Панорама рішень для розширення поза блокчейном: еволюція технологій від State Channels до Rollups

2025-07-25 16:10:19

Поза блокчейном розширення Глибина аналізу

Автор: Cobo Ventures

1. Необхідність розширення

Майбутнє блокчейну полягає в децентралізації, безпеці та масштабованості. Але зазвичай блокчейн може реалізувати лише два з цих трьох, що відомо як проблема неможливого трикутника блокчейну. Протягом багатьох років люди досліджували, як підвищити пропускну спроможність блокчейну та швидкість транзакцій, при цьому забезпечуючи децентралізацію та безпеку, тобто вирішити проблему масштабування.

Давайте спочатку визначимо децентралізацію, безпеку та масштабованість блокчейну:

Децентралізація: будь-хто може стати вузлом та взяти участь у системі блокчейн, чим більше вузлів, тим вищий рівень децентралізації.
Безпека: Чим вищі витрати на отримання контролю над блокчейном, тим вища безпека.
Масштабованість: здатність блокчейну обробляти велику кількість транзакцій.

Перше значне хард-форкування мережі Біткойн виникло через проблему розширення. 1 серпня 2017 року Bitcoin ABC самостійно розробила клієнтську систему обсягом 8 МБ, що призвело до першого значного хард-форку в історії Біткойн і породило нову криптовалюту BCH.

Мережа Ethereum також вибрала пожертвувати частиною масштабованості, щоб забезпечити безпеку та децентралізацію мережі. Від CryptoKitties 2017 року до підйому DeFi summer, GameFi та NFT, ринок постійно збільшує попит на пропускну здатність, але Ethereum може обробити лише 15-45 транзакцій на секунду. Це призводить до збільшення вартості транзакцій, збільшення часу розрахунків, більшість DApps важко витримують витрати на експлуатацію. Ідеальним рішенням для масштабування є: підвищення швидкості транзакцій та пропускної здатності блокчейн-мережі без жертвування децентралізації та безпеки.

! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз офчейн-експансії

2. Категорії планів розширення

Ми розділили плани розширення на дві великі категорії: розширення на базі блокчейну та розширення поза блокчейном, базуючись на критеріях "чи змінюється основна мережа".

2.1 розширення в ланцюгу

Основна концепція: рішення, яке досягає ефекту масштабування, змінюючи один рівень протоколу основної мережі, нинішнім основним рішенням є шардінг.

Розширення блокчейну має кілька варіантів, у цій статті не буде детального опису, коротко наведемо два з них:

Розширення блочного простору: збільшення кількості транзакцій, які упаковуються в кожен блок, але це знизить рівень "децентралізації".
Шардинг: розділення блокчейн-реєстру на кілька частин, різні частини відповідають за різне ведення обліку. Це може знизити обчислювальне навантаження на вузли, підвищити швидкість обробки транзакцій і рівень децентралізації, але знизить "безпеку" всієї мережі.

Зміна протоколу основної мережі може спричинити непередбачувані негативні наслідки, будь-яка незначна вразливість у базовому рівні серйозно загрожує безпеці всієї мережі.

2.2 поза блокчейном розширення

Основна концепція: рішення для масштабування, яке не змінює існуючий протокол основної мережі першого рівня.

поза блокчейном розширення схем можна детальніше розділити на Layer2 та інші схеми:

Layer2: Державні канали, Плазма, Ролли
Інші рішення: Sidechains, Validium

3. Поза блокчейном розширення

3.1 Канали держави

3.1.1 Огляд

Статевий канал передбачає, що користувачі повинні взаємодіяти з основною мережею лише під час відкриття, закриття або вирішення суперечок, а взаємодію між користувачами здійснювати поза блокчейном, щоб зменшити час і витрати на транзакції, забезпечуючи не обмежену кількість транзакцій.

Статевий канал є простим P2P протоколом, придатним для "додатків, що базуються на ходах", таких як гра в шахи на двох. Кожен канал управляється мультипідписним смарт-контрактом, що працює в основній мережі, який контролює активи, внесені в канал, перевіряє оновлення стану та арбітрує спори між учасниками.

3.1.2 Хронологія

2015/02: Джозеф Пун і Таддеус Дріджа опублікували чернетку білого паперу про мережу Lightning.
2015/11: Джефф Колман вперше систематично підсумував концепцію State Channel.
2016/01: Джозеф Пун і Таддеус Дріджа офіційно опублікували білий документ про мережу Lightning.
2017/11: Перше проектування специфікацій State Channel на основі фреймворку Payment Channel під назвою Sprites було запропоновано.
2018/06: Counterfactual представив детальний дизайн Генералізованих Державних Каналів.
2018/10: запропоновано концепцію State Channel Networks та Virtual Channels.
2019/02: Концепція каналів стану була розширена до N-Party Channels, Nitro є першим протоколом, створеним на основі цієї ідеї.
2019/10: Pisa розширює концепцію Watchtowers, вирішуючи проблему, що учасники повинні бути постійно онлайн.
2020/03:Hydra запропонував Швидкі ізоморфні канали.

3.1.3 Технічні принципи

Робочий процес каналів стану:

Учасники розгортають мультипідписний контракт у головній мережі та вносять кошти на блокування, після підтвердження підписів обох сторін канал відкривається.
Учасники можуть без обмежень здійснювати безкоштовні транзакції поза блокчейном.
Учасники по черзі надсилають оновлення статусу один одному, чекаючи підпису підтвердження від іншого.
При закритті каналу будь-який учасник може подати запит на транзакцію в основній мережі. Якщо всі учасники підпишуть і нададуть схвалення, транзакція виконується відразу; в іншому випадку, вона чекає закінчення "періоду виклику" для виконання.

! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею

3.1.4 Плюси та мінуси

Переваги:

Миттєве підтвердження угоди
Низькі комісії
Висока пропускна здатність
Добра конфіденційність

Недоліки:

Потрібно заблокувати кошти
Потрібен постійний моніторинг онлайн
Складні взаємодії важко реалізувати
Закриття каналу може стикнутися з періодом викликів
Важко розширити на багаторазові транзакції

3.1.5 Застосування

Основні компоненти включають мережу Lightning Bitcoin, мережу Lightning Ethereum та Celer Network.

Біткоїн-мережа Lightning:

Вперше запропоновано в лютому 2015 року
випущено основну мережу в березні 2018 року
Наразі (2022 року 11 місяця ) є 76,236 платіжних каналів, обсяг коштів у каналах 5049 BTC
Екосистема включає в себе більше 100 застосунків, таких як платежі, гаманці, управління вузлами тощо

Ефірна мережа Лайтнінг:

Засновано в 2017 році
Перший клієнт основної мережі був випущений у травні 2020 року
Зараз розвиток повільний, поріг входження високий, з'являються більш просунуті технології масштабування

Мережа Celer:

Засновано у 2018 році
Запуск основної мережі в липні 2019 року
Наразі перетворено на платформу розширення крос-чейн L2

3.1.6 Порівняння застосувань

Біткоїн-мережа Lightning є найрозвиненішою та має найбагатшу екосистему. Мережева технологія Ethereum та Celer Network поступово переходять на нові формати. Загалом, технологія каналів стану підходить для сценаріїв малих частих платежів, але має обмеження у складних сценаріях застосування.

3.2 Бічні ланцюги

3.2.1 Огляд

Бічний ланцюг є формою блокчейну, що виникла для прискорення транзакцій біткойнів, може використовувати більш складні контракти або покращити механізм консенсусу. Результати транзакцій бічного ланцюга в кінцевому підсумку будуть записані на стороні валідаторів, є інфраструктурою, що прикріплена до основного ланцюга та допомагає основному ланцюгу вирішувати проблеми.

3.2.2 Таймлайн

2012/01: Концепція бічного ланцюга біткойна вперше була запропонована
2014/10:Опубліковано статтю про бічні ланцюги Біткоїна
2017/04:Запуск тестової мережі POA Network
2017/10: Запуск Matic Network
2017/12: Запуск основної мережі POA Network
2018/01: Запуск тестової мережі Skale
2018/10: Запуск тестової мережі xDai Chain
2020/06:Запуск основної мережі Skale
2020/06:Запуск основної мережі Matic PoS Chain
2021/02: Matic Network перейменовано в Polygon Network
2021/02: Запуск основної мережі Ronin бічної лінії Axie Infinity
2021/12: xDai Chain об'єдналася з Gnosis Dao і утворила Gnosis Chain
2022/03: Мережу POA об'єднано з Gnosis Chain

3.2.3 Технічний принцип

Бокові ланцюги мають дві основні технології міжланцюгової взаємодії:

Двостороння прив'язка ( Симетрична прив'язка ): основний ланцюг і перевіряючі бокового ланцюга в реальному часі записують стан один одного.

Основний процес:

Користувач відправляє активи на спеціальну адресу
Після закінчення періоду підтвердження подати доказ на бічний ланцюг
Чекати завершення періоду виклику
Користувачі можуть використовувати новозапущені упаковані активи на сайдчейні

Некомпенсоване закріплення ( Асиметричне закріплення ): валідатори побічного ланцюга контролюють активність основного ланцюга, основний ланцюг перевіряє транзакції побічного ланцюга через механізм сертифікаторів.

Записи сертифікаторів:

ID смарт-контракту, ID валідатора та інша інформація
Список передач
Список звітів про помилки
Агегувати всі підписи

Наразі більше бічних ланцюгів використовують третіх сторін-нотаріусів (PoA) або Relayers як проміжний шар для реалізації міжланцюгових зв'язків.

Підсумок механізму бічного ланцюга: бічний ланцюг: головний ланцюг блокує активи, бічний ланцюг генерує упаковані активи

Бічний ланцюг -> Головний ланцюг: знищення упакованих активів з бічного ланцюга, розблокування активів на головному ланцюзі

Безпека активів у бічному ланцюзі залежить від механізму консенсусу бічного ланцюга.

3.2.4 Плюси та мінуси

Переваги:

Швидке підтвердження
Низькі комісії
Висока пропускна здатність
Висока гнучкість

Недоліки:

Низька безпека
Низький рівень децентралізації
Вартість крос-ланцюга висока
Дисперсія ліквідності

3.2.5 Застосування

Основні включають xDai( тепер Gnosis Chain), Polygon та Ronin.

xDai(Gnosis Chain):

Запуск основної мережі в вересні 2018 року
Об'єднання з Gnosis у листопаді 2021 року
Використання механізму консенсусу PoSDAO
Наразі TVL приблизно $53M, є 35 активних проектів

Багатокутник:

засновано в 2017 році
Запуск основної мережі в червні 2020 року
Наразі трансформується в агрегатор розширення L2
Має понад 37 тис. DApp, загальна кількість транзакцій 1,8 млрд, понад 135 млн користувачів

Ронін:

Запуск основної мережі у березні 2021 року
для розробки гри Axie Infinity
Використання консенсусу PoA, максимум 25 валідаторів
Піддавався серйозним хакерським атакам

3.2.6 Порівняння застосунків

xDai зосереджується на платіжних сценаріях, Polygon розвивається як агрегатор масштабування, Ronin спеціально розроблений для ігор. В цілому, бічні ланцюги демонструють хорошу продуктивність і гнучкість, але мають недоліки в безпеці та децентралізації.

! Глибокий звіт про дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз офчейн-експансії

3.3 Плазма

3.3.1 Резюме

Plasma є фреймворком для створення масштабованих DApp, який має на меті зменшити довіру користувачів до оператора побічного ланцюга до мінімуму. Основний принцип Plasma полягає в тому, що навіть якщо на ланцюзі Plasma виникає проблеми з безпекою, активи користувачів все ще можуть бути повернені в основну мережу.

3.3.2 Часова лінія

2017/08: Віталік та Джозеф Пун представили білий папір Plasma
2018/01: Віталік запропонував Plasma MVP
2018/03:Віталік запропонував Plasma Cash
2018/06: Дан Робінсон запропонував Plasma Debit
2018/11: Фонд BANKEX запропонував Plasma Prime
Кінець 2018 року: розробка зупинилася
З 2019 року: спільнота Ethereum почала досліджувати Rollups

3.3.3 Технічний принцип

Три основні ідеї:

Позаблокчейнове виконання: основна мережа не перевіряє всі транзакції
Обіцянка стану: Оператор регулярно подає корінь Меркла
Механізм виходу: користувач повинен довести наявність коштів для виведення

Використання процесу:

Користувач робить депозит в основному мережевому контракті
Користувач проводить транзакції в мережі Plasma
Оператор запаковує транзакцію та подає зобов'язання про стан
Користувач повинен подати докази виходу та чекати період оскарження

! Звіт про глибоке дослідження на 10 000 слів: комплексний аналіз масштабування поза мережею

3.3.4 Плюси та мінуси

Переваги:

Висока пропускна спроможність
Низькі комісії
Наследование безпеки основної мережі

Недоліки:

Складний механізм виходу
Проблема доступності даних
обмежена функціональність смарт-контрактів
Проблема масового виходу

3.3.5 Додаток

Основні включають

Переглянути оригінал

Ця сторінка може містити контент третіх осіб, який надається виключно в інформаційних цілях (не в якості запевнень/гарантій) і не повинен розглядатися як схвалення його поглядів компанією Gate, а також як фінансова або професійна консультація. Див. Застереження для отримання детальної інформації.

10 лайків