Off-chain Ölçeklenebilirlik Derinlik Analizi

Yazar: Cobo Ventures Ekibi

1. Ölçeklenmenin Gerekliliği

Blok zincirinin geleceği büyük bir vizyon: merkeziyetsizlik, güvenlik ve ölçeklenebilirlik. Ancak genellikle blok zinciri yalnızca bu üçünden ikisini gerçekleştirebilir, bu üç gereksinimi aynı anda karşılamanın imkansızlık üçgeni problemi olarak adlandırılmaktadır. Yıllardır, bu sorunu nasıl çözeceğini araştıran insanlar var, merkeziyetsizlik ve güvenliği sağlarken, blok zincirinin işlem hacmini ve işlem hızını artırmanın yollarını bulmak, yani ölçeklendirme sorununu çözmek, mevcut blok zinciri gelişim sürecinde tartışılan sıcak konulardan biridir.

Öncelikle, blok zincirinin merkeziyetsizliğini, güvenliğini ve ölçeklenebilirliğini genel olarak tanımlayalım:

• Merkeziyetsizlik: Herkes, blok zinciri sisteminin üretim ve doğrulamasına katılmak için bir düğüm olabilir, düğüm sayısı arttıkça merkeziyetsizlik derecesi de artar ve böylece ağın küçük bir grup büyük merkezi katılımcının kontrolüne girmesi engellenir.
• Güvenlik: Blok zinciri sisteminin kontrolünü elde etmek için harcanan maliyet ne kadar yüksekse, güvenlik o kadar yüksek olur, böylece zincir, daha büyük bir katılımcı oranının saldırılarına karşı dayanabilir.
• Ölçeklenebilirlik: Blockchain'in büyük miktarda işlemi işleme yeteneği.

Bitcoin ağının ilk büyük hard fork'u, ölçeklenme sorunlarından kaynaklanmaktadır. Bitcoin kullanıcı sayısının ve işlem hacminin artmasıyla, her blok için 1MB'lik üst sınır ile Bitcoin ağı tıkanıklık sorunlarıyla karşılaşmaya başladı; 2015 yılında, Bitcoin topluluğunda ölçeklenme konusunda görüş ayrılıkları başladı. Bir tarafı Bitcoin ABC'yi temsil eden blok boyutunu genişletme yanlıları, diğer tarafı ise Bitcoin Core'u temsil eden küçük blok yanlılarıdır ve ana zincir yapısını optimize etmek için Segwit çözümünü kullanılması gerektiğini savunmaktadır. 1 Ağustos 2017'de, Bitcoin ABC, 8MB'lik bir istemci sistemi geliştirerek çalışmaya başladı ve bu durum Bitcoin tarihindeki ilk büyük hard fork'un ortaya çıkmasına neden oldu, aynı zamanda yeni bir kripto para birimi BCH'nin doğmasına yol açtı.

Aynı şekilde, Ethereum ağı da güvenliğini ve merkeziyetsizliğini sağlamak için bir miktar ölçeklenebilirlikten feragat etmeyi seçmiştir; Ethereum ağı, Bitcoin ağı gibi işlem hacmini sınırlamak için blok boyutunu kısıtlamamış, aksine tek bir blokta yer alabilecek yakıt ücretine bir üst sınır koyma yoluna gitmiştir, ancak amaç yine Trustless Consensus sağlamak ve düğümlerin geniş bir dağılımını garanti etmektir. ( Sınırın kaldırılması veya artırılması, birçok bant genişliği, depolama ve hesaplama gücü yetersiz küçük düğümü ortadan kaldıracaktır. ).

2017 yılındaki CryptoKitties, DeFi yazı, daha sonra GameFi ve NFT gibi zincir üzerindeki uygulamaların yükselişi ile birlikte, piyasanın işleme kapasitesine olan talebi sürekli artıyor. Ancak, Turing tam işlevselliğine sahip Ethereum bile saniyede yalnızca 15~45 işlem ( TPS ) işleyebiliyor, bu da işlem maliyetlerinin sürekli artmasına, işlem sürelerinin uzamasına ve çoğu Dapp'in işletme maliyetlerini karşılamasının zorlaşmasına neden oluyor. Tüm ağ, kullanıcılar için hem yavaş hem de pahalı hale geliyor. Blok zinciri ölçeklenebilirlik sorunlarının bir an önce çözülmesi gerekiyor. İdeal bir ölçeklenebilirlik çözümü, merkeziyetsizlik ve güvenlikten ödün vermeden, blok zinciri ağının işlem hızını ( daha kısa bir finalite süresi ) ve işlem kapasitesini ( daha yüksek TPS ) ile mümkün olduğunca artırmaktır.

2. Ölçeklenebilirlik Çözüm Türleri

"Ana ağda bir katman değişip değişmeyeceği" standardına göre, genişleme planlarını on-chain genişleme ve off-chain genişleme olarak iki ana kategoriye ayırıyoruz.

2.1 Zincir üstü ölçeklenebilirlik

Kilit Kavram: Bir katman ana ağ protokolünü değiştirerek ölçeklenme etkisi elde etme çözümü, mevcut ana çözüm parçalama (sharding) yöntemidir.

Zincir üzerinde ölçeklenme için birçok çözüm bulunmaktadır, bu makalede bunlar üzerinde durulmayacak, aşağıda iki çözüm kısaca sıralanmıştır:

• Plan bir, blok alanını genişletmek, yani her bir bloğun paketleyebileceği işlem sayısını artırmaktır, ancak bu, yüksek performanslı düğüm cihazlarına olan talepleri artıracak, düğümlerin katılım eşiğini yükseltecek ve "merkeziyetsizlik" düzeyini azaltacaktır.
• İkinci seçenek parçalama (sharding), blok zinciri defterini birkaç parçaya ayırmak, artık her düğümün tüm muhasebe işlemlerine katılmadığı, aksine farklı parçaların yani farklı düğümlerin farklı muhasebe işlemlerinden sorumlu olduğu bir sistemdir. Paralel hesaplama, aynı anda birden fazla işlemi işleyebilir; bu, düğümlerin hesaplama yükünü ve katılım eşiğini düşürerek işlem işleme hızını ve merkeziyetsizlik derecesini artırır; ancak bu, tüm ağın hesaplama gücünün dağılacağı anlamına gelir ve bu da genel ağın "güvenliğini" azaltabilir.

Bir ana ağ protokolünün kodunu değiştirmek, alt düzeydeki herhangi bir küçük güvenlik açığının tüm ağın güvenliğini ciddi şekilde tehdit etmesi nedeniyle, öngörülemeyen olumsuz etkiler yaratabilir; ağ, bir çatallaşma veya kesintili onarım güncellemesine zorlanabilir. Örneğin, 2018 yılında Zcash'ın enflasyon açığı olayı: Zcash'ın kodu Bitcoin 0.11.2 sürüm kodu üzerinde yapılan değişikliklere dayanıyordu; 2018 yılında bir mühendis, alt düzey kodda yüksek riskli bir açığın bulunduğunu keşfetti; yani token sınırsız şekilde artırılabiliyordu. Bunun üzerine ekip, açığı gizlice düzeltmek için 8 ay harcadı ve açığın düzeltilmesinden sonra bu olayı kamuoyuna açıkladı.

2.2 off-chain genişleme

Temel Kavram: Mevcut birinci katman ana ağ protokolünün genişleme çözümü değiştirilmeden.

off-chain ölçekleme çözümleri Layer2 ve diğer çözümler olarak daha da alt gruplara ayrılabilir:

3. off-chain ölçeklendirme çözümleri

3.1 Eyalet Kanalları

3.1.1 Özet

Durum kanalları, yalnızca kanal açıldığında, kapandığında veya uyuşmazlık çözüldüğünde kullanıcıların ana ağ ile etkileşimde bulunması gerektiğini ve kullanıcılar arası etkileşimlerin off-chain gerçekleştirilmesini belirler. Bu, kullanıcıların işlem süreleri ve maliyetlerini azaltarak işlem sayısının sınırsız olmasını sağlar.

Durum kanalları, iki kişilik satranç oyunu gibi "tur tabanlı uygulamalar" için uygun basit P2P protokolleridir. Her kanal, ana ağda çalışan çoklu imza akıllı sözleşmeleri tarafından yönetilmektedir; bu sözleşme, kanala yatırılan varlıkları kontrol eder, durum güncellemelerini doğrular ve katılımcılar arasındaki anlaşmazlıkları ( imzalı ve zaman damgalı dolandırıcılık kanıtına dayanarak arabulur. Katılımcılar, blok zincir ağına sözleşmeyi dağıttıktan sonra bir miktar fon yatırır ve kilitler, her iki taraf da imza onayı verdikten sonra kanal resmi olarak açılır. Kanal, katılımcılar arasında sınırsız sayıda off-chain ücretsiz işlem yapmalarına olanak tanır; ) tek şart, transfer net değerlerinin yatırılan token toplamını aşmamalarıdır. Katılımcılar sırayla birbirlerine durum güncellemeleri gönderir ve karşı tarafın imza onayını beklerler. Karşı taraf imza onayını verdiğinde, bu durum güncellemesi tamamlanmış sayılır. Normal şartlar altında, iki tarafın kabul ettiği durum güncellemeleri ana ağa yüklenmez; yalnızca bir anlaşmazlık çıktığında veya kanal kapatıldığında ana ağ onayına başvurulur. Kanalı kapatmak gerektiğinde, herhangi bir katılımcı ana ağda bir işlem talebinde bulunabilir; eğer çıkış talebi herkesin oybirliği ile onayını alırsa, zincir üzerinde derhal uygulanır; yani akıllı sözleşme, kanalın nihai durumundaki her katılımcının bakiyesine göre, kalan kilitli fonları dağıtır; eğer diğer katılımcılar onay imzası vermezse, herkes "mücadele süresi"nin sona ermesini beklemek zorundadır.

Yukarıda belirtilenlere göre, durum kanalı çözümü ana ağın hesaplama yükünü büyük ölçüde azaltabilir, işlem hızını artırabilir ve işlem maliyetlerini düşürebilir.

(# 3.1.2 Zaman Çizgisi

• 2015/02, Joseph Poon ve Thaddeus Dryja, Lightning Network beyaz kağıdının taslağını yayımladı.
• 2015/11, Jeff Coleman ilk kez State Channel kavramını sistematik olarak özetledi ve Bitcoin'in Payment Channel'ının State Channel kavramının bir alt örneği olduğunu öne sürdü.
• 2016/01, Joseph Poon ve Thaddeus Dryja, Bitcoin Lightning Network: Ölçeklenebilir Off-Chain Anlık Ödemeler adlı beyaz kitabı resmi olarak yayımlayarak Bitcoin için Payment Channel) ödeme kanalı### genişletme çözümünü önerdiler. Bu çözüm yalnızca Bitcoin ağı üzerindeki transfer ödemelerini işlemek için kullanılmaktadır.
• 2017/11, Payment Channel çerçevesine dayanan ilk State Channel tasarım standardı Sprites önerildi.
• 2018/06, Counterfactual, tamamen durum kanallarıyla ilgili ilk tasarım olan çok ayrıntılı bir Genel Durum Kanalları tasarımı önerdi.
• 2018/10, makale Genel Devlet Kanal Ağları, Devlet Kanal Ağları ve Sanal Kanallar kavramlarını ortaya koymuştur.
• 2019/02, durum kanallarının kavramı N-Party Channels'a genişletildi, Nitro bu fikre dayanan ilk protokoldür.
• 2019/10, Pisa, tüm katılımcıların sürekli çevrimiçi olma sorununu çözmek için Watchtowers konseptini genişletti.
• 2020/03, Hydra Hızlı İzomorfik Kanallar'ı önerdi.

(# 3.1.3 Teknik Prensip

Durum kanallarının ana akışı aşağıdaki gibidir:

1. Alice ve Bob, kendi EOA'larından fonları zincir üzerindeki sözleşme adresine yatırarak, bu fonlar sözleşmede kilitlenir ve sadece kanal kapandığında bakiyeler kullanıcıya geri döner; ikili imza onayladıktan sonra, ikisi arasındaki durum kanalı resmi olarak açılmış olur.

2. Alice ve Bob, bu kanal üzerinden teorik olarak off-chain sınırsız sayıda işlem gerçekleştirebilir, katılımcılar şifreli imzalı mesajlar aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurar ), blok zincir ağı ile değil ###. Her iki kullanıcı da her işlem için imza atmak zorundadır, çift harcama dolandırıcılığını önlemek için. Bu mesajlar aracılığıyla, hesaplarının durum güncellemelerini önerirler ve karşı tarafın önerdiği durum güncellemelerini kabul ederler.

3. Eğer Alice, Bob ile arasındaki kanalı kapatmak istiyorsa, Alice, sözleşmeye kendi hesabının son durumunu sunmalıdır. Eğer Bob imzasını onaylarsa, sözleşme son duruma göre kilitli fonları ilgili kullanıcıya iade edecektir. Eğer Bob imza vermezse, sözleşme, itiraz süresi sona erdikten sonra kilitli fonları ilgili kullanıcıya iade edecektir.

(# 3.1.4 Artıları ve Eksileri

Avantajlar:

• Sonsuz sayıda off-chain işlem gerçekleştirebilir.
• Hızlı işlem süresi, neredeyse anında onay
• Düşük işlem maliyeti
• İyi gizlilik, yalnızca kanal açıldığında zincire eklenir

Dezavantajlar:

• Fonların kilitlenmesi gerekiyor
• Tüm katılımcıların çevrimiçi kalması gerekmektedir
• Kanal kapalıyken zincir üzerinde işlem onaylanabilir.
• Büyük çok taraflı işlemleri işleme karmaşıklığı yüksek
• Durum güncellemeleri için tüm katılımcıların imzası gereklidir.

)# 3.1.5 Uygulama

1. Bitcoin Lightning Network

Bitcoin Lightning Network, Bitcoin ağı için küçük ödeme kanalıdır. Off-chain küçük ödeme kanalları aracılığıyla, ardından aracılar yardımıyla bir işlem ağı oluşturur ve Bitcoin ağının ölçeklenme sorununu çözebilir. Teorik olarak, Lightning Network saniyede bir milyon işlem gerçekleştirebilir.

Ana zaman çizgisi:

• 2015 Şubat'ta beyaz kağıt taslağı yayınlandı
• 2018 Mart ayında ilk ana ağ sürümü yayımlandı
• 2021 yılında El Salvador, Bitcoin'i yasal para birimi olarak benimsedi ve Lightning Network'e dayalı bir cüzdan yayınladı.
• 2022 yılında birçok borsa Lightning Network'ü destekliyor

Ekosistem esas olarak şunları içerir: alt katmandaki BTC ağı, temel altyapı ### Lightning Network çözümü, düğümler ve likidite hizmetleri ###, üst katmandaki çeşitli ödeme ve finansal hizmet uygulamaları.

2. Ethereum Şimşek Ağı

Gök gürültüsü ağı, Ethereum tabanlı küçük ölçekli ödeme kanalıdır ve yıldırım ağına çok benzemektedir. Amacı, Ethereum üzerinde neredeyse anlık, düşük maliyetli ve ölçeklenebilir ERC20 token ödemelerini gerçekleştirmektir.

Ana zaman çizgisi:

• 2017 yılında kuruldu
• 2020 Mayıs'ta ilk ana ağ istemcisi yayınlandı

Teknolojik gelişimin yavaş olmasından dolayı, şu anda geniş çapta benimsenmemiştir.

3. Celer Ağı

Celer Network, temelde teşvik katmanı ( tokeni $CELR) ile artırılmış bir ışık ağıdır; off-chain genişleme teknolojisi ve teşvik edici ekonomik model aracılığıyla hızlı, kullanımı kolay, düşük maliyetli ve güvenli yüksek frekanslı etkileşim türündeki blockchain Dapps'leri, örneğin e-spor platformları gibi, inşa etmeyi amaçlamaktadır.

(# 3.1.6 Uygulama Karşılaştırması

Bitcoin Lightning Network, Ethereum Lightning Network ve Celer Network'ün ana farkları:

• Temel ağ: Bitcoin, Ethereum ve çok zincir üzerine kuruludur.
• Fonksiyon: Lightning Network yalnızca ödemeleri destekler, Lightning Network ve Celer daha karmaşık uygulamaları destekler.
• Gelişim Düzeyi: Lightning Network en olgun, Raiden Network yavaş gelişiyor, Celer ortada