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鏈下擴容方案全景:從State Channels到Rollups的技術演進
鏈下擴容深度解析
作者:Cobo Ventures
1. 擴容的必要性
區塊鏈的未來願景是去中心化、安全性和可擴展性。但通常區塊鏈只能實現其中兩個,這被稱爲區塊鏈的不可能三角問題。多年來,人們一直在探索如何在保證去中心化和安全性的前提下,提高區塊鏈的吞吐量和交易速度,即解決擴容問題。
讓我們先定義區塊鏈的去中心化、安全性和可擴展性:
比特幣網路的第一次重大硬分叉就是源於擴容問題。2017年8月1日,Bitcoin BCH自行開發8MB的客戶端系統開始運行,導致比特幣歷史上第一次重大硬分叉,產生了新幣種BCH。
以太坊網路也選擇犧牲了一部分可擴展性,來保障網路的安全性和去中心化。從2017年的CryptoKitties,到DeFi summer、GameFi和NFT等應用的興起,市場對吞吐量需求不斷增加,但以太坊每秒只能處理15-45筆交易。這導致交易成本增加,結算時間變長,大部分DApps難以承受運行成本。理想的擴容方案是:在不犧牲去中心化和安全性的前提下,提高區塊鏈網路的交易速度和吞吐量。
2. 擴容方案的類別
我們按照"是否改變一層主網"作爲標準,把擴容方案分爲鏈上擴容和鏈下擴容兩大類。
2.1 鏈上擴容
核心概念:通過改變一層主網協議達到擴容效果的解決方案,目前的主要方案是分片。
鏈上擴容有多種方案,此篇文章不展開,簡要列舉兩種:
改變一層主網協議可能產生難以預料的負面影響,底層任何細微的安全漏洞都會嚴重威脅整個網路的安全性。
2.2 鏈下擴容
核心概念:不改變現有一層主網協議的擴容解決方案。
鏈下擴容方案又可以細分爲Layer2和其他方案:
3. 鏈下擴容的方案
3.1 State Channels
3.1.1 概要
狀態通道規定只有在通道打開、關閉或解決糾紛時,用戶才需要與主網交互,把用戶之間的交互放在鏈下進行,以此降低交易的時間和成本,實現交易次數不受限制。
狀態通道是簡單的P2P協議,適合"基於回合的應用程序",如兩人國際象棋遊戲。每個通道都由主網上運行的多籤智能合約管理,該合約控制存入通道的資產,驗證狀態更新,並仲裁參與者之間的爭議。
3.1.2 時間線
3.1.3 技術原理
狀態通道的工作流程:
3.1.4 優缺點
優點:
缺點:
3.1.5 應用
主要包括比特幣閃電網絡、以太坊雷電網絡和Celer Network。
比特幣閃電網絡:
以太坊雷電網絡:
Celer Network:
3.1.6 應用比較
比特幣閃電網絡最爲成熟,生態最爲豐富。以太坊雷電網絡和Celer Network相繼轉型。整體來看,狀態通道技術適用於小額高頻支付場景,但在復雜應用場景下存在局限性。
3.2 Sidechains
3.2.1 概要
側鏈是爲加快比特幣交易而出現的區塊鏈形態,可使用更復雜的合約或改善共識機制。側鏈的交易結果最終會記錄在驗證者端,是附着於主鏈並協助主鏈解決問題的基礎建設。
3.2.2 時間線
3.2.3 技術原理
側鏈有兩種主要的跨鏈技術:
主要流程:
Certifiers記錄:
目前更多側鏈使用第三方公證人(PoA)或Relayers中間層來實現跨鏈。
側鏈機制總結:
側鏈資產安全性取決於側鏈共識機制。
3.2.4 優缺點
優點:
缺點:
3.2.5 應用
主要包括xDai(現Gnosis Chain)、Polygon和Ronin。
xDai(Gnosis Chain):
Polygon:
Ronin:
3.2.6 應用比較
xDai專注於支付場景,Polygon發展爲擴容聚合器,Ronin專爲遊戲設計。整體來看,側鏈在性能和靈活性方面表現良好,但在安全性和去中心化方面存在不足。
3.3 Plasma
3.3.1 概要
Plasma是一個構建可擴展DApp的框架,旨在將用戶對側鏈Operator的信任降至最低。Plasma的基本原則是,即使Plasma鏈出現安全故障,用戶資產仍可撤回主網。
3.3.2 時間線
3.3.3 技術原理
三個核心思想:
使用流程:
3.3.4 優缺點
優點:
缺點:
3.3.5 應用
主要包括