Explicação Profunda sobre a Expansão fora da cadeia
1. A Necessidade de Escalabilidade
A visão futura da blockchain é alcançar descentralização, segurança e escalabilidade, mas geralmente só é possível satisfazer dois desses aspectos ao mesmo tempo, o que é conhecido como o problema do triângulo impossível da blockchain. Durante anos, as pessoas têm explorado como aumentar a capacidade de processamento e a velocidade das transações da blockchain, garantindo ao mesmo tempo a descentralização e a segurança, ou seja, resolver o problema de escalabilidade, que é um dos tópicos mais quentes no processo de desenvolvimento atual da blockchain.
A descentralização, segurança e escalabilidade da blockchain podem ser definidas da seguinte forma:
Descentralizado: qualquer pessoa pode se tornar um nó e participar da produção e validação do sistema de blockchain; quanto maior o número de nós, maior o grau de descentralização.
Segurança: Quanto maior o custo necessário para obter o controle do sistema de blockchain, maior a segurança, e a cadeia pode resistir a ataques de uma proporção maior de participantes.
Escalabilidade: a capacidade da blockchain de processar um grande volume de transações.
A primeira grande bifurcação do blockchain do Bitcoin surgiu devido a problemas de escalabilidade. Com o aumento do número de usuários e do volume de transações, a rede Bitcoin, com um limite de bloco de 1MB, começou a enfrentar congestionamento. A partir de 2015, a comunidade Bitcoin começou a ter divergências sobre a questão da escalabilidade, o que levou à primeira grande bifurcação na história do Bitcoin em 1 de agosto de 2017, resultando na criação de uma nova moeda, BCH.
Da mesma forma, a rede Ethereum também opta por sacrificar uma parte da escalabilidade para garantir a segurança e a descentralização. Embora a Ethereum não limite diretamente o tamanho do bloco, mas sim defina um teto para as taxas de gás de um único bloco, o objetivo é alcançar um consenso sem confiança e garantir uma ampla distribuição de nós.
Desde os CryptoKitties de 2017 até o surgimento posterior de aplicações como DeFi, GameFi e NFT, a demanda do mercado por throughput tem aumentado continuamente. Mas mesmo o Ethereum, que é Turing completo, consegue processar apenas 15-45 transações por segundo, levando ao aumento dos custos de transação e ao prolongamento do tempo de liquidação, tornando a maioria das DApps insustentáveis em termos de custos operacionais, e toda a rede se torna lenta e cara. Portanto, o problema da escalabilidade da blockchain precisa ser resolvido urgentemente. A solução ideal de escalabilidade deve aumentar a velocidade e o throughput das transações tanto quanto possível, sem sacrificar a descentralização e a segurança.
2. Tipos de soluções de escalabilidade
Podemos classificar as soluções de escalabilidade em duas grandes categorias, a saber, escalabilidade on-chain e escalabilidade fora da cadeia, com base no critério "se altera um nível da mainnet".
2.1 Expansão na cadeia
Conceito central: solução que atinge um efeito de escalabilidade através da alteração de um nível do protocolo da rede principal, sendo atualmente a principal solução a fragmentação.
A escalabilidade na cadeia tem várias soluções, este artigo não irá discutir em detalhe, apenas enumerará duas:
A opção um é expandir o espaço do bloco, ou seja, aumentar o número de transações empacotadas em cada bloco, mas isso aumentará os requisitos para dispositivos de nós de alto desempenho, elevará a barreira de entrada para os nós e diminuirá o grau de descentralização.
A opção dois é a fragmentação, que divide o livro-razão da blockchain em várias partes, sendo cada fragmento responsável por diferentes registros, permitindo que cálculos paralelos possam processar várias transações simultaneamente; isso pode reduzir a pressão computacional nos nós e a barreira de entrada, aumentando a velocidade de processamento das transações e o grau de descentralização; mas significa que o poder computacional da rede é disperso, o que pode reduzir a segurança de toda a rede.
Alterar um protocolo de rede principal pode ter efeitos negativos imprevisíveis, pois qualquer vulnerabilidade de segurança subjacente pode ameaçar gravemente a segurança de toda a rede.
2.2 fora da cadeia expansão
Conceito central: solução de escalabilidade que não altera o protocolo da camada principal existente.
A solução de escalabilidade fora da cadeia pode ser dividida em Layer2 e outras soluções:
3. Profundidade da solução de expansão fora da cadeia
3.1 Canais de Estado
3.1.1 Resumo
Os canais de estado estipulam que os usuários só precisam interagir com a rede principal ao abrir, fechar ou resolver disputas no canal, realizando as interações entre os usuários fora da cadeia, de forma a reduzir o tempo e o custo das transações, permitindo que o número de transações não tenha limites.
Os canais de estado são protocolos P2P simples, adequados para "aplicações baseadas em turnos", como jogos de xadrez entre duas pessoas. Cada canal é gerido por um contrato inteligente multi-assinatura que opera na rede principal, que controla os ativos depositados no canal, valida as atualizações de estado e arbitra disputas entre os participantes. Após a implementação do contrato, os participantes depositam fundos e os bloqueiam; após a confirmação das assinaturas de ambas as partes, o canal é oficialmente aberto. O canal permite que os participantes realizem transações gratuitas fora da cadeia, sem limites de quantidade, desde que o valor líquido da transferência não exceda o total de tokens depositados. Os participantes alternam o envio de atualizações de estado um ao outro, aguardando a confirmação da assinatura da outra parte. Assim que a outra parte confirmar a assinatura, essa atualização de estado é considerada concluída. Normalmente, as atualizações de estado acordadas por ambas as partes não são carregadas na rede principal; apenas em caso de disputa ou ao fechar o canal é que se confia na confirmação da rede principal. Ao fechar o canal, qualquer participante pode solicitar uma transação na rede principal; se obtiver a aprovação de todas as assinaturas, a execução é imediata; caso contrário, deve aguardar o término do "período de contestação" para receber os fundos restantes.
Em suma, a solução de canais de estado pode reduzir significativamente a carga computacional da rede principal, aumentar a velocidade das transações e diminuir os custos das transações.
(# 3.1.2 Linha do tempo
2015/02: Joseph Poon e Thaddeus Dryja publicam o rascunho do white paper da Lightning Network.
2015/11: Jeff Coleman fez a primeira síntese sistemática do conceito de State Channel, propondo que o Payment Channel do Bitcoin é um subcaso do conceito de State Channel.
2016/01: Joseph Poon e Thaddeus Dryja publicaram oficialmente o white paper "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments" propondo o esquema de escalabilidade do Bitcoin Lightning Network, o Payment Channel.
2017/11: Proposta da primeira especificação de design Sprites sobre State Channel, baseada no framework Payment Channel.
2018/06:Counterfactual apresentou um design detalhado de Canais de Estado Generalizados, que é o primeiro design completamente relacionado a canais de estado.
2018/10: O artigo Generalised State Channel Networks apresentou os conceitos de State Channel Networks e Virtual Channels.
2019/02: O conceito de canais de estado foi expandido para N-Party Channels, Nitro é o primeiro protocolo baseado nessa ideia.
2019/10: A Pisa expandiu o conceito de Watchtowers para resolver o problema de todos os participantes precisarem estar online continuamente.
2020/03: A Hydra apresentou Canais Isomórficos Rápidos.
)# 3.1.3 Princípios técnicos
O fluxo de trabalho geral de um canal de estado é o seguinte:
Alice e Bob depositam fundos do EOA pessoal para o endereço do contrato na cadeia, esses fundos são bloqueados no contrato até que o canal seja fechado e retornem ao usuário; após a confirmação da assinatura de ambos, o canal é oficialmente aberto.
Alice e Bob podem realizar transações ilimitadas fora da cadeia, os participantes comunicam-se através de mensagens assinadas criptograficamente. Ambas as partes precisam assinar cada transação para evitar fraudes de gasto duplo. Através dessas mensagens, eles propõem atualizações de estado de suas contas e aceitam as atualizações de estado propostas pelo outro.
Se Alice quiser fechar o canal, deve submeter o estado final da sua conta ao contrato. Se Bob assinar e aprovar, o contrato liberará os fundos bloqueados de acordo com o estado final, devolvendo-os ao usuário correspondente. Se Bob não responder à assinatura, o contrato liberará os fundos de volta ao usuário correspondente após o término do período de contestação.
Em um cenário pessimista, se Bob não responder à assinatura da atualização de estado enviada por Alice em algum momento, Alice pode iniciar um desafio submetendo ao contrato seu último estado válido. O contrato então permite que Bob responda dentro de um determinado período, submetendo o próximo estado ao contrato; se Bob responder, ambos podem continuar a negociar dentro do canal de estado; se Bob não responder dentro desse período, o contrato fecha automaticamente o canal de estado e devolve os fundos a Alice.
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(# 3.1.4 Vantagens e desvantagens
Vantagens:
Transações instantâneas: sem necessidade de esperar pela confirmação do bloco
Alta taxa de transferência: o número de transações fora da cadeia não é limitado
Baixo custo: apenas é necessário pagar taxas na cadeia ao abrir e fechar o canal
Privacidade: detalhes das transações fora da cadeia não serão divulgados
Desvantagens:
Bloqueio de fundos: Os fundos são bloqueados durante o período de abertura do canal.
Requisitos online: os participantes precisam estar online para assinar atualizações de status
Baixa combinabilidade: não é adequado para interações complexas entre múltiplas partes
A segurança depende: depende de serviços de monitoramento externos ) como Watchtowers ### para prevenir comportamentos maliciosos.
(# 3.1.5 Aplicação
Rede Lightning do Bitcoin:
Canal de pagamento de baixo valor baseado na rede Bitcoin, utilizando um canal de pagamento unidirecional construído com 2/2 multi-assinatura, aumentando o RSMC para construir um canal de pagamento bidirecional, e, em seguida, aumentando o HTLC para expandir o canal de pagamento para pagamentos em grupo, finalmente construindo uma rede de pagamento.
Em fevereiro de 2015, foi proposta a minuta do white paper, e em janeiro de 2016, foi lançada a versão oficial do white paper.
A primeira versão da mainnet foi lançada em março de 2018.
Em 2021, El Salvador adotou o Bitcoin como moeda de curso legal e lançou a carteira Chivo baseada na rede Lightning.
Em 2022, houve 76.236 canais de pagamento, com um total de 5049 BTC.
Desenvolvimento ecológico: desde a rede BTC de base até soluções de infraestrutura central ), serviços de nós e liquidez ###, até vários serviços de pagamento e financeiros, bem como aplicações.
Rede Lightning do Ethereum:
Canal de pagamento de baixo valor baseado em Ethereum, semelhante à rede Lightning.
Fundada em 2017, realizou ICO em outubro do mesmo ano.
Em maio de 2020, o primeiro Raiden Light Client foi lançado na rede principal do Ethereum.
Atualmente não é amplamente adotado, as razões incluem barreiras de entrada elevadas e o surgimento de tecnologias de escalabilidade mais avançadas.
Está a ser transformado para operar na rede Rollup Layer2 do Ethereum, reduzindo os custos de Gas para a criação de State Channels.
Celer Network:
Essencialmente, foi adicionada uma camada de incentivos ( do token $CELR) da rede Lightning, construindo DApps de blockchain do tipo interação de alta frequência através de tecnologia de expansão fora da cadeia e um modelo econômico incentivador.
Adequado para plataformas de e-sports e outros cenários de interação de alta frequência.
Fundada em 2018, o token $CELR foi lançado na Binance Launchpad em março de 2019.
Atualmente, foram lançados produtos como o protocolo DeFi Layer2.finance, o protocolo de informações entre cadeias Celer IM e a ponte de ativos cBridge.
(# 3.1.6 Comparação de Aplicações
A rede Lightning do Bitcoin, a rede Lightning do Ethereum e a Celer Network são semelhantes em termos de design, todas baseadas em soluções de escalabilidade fora da cadeia com canais de estado. A principal diferença é:
Blockchain de camada base: a Lightning Network do Bitcoin é baseada no Bitcoin, enquanto a Lightning Network e a Celer Network são baseadas no Ethereum.
Cenários de aplicação:
A Lightning Network é principalmente utilizada para pagamentos de pequena quantia em Bitcoin
A rede Lightning visa suportar pagamentos de tokens ERC20 na Ethereum
A Celer Network tem um objetivo mais amplo, suportando DApps com interações de alta frequência.
Características técnicas:
A Lightning Network utiliza HTLC para realizar pagamentos de múltiplos saltos
A rede Lightning adota um mecanismo semelhante
A Celer Network adicionou uma camada de incentivos e uma camada de roteamento de estados
Fase de desenvolvimento:
A rede Lightning já está bastante madura, com um bom desenvolvimento ecológico.
A rede Lightning está a desenvolver-se lentamente, com uma taxa de utilização baixa
A Celer Network está se transformando em uma plataforma de agregação de múltiplas cadeias.
Economia de tokens:
Rede Lightning sem token nativo
A Rede Lightning e a Celer Network emitiram os seus próprios tokens
) 3.2 Sidechains
3.2.1 Resumo
O conceito de sidechain foi proposto pela primeira vez em 2012 no chat dos desenvolvedores do Bitcoin, e em 2014, um pesquisador da Blockstream escreveu o primeiro artigo relacionado.
As cadeias laterais surgiram como uma forma de blockchain para acelerar as transações de Bitcoin, podendo utilizar contratos mais complexos, ou através da melhoria do mecanismo de consenso ### como PoS ###, ou ajustando os parâmetros dos blocos para tornar a cadeia lateral adequada a usos específicos. Os resultados das transações da cadeia lateral são, finalmente, registrados na validação ao serem enviados de volta para a cadeia principal.
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LiquidationAlert
· 7h atrás
Não fique nervoso. Você teve prejuízos no início, mas ainda está vivo, não está?
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not_your_keys
· 7h atrás
Uma cadeia que corre rapidamente é sempre confiável?
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RuntimeError
· 7h atrás
São apenas algumas linhas de texto. Você aprendeu algo?
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ForkItAll
· 7h atrás
O problema do triângulo diz tudo...
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NotFinancialAdvice
· 7h atrás
Bom Deus, depois de tanto falar, é a Trindade Profana novamente.
Análise das soluções de escalabilidade fora da cadeia: comparação dos princípios e aplicações das tecnologias State Channels e Sidechains
Explicação Profunda sobre a Expansão fora da cadeia
1. A Necessidade de Escalabilidade
A visão futura da blockchain é alcançar descentralização, segurança e escalabilidade, mas geralmente só é possível satisfazer dois desses aspectos ao mesmo tempo, o que é conhecido como o problema do triângulo impossível da blockchain. Durante anos, as pessoas têm explorado como aumentar a capacidade de processamento e a velocidade das transações da blockchain, garantindo ao mesmo tempo a descentralização e a segurança, ou seja, resolver o problema de escalabilidade, que é um dos tópicos mais quentes no processo de desenvolvimento atual da blockchain.
A descentralização, segurança e escalabilidade da blockchain podem ser definidas da seguinte forma:
A primeira grande bifurcação do blockchain do Bitcoin surgiu devido a problemas de escalabilidade. Com o aumento do número de usuários e do volume de transações, a rede Bitcoin, com um limite de bloco de 1MB, começou a enfrentar congestionamento. A partir de 2015, a comunidade Bitcoin começou a ter divergências sobre a questão da escalabilidade, o que levou à primeira grande bifurcação na história do Bitcoin em 1 de agosto de 2017, resultando na criação de uma nova moeda, BCH.
Da mesma forma, a rede Ethereum também opta por sacrificar uma parte da escalabilidade para garantir a segurança e a descentralização. Embora a Ethereum não limite diretamente o tamanho do bloco, mas sim defina um teto para as taxas de gás de um único bloco, o objetivo é alcançar um consenso sem confiança e garantir uma ampla distribuição de nós.
Desde os CryptoKitties de 2017 até o surgimento posterior de aplicações como DeFi, GameFi e NFT, a demanda do mercado por throughput tem aumentado continuamente. Mas mesmo o Ethereum, que é Turing completo, consegue processar apenas 15-45 transações por segundo, levando ao aumento dos custos de transação e ao prolongamento do tempo de liquidação, tornando a maioria das DApps insustentáveis em termos de custos operacionais, e toda a rede se torna lenta e cara. Portanto, o problema da escalabilidade da blockchain precisa ser resolvido urgentemente. A solução ideal de escalabilidade deve aumentar a velocidade e o throughput das transações tanto quanto possível, sem sacrificar a descentralização e a segurança.
2. Tipos de soluções de escalabilidade
Podemos classificar as soluções de escalabilidade em duas grandes categorias, a saber, escalabilidade on-chain e escalabilidade fora da cadeia, com base no critério "se altera um nível da mainnet".
2.1 Expansão na cadeia
Conceito central: solução que atinge um efeito de escalabilidade através da alteração de um nível do protocolo da rede principal, sendo atualmente a principal solução a fragmentação.
A escalabilidade na cadeia tem várias soluções, este artigo não irá discutir em detalhe, apenas enumerará duas:
A opção um é expandir o espaço do bloco, ou seja, aumentar o número de transações empacotadas em cada bloco, mas isso aumentará os requisitos para dispositivos de nós de alto desempenho, elevará a barreira de entrada para os nós e diminuirá o grau de descentralização.
A opção dois é a fragmentação, que divide o livro-razão da blockchain em várias partes, sendo cada fragmento responsável por diferentes registros, permitindo que cálculos paralelos possam processar várias transações simultaneamente; isso pode reduzir a pressão computacional nos nós e a barreira de entrada, aumentando a velocidade de processamento das transações e o grau de descentralização; mas significa que o poder computacional da rede é disperso, o que pode reduzir a segurança de toda a rede.
Alterar um protocolo de rede principal pode ter efeitos negativos imprevisíveis, pois qualquer vulnerabilidade de segurança subjacente pode ameaçar gravemente a segurança de toda a rede.
2.2 fora da cadeia expansão
Conceito central: solução de escalabilidade que não altera o protocolo da camada principal existente.
A solução de escalabilidade fora da cadeia pode ser dividida em Layer2 e outras soluções:
3. Profundidade da solução de expansão fora da cadeia
3.1 Canais de Estado
3.1.1 Resumo
Os canais de estado estipulam que os usuários só precisam interagir com a rede principal ao abrir, fechar ou resolver disputas no canal, realizando as interações entre os usuários fora da cadeia, de forma a reduzir o tempo e o custo das transações, permitindo que o número de transações não tenha limites.
Os canais de estado são protocolos P2P simples, adequados para "aplicações baseadas em turnos", como jogos de xadrez entre duas pessoas. Cada canal é gerido por um contrato inteligente multi-assinatura que opera na rede principal, que controla os ativos depositados no canal, valida as atualizações de estado e arbitra disputas entre os participantes. Após a implementação do contrato, os participantes depositam fundos e os bloqueiam; após a confirmação das assinaturas de ambas as partes, o canal é oficialmente aberto. O canal permite que os participantes realizem transações gratuitas fora da cadeia, sem limites de quantidade, desde que o valor líquido da transferência não exceda o total de tokens depositados. Os participantes alternam o envio de atualizações de estado um ao outro, aguardando a confirmação da assinatura da outra parte. Assim que a outra parte confirmar a assinatura, essa atualização de estado é considerada concluída. Normalmente, as atualizações de estado acordadas por ambas as partes não são carregadas na rede principal; apenas em caso de disputa ou ao fechar o canal é que se confia na confirmação da rede principal. Ao fechar o canal, qualquer participante pode solicitar uma transação na rede principal; se obtiver a aprovação de todas as assinaturas, a execução é imediata; caso contrário, deve aguardar o término do "período de contestação" para receber os fundos restantes.
Em suma, a solução de canais de estado pode reduzir significativamente a carga computacional da rede principal, aumentar a velocidade das transações e diminuir os custos das transações.
(# 3.1.2 Linha do tempo
)# 3.1.3 Princípios técnicos
O fluxo de trabalho geral de um canal de estado é o seguinte:
Alice e Bob depositam fundos do EOA pessoal para o endereço do contrato na cadeia, esses fundos são bloqueados no contrato até que o canal seja fechado e retornem ao usuário; após a confirmação da assinatura de ambos, o canal é oficialmente aberto.
Alice e Bob podem realizar transações ilimitadas fora da cadeia, os participantes comunicam-se através de mensagens assinadas criptograficamente. Ambas as partes precisam assinar cada transação para evitar fraudes de gasto duplo. Através dessas mensagens, eles propõem atualizações de estado de suas contas e aceitam as atualizações de estado propostas pelo outro.
Se Alice quiser fechar o canal, deve submeter o estado final da sua conta ao contrato. Se Bob assinar e aprovar, o contrato liberará os fundos bloqueados de acordo com o estado final, devolvendo-os ao usuário correspondente. Se Bob não responder à assinatura, o contrato liberará os fundos de volta ao usuário correspondente após o término do período de contestação.
Em um cenário pessimista, se Bob não responder à assinatura da atualização de estado enviada por Alice em algum momento, Alice pode iniciar um desafio submetendo ao contrato seu último estado válido. O contrato então permite que Bob responda dentro de um determinado período, submetendo o próximo estado ao contrato; se Bob responder, ambos podem continuar a negociar dentro do canal de estado; se Bob não responder dentro desse período, o contrato fecha automaticamente o canal de estado e devolve os fundos a Alice.
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(# 3.1.4 Vantagens e desvantagens
Vantagens:
Desvantagens:
(# 3.1.5 Aplicação
Rede Lightning do Bitcoin:
Rede Lightning do Ethereum:
Celer Network:
(# 3.1.6 Comparação de Aplicações
A rede Lightning do Bitcoin, a rede Lightning do Ethereum e a Celer Network são semelhantes em termos de design, todas baseadas em soluções de escalabilidade fora da cadeia com canais de estado. A principal diferença é:
Blockchain de camada base: a Lightning Network do Bitcoin é baseada no Bitcoin, enquanto a Lightning Network e a Celer Network são baseadas no Ethereum.
Cenários de aplicação:
Características técnicas:
Fase de desenvolvimento:
Economia de tokens:
) 3.2 Sidechains
3.2.1 Resumo
O conceito de sidechain foi proposto pela primeira vez em 2012 no chat dos desenvolvedores do Bitcoin, e em 2014, um pesquisador da Blockstream escreveu o primeiro artigo relacionado.
As cadeias laterais surgiram como uma forma de blockchain para acelerar as transações de Bitcoin, podendo utilizar contratos mais complexos, ou através da melhoria do mecanismo de consenso ### como PoS ###, ou ajustando os parâmetros dos blocos para tornar a cadeia lateral adequada a usos específicos. Os resultados das transações da cadeia lateral são, finalmente, registrados na validação ao serem enviados de volta para a cadeia principal.