Analisis Kedalaman Ekspansi off-chain

Penulis: Cobo Ventures

1. Kebutuhan untuk Memperluas Kapasitas

Visi masa depan blockchain adalah desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas. Namun, biasanya blockchain hanya dapat mencapai dua di antaranya, yang dikenal sebagai masalah segitiga ketidakmungkinan blockchain. Selama bertahun-tahun, orang telah menjelajahi bagaimana meningkatkan throughput dan kecepatan transaksi blockchain dengan mempertahankan 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 node, semakin tinggi tingkat desentralisasi.
• Keamanan: Semakin tinggi biaya yang dikeluarkan untuk mendapatkan kendali atas blockchain, semakin tinggi keamanannya.
• Skalabilitas: kemampuan blockchain untuk memproses sejumlah besar transaksi.

Fork keras besar pertama di jaringan Bitcoin berasal dari masalah skalabilitas. Pada 1 Agustus 2017, Bitcoin ABC mengembangkan sistem klien 8MB sendiri yang mulai beroperasi, menyebabkan fork keras besar pertama dalam sejarah Bitcoin, yang menghasilkan mata uang baru BCH.

Jaringan Ethereum juga memilih untuk mengorbankan sebagian dari skalabilitas demi menjaga keamanan dan desentralisasi jaringan. Dari CryptoKitties di tahun 2017, hingga munculnya DeFi summer, GameFi, dan aplikasi NFT, permintaan pasar untuk throughput terus meningkat, tetapi Ethereum hanya dapat memproses 15-45 transaksi per detik. Hal ini menyebabkan biaya transaksi meningkat, waktu penyelesaian menjadi lebih lama, dan sebagian besar DApps sulit untuk menanggung biaya operasional. Solusi skalabilitas yang ideal adalah: meningkatkan kecepatan transaksi dan throughput jaringan blockchain tanpa mengorbankan desentralisasi dan keamanan.

2. Kategori Rencana Perluasan

Kami membagi rencana skala berdasarkan "apakah ada perubahan pada satu lapisan jaringan utama" menjadi dua kategori besar: skala on-chain dan skala off-chain.

2.1 Skalabilitas on-chain

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

Ada berbagai solusi untuk skalabilitas on-chain, artikel ini tidak akan dibahas lebih lanjut, hanya mencantumkan dua jenis secara singkat:

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

Mengubah protokol jaringan utama dapat memiliki dampak negatif yang tidak terduga, dan setiap celah keamanan kecil di lapisan dasar dapat mengancam keamanan seluruh jaringan.

2.2 off-chain ekspansi

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

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

• Layer2: Saluran Status, Plasma, Rollups
• Solusi lain: Sidechains, Validium

3. Rencana Ekspansi 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 menempatkan interaksi antara pengguna di off-chain, untuk mengurangi waktu dan biaya transaksi, serta memungkinkan jumlah transaksi tidak terbatas.

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

3.1.2 Garis Waktu

• 2015/02: Joseph Poon dan Thaddeus Dryja merilis draf buku putih jaringan Lightning.
• 2015/11: Jeff Coleman pertama kali merangkum secara sistematis konsep State Channel.
• 2016/01: Joseph Poon dan Thaddeus Dryja secara resmi menerbitkan white paper jaringan lightning.
• 2017/11: Spesifikasi desain State Channel pertama yang berbasis pada kerangka Payment Channel, Sprites, diajukan.
• 2018/06: Counterfactual mengusulkan desain Generalized State Channels yang rinci.
• 2018/10: Mengusulkan konsep State Channel Networks dan Virtual Channels.
• 2019/02: Konsep saluran status diperluas ke N-Pihak Channels, Nitro adalah protokol pertama yang dibangun berdasarkan ide tersebut.
• 2019/10: Pisa mengembangkan konsep Watchtowers, menyelesaikan masalah peserta yang perlu selalu online.
• 2020/03:Hydra mengajukan Fast Isomorphic Channels.

3.1.3 Prinsip Teknologi

Alur kerja saluran status:

1. Peserta menerapkan kontrak multi-tanda tangan di jaringan utama dan menyimpan dana untuk dikunci, setelah kedua belah pihak menandatangani konfirmasi, saluran dibuka.
2. Peserta dapat melakukan transaksi gratis tanpa batasan jumlah di off-chain.
3. Peserta bergiliran mengirim pembaruan status kepada satu sama lain, menunggu tanda tangan konfirmasi dari pihak lain.
4. Saat menutup saluran, salah satu peserta dapat mengajukan permintaan transaksi di jaringan utama. Jika disetujui dengan tanda tangan semua pihak, segera dieksekusi; jika tidak, tunggu hingga akhir "masa tantangan" untuk eksekusi.

3.1.4 Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan:

• Konfirmasi transaksi instan
• Biaya rendah
• Tingkat throughput yang tinggi
• Privasi baik

Kekurangan:

• Memerlukan penguncian dana
• Perlu pemantauan online yang berkelanjutan
• Interaksi yang kompleks sulit untuk diimplementasikan
• Mungkin menghadapi tantangan saat menutup saluran
• Sulit untuk diperluas ke transaksi multi pihak

3.1.5 Aplikasi

Utamanya mencakup jaringan Lightning Bitcoin, jaringan Lightning Ethereum, dan Celer Network.

Jaringan Lightning Bitcoin:

• Pertama kali diajukan pada Februari 2015
• Versi mainnet dirilis pada Maret 2018
• Saat ini (2022 tahun 11 ) terdapat 76.236 saluran pembayaran, dana saluran 5049 BTC
• Ekosistem mencakup lebih dari 100 aplikasi seperti pembayaran, dompet, dan manajemen node.

Jaringan Lightning Ethereum:

• Didirikan pada tahun 2017
• Merilis klien mainnet pertama pada bulan Mei 2020
• Saat ini berkembang lambat, ambang penggunaan tinggi, teknologi skalabilitas yang lebih canggih muncul

Celer Network:

• Didirikan pada tahun 2018
• Peluncuran mainnet pada Juli 2019
• Saat ini telah bertransformasi menjadi platform peningkatan kapasitas L2 lintas rantai

3.1.6 Perbandingan Aplikasi

Jaringan Lightning Bitcoin adalah yang paling matang dan ekosistemnya paling kaya. Jaringan Lightning Ethereum dan Celer Network telah bertransformasi. Secara keseluruhan, teknologi saluran status cocok untuk skenario pembayaran kecil dan sering, tetapi memiliki keterbatasan dalam skenario aplikasi yang kompleks.

3.2 Sidechains

3.2.1 Ringkasan

Sidechain adalah bentuk blockchain yang muncul untuk mempercepat transaksi Bitcoin, yang dapat menggunakan kontrak yang lebih kompleks atau memperbaiki mekanisme konsensus. Hasil transaksi sidechain pada akhirnya akan dicatat di pihak validator, merupakan infrastruktur yang terlampir pada mainchain dan membantu mainchain dalam menyelesaikan masalah.

3.2.2 Garis Waktu

• 2012/01: Konsep sidechain Bitcoin pertama kali diusulkan
• 2014/10: Publikasi makalah sisi Bitcoin
• 2017/04: Jaringan POA uji coba online
• 2017/10:Jaringan Matic diluncurkan
• 2017/12:Peluncuran jaringan utama POA Network
• 2018/01: Peluncuran jaringan uji Skale
• 2018/10: Peluncuran jaringan pengujian xDai Chain
• 2020/06: Skale mainnet diluncurkan
• 2020/06:Peluncuran jaringan utama Matic PoS Chain
• 2021/02:Matic Network berganti nama menjadi Polygon Network
• 2021/02: Peluncuran Mainnet Ronin, sidechain Axie Infinity
• 2021/12:xDai Chain bergabung dengan Gnosis Dao menjadi Gnosis Chain
• 2022/03: POA Network bergabung dengan Gnosis Chain

3.2.3 Prinsip Teknologi

Ada dua teknologi lintas rantai utama untuk sidechain:

1. Dua arah jangkar ( Simetri Terikat ): Validator rantai utama dan rantai samping mencatat status satu sama lain secara real-time.

Proses Utama:

• Pengguna mengirim aset ke alamat khusus
• Mengajukan bukti ke sidechain setelah periode konfirmasi selesai
• Menunggu akhir periode tantangan
• Pengguna dapat menggunakan aset terbungkus yang baru dicetak di sisi rantai

2. Tidak Terkoordinasi ( Asymetrik Pegged ): Validator sidechain memantau aktivitas mainchain, mainchain memverifikasi transaksi sidechain melalui mekanisme Certifiers.

Catatan Pemberi Sertifikat:

• ID kontrak pintar, ID validator, dan informasi lainnya
• Daftar Transfer
• Daftar laporan kesalahan
• Mengagregasi semua tanda tangan

Saat ini, lebih banyak sidechain menggunakan notaris pihak ketiga ( PoA ) atau lapisan perantara Relayers untuk mencapai cross-chain.

Ringkasan mekanisme sidechain: Rantai samping: Rantai utama mengunci aset, rantai samping menghasilkan aset terbungkus Mainchain: Sidechain menghancurkan aset terbungkus, mainchain membuka aset

Keamanan aset sisi tergantung pada mekanisme konsensus sisi.

3.2.4 Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan:

• Konfirmasi cepat
• Biaya rendah
• Tingkat throughput yang tinggi
• Fleksibilitas tinggi

Kekurangan:

• Keamanan yang kurang baik
• Tingkat desentralisasi rendah
• Biaya lintas rantai tinggi
• Likuiditas terdistribusi

3.2.5 Aplikasi

Utamanya mencakup xDai( saat ini Gnosis Chain), Polygon, dan Ronin.

xDai(Rantai Gnosis):

• Peluncuran mainnet pada September 2018
• Bergabung dengan Gnosis pada November 2021
• Mengadopsi mekanisme konsensus PoSDAO
• Saat ini TVL sekitar $53M, ada 35 proyek yang sedang berlangsung

Polygon:

• Didirikan pada tahun 2017
• Peluncuran mainnet pada Juni 2020
• Saat ini bertransformasi menjadi agregator perluasan L2
• Memiliki 37k+ DApp, 1.8B total transaksi, 135M+ pengguna

Ronin:

• Peluncuran mainnet pada Maret 2021
• Mengembangkan permainan Axie Infinity
• Menggunakan konsensus PoA, maksimum 25 node validasi
• Pernah mengalami serangan hacker yang parah

3.2.6 Perbandingan Aplikasi

xDai berfokus pada skenario pembayaran, Polygon berkembang menjadi agregator skalabilitas, Ronin dirancang khusus untuk permainan. Secara keseluruhan, sidechain menunjukkan kinerja dan fleksibilitas yang baik, tetapi memiliki kekurangan dalam hal keamanan dan desentralisasi.

3.3 Plasma

3.3.1 Ringkasan

Plasma adalah kerangka kerja untuk membangun DApp yang dapat diskalakan, yang bertujuan untuk meminimalkan kepercayaan pengguna terhadap Operator sisi rantai. Prinsip dasar Plasma adalah, bahkan jika rantai Plasma mengalami kegagalan keamanan, aset pengguna masih dapat ditarik kembali ke jaringan utama.

3.3.2 Garis Waktu

• 2017/08: Vitalik dan Joseph Poon mengusulkan whitepaper Plasma
• 2018/01: Vitalik mengusulkan Plasma MVP
• 2018/03: Vitalik mengusulkan Plasma Cash
• 2018/06: Dan Robinson mengusulkan Plasma Debit
• 2018/11: BANKEX Foundation mengajukan Plasma Prime
• Akhir 2018: Kemajuan pengembangan terhenti
• Sejak 2019: Komunitas Ethereum mulai mengeksplorasi Rollups

3.3.3 Prinsip Teknologi

Tiga pemikiran inti:

• Eksekusi off-chain: Jaringan utama tidak memverifikasi semua transaksi
• Komitmen status: Operator secara berkala mengajukan Merkle Root
• Mekanisme keluar: Pengguna perlu membuktikan bahwa ada dana yang dapat ditarik

Penggunaan alur:

1. Pengguna melakukan deposit di kontrak mainnet
2. Pengguna melakukan transaksi di Plasma chain
3. Operator meng打包交易 dan 提交 status承诺
4. Pengguna yang keluar harus mengajukan bukti dan menunggu periode tantangan

3.3.4 Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan:

• Tingkat throughput yang tinggi
• Biaya rendah
• Mewarisi keamanan jaringan utama

Kekurangan:

• Mekanisme keluar yang kompleks
• Masalah ketersediaan data
• Fitur kontrak pintar yang terbatas
• Masalah keluar secara besar-besaran

3.3.5 Aplikasi

Utama termasuk