de Virtual Channels.
2019/02 : Le concept de canaux d'état s'est étendu aux N-Party Channels, Nitro est le premier protocole établi sur cette idée.
2019/10 : Pisa a élargi le concept de Watchtowers pour résoudre le problème de la nécessité pour les participants d'être en ligne en permanence.
2020/03 : Hydra a proposé des Fast Isomorphic Channels.

3.1.3 Principes techniques

Flux de travail des canaux d'état :

Les participants déploient un contrat multi-signatures sur la chaîne principale et déposent des fonds pour verrouiller, le canal est ouvert après confirmation de la signature des deux parties.
Les participants peuvent effectuer un nombre illimité de transactions gratuites en off-chain.
Les participants s'envoient tour à tour des mises à jour d'état, en attendant la confirmation de signature de l'autre.
Lors de la fermeture du canal, tout participant peut soumettre une demande de transaction sur la chaîne principale. Si l'approbation de la signature de tous est obtenue, elle est exécutée immédiatement ; sinon, elle sera exécutée à la fin de la "période de défi".

3.1.4 Avantages et inconvénients

Avantages:

Confirmation instantanée de la transaction
Faibles frais
Haute capacité de traitement
Bonne confidentialité

Inconvénients:

Nécessite de verrouiller les fonds
Nécessite une surveillance en ligne continue
Les interactions complexes sont difficiles à réaliser
Il peut y avoir des défis lors de la fermeture des canaux.
Difficile à étendre aux transactions multilatérales

3.1.5 Application

Principalement inclus le réseau Lightning de Bitcoin, le réseau Lightning d'Ethereum et le réseau Celer.

Réseau Lightning de Bitcoin:

Proposé pour la première fois en février 2015
Version principale publiée en mars 2018
Actuellement, il y a 76 236 canaux de paiement en novembre 2022 avec des fonds de 5049 BTC dans le canal (.
L'écosystème comprend plus de 100 applications, y compris le paiement, le portefeuille, la gestion des nœuds, etc.

Réseau Lightning Ethereum:

Fondé en 2017
Premier client de réseau principal publié en mai 2020
Le développement est actuellement lent, les barrières à l'entrée sont élevées, et des technologies d'extensibilité plus avancées émergent.

Celer Network :

Fondé en 2018
Lancement de la mainnet en juillet 2019
Actuellement transformé en une plateforme d'extension L2 inter-chaînes

)# 3.1.6 Comparaison des applications

Le réseau Lightning de Bitcoin est le plus mature et dispose de l'écosystème le plus riche. Les réseaux Lightning d'Ethereum et de Celer Network ont successivement effectué leur transformation. Dans l'ensemble, la technologie des canaux d'état est adaptée aux scénarios de paiement de faible montant et à haute fréquence, mais elle présente des limitations dans des scénarios d'application complexes.

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) 3.2 Sidechains

3.2.1 Résumé

Une sidechain est une forme de blockchain apparue pour accélérer les transactions Bitcoin, pouvant utiliser des contrats plus complexes ou améliorer le mécanisme de consensus. Les résultats des transactions de la sidechain seront finalement enregistrés du côté des validateurs, constituant une infrastructure attachée à la chaîne principale qui aide à résoudre les problèmes de celle-ci.

3.2.2 Chronologie

2012/01 : Le concept de sidechain de Bitcoin est proposé pour la première fois
2014/10: Publication du papier sur les sidechains de Bitcoin
2017/04: Mise en ligne du réseau de test POA Network
2017/10: Lancement de Matic Network
2017/12: Lancement du réseau principal de POA Network
2018/01: Mise en ligne du testnet Skale
2018/10: Lancement du testnet xDai Chain
2020/06: Lancement de Skale sur le réseau principal
2020/06: Lancement de la mainnet de la chaîne PoS Matic
2021/02: Matic Network a été rebaptisé Polygon Network
2021/02: Le lancement de la chaîne principale Ronin d'Axie Infinity
2021/12: la chaîne xDai fusionne avec Gnosis Dao pour devenir la chaîne Gnosis
2022/03:POA Network a été fusionné avec Gnosis Chain

3.2.3 Principe technique

Il existe deux principales technologies de cross-chain pour les chaînes latérales :

Double ancrage ### Symmetric Pegged ( : Les validateurs de la chaîne principale et de la chaîne latérale enregistrent en temps réel l'état de l'autre.

Principaux processus :

L'utilisateur envoie des actifs à une adresse spéciale
Soumettre la preuve à la chaîne latérale après la fin de la période de confirmation.
Attendre la fin de la période de défi
Les utilisateurs peuvent utiliser des actifs encapsulés nouvellement émis sur la chaîne latérale.

Ancrage déséquilibré ) Asymmetric Pegged ( : les validateurs de sidechain surveillent l'activité de la chaîne principale, la chaîne principale vérifie les transactions de la sidechain via le mécanisme des Certifiers.

Certifiers enregistrement:

ID de contrat intelligent, ID de valideur, etc.
Liste de transfert
Liste des rapports d'erreur
Agréger toutes les signatures

Actuellement, davantage de chaînes latérales utilisent des notaires tiers ) PoA ( ou des intermédiaires Relayers pour réaliser des échanges entre chaînes.

Résumé du mécanisme de chaîne latérale :

Chaîne principale -\u003e Chaîne latérale : la chaîne principale verrouille les actifs, la chaîne latérale génère des actifs encapsulés Mainchain : Les actifs encapsulés de la sidechain sont détruits, et les actifs de la mainchain sont déverrouillés.

La sécurité des actifs de la chaîne latérale dépend du mécanisme de consensus de la chaîne latérale.

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)# 3.2.4 Avantages et inconvénients

Avantages :

Confirmation rapide
Faibles frais
Haute capacité de traitement
Haute flexibilité

Inconvénients :

Sécurité relativement faible
Degré de décentralisation faible
Le coût des transactions inter-chaînes est élevé
Liquidité dispersée

3.2.5 Application

Principalement inclus xDai###, la chaîne Gnosis( actuelle, Polygon et Ronin.

xDai)Chaîne Gnosis(:

Lancement du mainnet en septembre 2018
Fusion avec Gnosis en novembre 2021
Adoption du mécanisme de consensus PoSDAO
La TVL actuelle est d'environ 53 millions de dollars, avec 35 projets en cours.

Polygon:

Fondé en 2017
Lancement du mainnet en juin 2020
Actuellement en transformation en agrégateur d'extension L2
Plus de 37k DApps, 1,8B de transactions totales, plus de 135M d'utilisateurs

Ronin :

Lancement de la mainnet en mars 2021
Développement pour le jeu Axie Infinity
Utilisation du consensus PoA, jusqu'à 25 nœuds de validation
A subi de graves attaques de hackers

)# 3.2.6 Comparaison des applications

xDai se concentre sur les scénarios de paiement, Polygon se développe en tant qu'agrégateur de mise à l'échelle, et Ronin est conçu spécifiquement pour les jeux. Dans l'ensemble, les chaînes latérales offrent de bonnes performances et flexibilité, mais présentent des lacunes en matière de sécurité et de décentralisation.

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) 3.3 Plasma

3.3.1 Résumé

Plasma est un cadre pour construire des DApps évolutifs, visant à réduire au minimum la confiance des utilisateurs envers l'Operator de la chaîne latérale. Le principe de base de Plasma est que même en cas de défaillance de sécurité de la chaîne Plasma, les actifs des utilisateurs peuvent être retirés sur la chaîne principale.

3.3.2 Chronologie

2017/08 : Vitalik et Joseph Poon ont proposé le livre blanc Plasma
2018/01: Vitalik a proposé Plasma MVP
2018/03 : Vitalik a proposé Plasma Cash
2018/06 : Dan Robinson a proposé Plasma Debit
2018/11: La Fondation BANKEX a proposé Plasma Prime
Fin 2018 : Progrès du développement stagné
Depuis 2019 : la communauté Ethereum a commencé à explorer les Rollups

3.3.3 Principes techniques

Trois idées clés :

off-chain execution : la chaîne principale ne vérifie pas toutes les transactions
Engagement de l'état : l'Operator soumet régulièrement la racine Merkle
Mécanisme de retrait : les utilisateurs doivent prouver qu'ils ont des fonds pouvant être retirés.

Utilisation du processus:

L'utilisateur effectue un dépôt dans le contrat de la chaîne principale.
L'utilisateur effectue des transactions sur la chaîne Plasma
Operator emballe les transactions et soumet l'engagement d'état
L'utilisateur doit soumettre une preuve et attendre la période de contestation pour se retirer.

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)# 3.3.4 Avantages et inconvénients

Avantages:

Haute capacité de traitement
Faibles frais
Hériter de la sécurité du réseau principal

Inconvénients :

Mécanisme de sortie complexe
Problèmes de disponibilité des données
Fonctionnalités de contrat intelligent limitées
Problème de sortie à grande échelle

3.3.5 Application

Principalement inclus

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