off-chain genişleme Derinlik analizi

1. Ölçeklenmenin Gerekliliği

Blockchain'ın gelecekteki vizyonu merkeziyetsizlik, güvenlik ve ölçeklenebilirliktir, ancak genellikle bunlardan yalnızca ikisi gerçekleştirilebilir; bu, blok zincirinin imkansız üçgen sorunudur. Yıllar boyunca insanlar, merkeziyetsizlik ve güvenliği sağlarken blok zincirinin işlem hacmini ve işlem hızını artırmanın yollarını araştırdılar; yani ölçeklendirme sorununu çözmeyi.

Öncelikle blok zincirinin merkeziyetsizliğini, güvenliğini ve ölçeklenebilirliğini tanımlayalım:

• Merkezsizleşme: Herkes, blok zinciri sistemine katılmak için bir düğüm olabilir, düğüm sayısı ne kadar fazla olursa, merkezsizleşme derecesi o kadar yüksek olur.
• Güvenlik: Blok zinciri sisteminin kontrolünü ele geçirmenin maliyeti ne kadar yüksekse, güvenlik o kadar yüksektir, zincir daha büyük bir katılımcı oranına karşı saldırılara direnç gösterebilir.
• Ölçeklenebilirlik: Blockchain'in büyük miktarda işlemi işleme yeteneği.

Bitcoin ağı üzerindeki ilk büyük hard fork, ölçeklenme sorunlarından kaynaklanmaktadır. Kullanıcı sayısı ve işlem hacmi arttıkça, 1MB blok sınırına sahip Bitcoin ağı tıkanma sorunuyla karşılaşmaya başladı. 2015 yılından itibaren Bitcoin topluluğunda ölçeklenme konusunda görüş ayrılıkları ortaya çıktı ve bu durum, 1 Ağustos 2017'de Bitcoin tarihindeki ilk büyük hard fork'un gerçekleşmesine yol açarak yeni bir kripto para birimi olan BCH'nin doğmasına neden oldu.

Aynı şekilde, Ethereum ağı da güvenliğini ve merkeziyetsizliğini sağlamak için bir miktar ölçeklenebilirlikten fedakarlık etmeyi seçmiştir. Ethereum, Bitcoin gibi blok boyutunu sınırlamasa da, dolaylı olarak tek bir blokta barındırılabilecek yakıt ücretlerine bir üst sınır koymaktadır; bu amaç, Güvenilmez Konsensüsü sağlamak ve düğümlerin geniş bir dağılımını temin etmektir.

2017 yılındaki CryptoKitties, DeFi yazı, ardından GameFi ve NFT gibi zincir üzerindeki uygulamaların ortaya çıkmasıyla birlikte, piyasanın işlem hacmi talebi sürekli artmaktadır, ancak Ethereum hala saniyede yalnızca 15-45 işlem gerçekleştirebilmektedir. Bu, işlem maliyetlerinin artmasına, uzlaşma sürelerinin uzamasına yol açmakta ve çoğu DApp işletme maliyetlerini karşılamakta zorlanmaktadır; tüm ağ kullanıcılar için hem yavaş hem de pahalı hale gelmektedir ve blok zinciri ölçeklenme sorununun acil bir şekilde çözülmesi gerekmektedir. İdeal ölçekleme çözümü, merkeziyetsizlik ve güvenlikten ödün vermeden, ağın işlem hızını ve hacmini mümkün olduğunca artırmaktır.

2. Ölçeklenebilirlik Çözüm Türleri

"Ana ağda bir katman değişip değişmeyeceği" standart olarak alarak, genişletme planlarını iki ana kategoriye ayırıyoruz: on-chain genişletme ve off-chain genişletme.

2.1 zincir üzerinde genişleme

Temel kavram: Bir ana ağ protokolünü değiştirerek ölçeklendirme etkisi elde etme çözümü; mevcut ana çözüm parçalama (sharding) olarak bilinmektedir.

Zincir üstü genişletme için çeşitli çözümler vardır, bu makalede ayrıntılı olarak ele alınmayacak, kısaca iki tanesi listelenecektir:

• Plan bir, blok alanını genişletmek, yani her bloğun paketleyebileceği işlem sayısını artırmak, ancak bu durum yüksek performanslı düğüm cihazlarına olan talepleri artıracak ve "merkeziyetsizlik" seviyesini düşürecektir.

• İkinci seçenek parçalama, blok zinciri defterini birkaç kısma ayırmaktır, farklı düğümler farklı muhasebe işlemlerinden sorumludur. Bu, düğümlerin hesaplama yükünü ve katılım eşiğini düşürebilir, işlem işleme hızını ve merkeziyetsizlik derecesini artırabilir; ancak bu, ağın toplam hesaplama gücünün dağılmasını ifade eder, bu da genel ağın "güvenliğini" azaltabilir.

Ana ağ protokolünü değiştirmek, temel düzeydeki en küçük güvenlik açıklarının tüm ağ güvenliğini ciddi şekilde tehdit etmesi nedeniyle, tahmin edilemeyen olumsuz etkiler yaratabilir.

2.2 off-chain genişleme

Temel kavram: Mevcut birinci katman ana ağ protokolünü değiştirmeden ölçeklendirme çözümü.

off-chain genişletme çözümleri, Layer2 ve diğer çözümler olarak daha da ayrılabilir:

• Layer2: Ana zincirin üzerinde inşa edilen ikinci katman ağı
• Yan zinciri: Ana zincir ile paralel çalışan bağımsız bir blok zinciri
• Plasma: Özel bir yan zincir
• Validium: Verilerin kullanılabilirliği için off-chain genişletme çözümü

3. off-chain genişletme planı

3.1 Eyalet Kanalları

3.1.1 Özet

Durum kanalları, kullanıcıların yalnızca kanal açıldığında, kapatıldığında veya anlaşmazlık çözüldüğünde ana ağ ile etkileşimde bulunmaları gerektiğini belirtir; kullanıcılar arasındaki etkileşimlerin off-chain gerçekleştirilmesi, işlem sürelerini ve maliyetlerini azaltarak sınırsız işlem sayısına ulaşılmasını sağlar.

Durum kanalları, "tur bazlı uygulamalar" için uygun olan basit bir P2P protokolüdür, örneğin iki kişilik satranç oyunu. Her kanal, ana ağda çalışan çok imzalı akıllı kontratlar tarafından yönetilmektedir; bu kontratlar, kanala yatırılan varlıkları kontrol eder, durum güncellemelerini doğrular ve katılımcılar arasındaki anlaşmazlıkları hakemlik eder. Katılımcılar, ağda kontratı dağıttıktan sonra, fon yatırır ve kilitler, taraflar imzalarını onayladıktan sonra kanal resmen açılır. Kanal, katılımcılar arasında, yatırılan token toplamı ('i aşmadığı sürece, sınırsız sayıda off-chain ücretsiz işlem yapmalarına izin verir ). Katılımcılar sırayla birbirlerine durum güncellemeleri gönderir ve diğerinin imzasını onaylamasını bekler. Normalde, tarafların üzerinde anlaştığı durum güncellemeleri ana ağa yüklenmez; yalnızca bir anlaşmazlık çıktığında veya kanal kapandığında ana ağa onaylanması için başvurulur. Kanal kapandığında, herhangi bir katılımcı ana ağda işlem talebinde bulunabilir; eğer tüm imzaların onayı alınırsa hemen gerçekleştirilir; aksi takdirde, kalan fonları almak için "mücadele süresi"nin sona ermesini beklemek gerekir.

Özetle, 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 yayınladılar.
• 2015/11: Jeff Coleman, State Channel kavramını sistematik olarak özetleyen ilk kişi oldu ve Bitcoin'in Payment Channel'ının State Channel'ın bir alt örneği olduğunu önerdi.
• 2016/01: Joseph Poon ve Thaddeus Dryja, Bitcoin için Lightning Network ölçeklendirme çözümü olan Payment Channel'ı öneren Lightning Network beyaz kağıdını resmi olarak yayınladılar.
• 2017/11: Payment Channel çerçevesine dayanan ilk State Channel tasarım standardı Sprites önerildi.
• 2018/06: Counterfactual, Genel Durum Kanalları tasarımını detaylı bir şekilde önerdi.
• 2018/10: Genelleştirilmiş Durum Kanal Ağları, Durum Kanal Ağları ve Sanal Kanallar kavramlarını ortaya koydu.
• 2019/02: Durum kanalı kavramı N-Party Kanalları'na genişletildi, Nitro bu fikre dayanan ilk protokoldür.
• 2019/10:Pisa, tüm katılımcıların sürekli çevrimiçi olma ihtiyacını çözmek için Watchtowers kavramını genişletti.
• 2020/03:Hydra, Hızlı İzomorfik Kanallar'ı önerdi.

3.1.3 Teknik Prensip

Durum kanallarının çalışma süreci:

1. Alice ve Bob, bireysel EOA'larından fonları zincir üzerindeki sözleşme adresine yatırarak bu fonların sözleşmede kilitlenmesini sağladı. İkili imzalarını onayladıktan sonra, durum kanalı resmi olarak açıldı.

2. Alice ve Bob, off-chain sınırsız sayıda işlem gerçekleştirebilir ve birbirleriyle şifreli imza mesajları aracılığıyla iletişim kurabilirler. Her iki taraf da her işlem için imza atmalıdır, böylece çift harcama kötü niyetini önler. Bu mesajlar aracılığıyla, hesaplarının durum güncellemelerini önerirler ve karşı tarafın önerdiği durum güncellemelerini kabul ederler.

3. Eğer Alice kanalı kapatmak ve işlemi sonlandırmak istiyorsa, sözleşmeye kendi hesabının son durumunu sunması gerekir. Eğer Bob imzayı onaylarsa, sözleşme son duruma göre kilitli fonları ilgili kullanıcıya iade edecektir. Eğer Bob imzaya yanıt vermezse, sözleşme, itiraz süresi sona erdikten sonra fonları ilgili kullanıcıya iade edecektir.

3.1.4 Artıları ve Eksileri

Avantajlar:

• Anında onay
• Yüksek işlem hacmi
• Düşük maliyet
• İyi gizlilik

Eksiler:

• Fonların kilitlenmesi gerekiyor
• Katılımcıların sürekli çevrimiçi olması gerekmektedir.
• Çoklu işlemleri işlemek zor.
• Karmaşık akıllı sözleşmelere uygun değildir
• Merkezi risk
• Kullanıcı deneyimi kötü

3.1.5 Uygulama

Bitcoin Lightning Network:

• Bitcoin ağı için küçük ödeme kanalları, off-chain küçük ödeme kanalları ve aracılar aracılığıyla bir işlem ağı oluşturur, Bitcoin ağı genişleme sorununu çözer.
• 2015 Şubat'ta beyaz kağıt taslağı yayınlandı, 2018 Mart'ta ana ağ versiyonu yayınlandı.
• 2022 yılı Kasım ayı itibarıyla, Lightning Network'te toplam 76,236 ödeme kanalı bulunmaktadır ve bu kanallardaki fonlar 5049 BTC'dir.
• Ekosistem, ödeme, cüzdan, düğüm yönetimi, tarayıcı eklentisi gibi 100'den fazla uygulamayı kapsamaktadır.

Ethereum Şimşek Ağı:

• Ethereum tabanlı küçük ödeme kanalı, Lightning Network'e benzer.
• 2017'de kuruldu, 2020 Mayıs'ta ilk ana ağ istemcisi çevrimiçi oldu.
• Şu anda yaygın olarak benimsenmemiştir, bunun nedenleri arasında yüksek kullanım eşiği ve daha gelişmiş ölçeklendirme teknolojilerinin ortaya çıkması gibi faktörler bulunmaktadır.

Celer Network:

• Temelde, teşvik katmanı eklenmiş bir Lightning Network'tür.
• 2018 yılında kuruldu, 2019 Temmuz'da Ethereum ana ağı çevrimiçi oldu.
• Artık çok zincirli destekleyen L2 genişleme toplama platformuna dönüşmüştür, DeFi protokolü Layer2.finance, bilgi çok zincir protokolü Celer IM ve varlık çok zincir köprüsü cBridge gibi ürünler sunulmuştur.

3.2 Yan Zincirleri

3.2.1 Özet

Yan zinciri kavramı ilk olarak 2012 yılında ortaya atılmıştır ve Bitcoin işlemlerini hızlandırmak için geliştirilen bir blok zinciri biçimidir. Yan zincirler daha karmaşık sözleşmeler kullanabilir veya ( gibi PoS) ile konsensüs mekanizmasını geliştirerek veya blok parametrelerini değiştirerek belirli işlevlere uygun hale getirilebilir. Yan zincirlerin işlem sonuçları nihayetinde ana zincire geri gönderildiğinde, doğrulayıcı tarafında kaydedilecektir. Bu blok zinciri modeli, yeni bir blok zinciri biçimi değil, ana zincire eklenen ve ana zincirin sorunlarını çözmesine yardımcı olan bir altyapıdır.

3.2.2 Zaman Çizgisi

• 2012/01: Bitcoin yan zincir kavramı sohbet odasında önerildi
• 2014/10: Bitcoin yan zincir makalesi ilk kez yayımlandı: Symmetric Pegged ve Asymmetric Pegged
• 2017/04: POA Network, Ethereum'in Proof of Authentication konsensüsüne dayalı yan zincir test ağı çevrimiçi oldu.
• 2017/10:Matic Network başlatıldı
• 2017/12:POA Network ana ağı çevrimiçi
• 2018/01: Skales test ağı çevrimiçi
• 2018/10:xDai Chain test ağı çevrimiçi
• 2020/06: Skale ana ağı çevrimiçi
• 2020/06: Ethereum yan zinciri Matic PoS Chain ana ağı çevrimiçi
• 2021/02:Matic Network, Polygon Network olarak yeniden adlandırıldı.
• 2021/02: Axie Infinity oyununun yan zinciri Ronin ana ağı çalışmaya başladı
• 2021/12:xDai Zinciri ile Gnosis Dao, Gnosis Zinciri'ne birleşti
• 2022/03: POA Network, Gnosis Chain ile birleştirildi.

3.2.3 Teknik Prensip

Yan zincirinin teknik prensipleri, iki ana çapraz zincir teknolojisini içerir:

Simetrik Sabit:

• Ana zincir ve yan zincirin doğrulayıcıları, birbirlerinin mevcut durumlarını gerçek zamanlı olarak kaydeder.
• İki yönlü SPV teknolojisi ile bilgi iletimi
• Ana zincir tokenleri yan zincire geçerken, yalnızca yan zincir doğrulayıcıları tarafından açılabilen özel bir çıktı oluşturur.
• Double harcama saldırılarını önlemek için confirmation period ve contest period'un beklenmesi gerekmektedir.

Asimetrik Bağlı:

• Yan zincir doğrulayıcıları ana zincir etkinliklerini gerçek zamanlı olarak izlemelidir.
• Ana zincirden yan zincire transfer (forward transaction) yan zincir tarafından aktif olarak kaydedilir.
• Yan zincirden ana zincire transfer ( geri dönüş işlemi ) için Certifiers mekanizmasının devreye alınması gerekmektedir.
• Sertifikatörler, ana zincire geri göndermek için anahtar bilgileri kaydeder ve toplu imza ile gönderir.

Yan zincir mekanizması özeti:

• Ana zincir→yan zincir: Ana zincir varlıkları kilitler, yan zincir wrapped asset üretir
• Yan zinciri→Ana zincir: Yan zincir wrapped asset'i yok eder, ana zincir varlıkları kilidini açar.

Yan zincir varlıklarının güvenliği, yan zincirin konsensüs mekanizmasına bağlıdır. Eğer birisi yan zincirde varlıkları havadan yaratırsa, fonların çalınma riski olabilir.

3.2.4 Artılar ve Eksiler

Avantajlar:

• İyi ölçeklenebilirlik
• Yüksek derecede özelleştirilmiş
• Ana zincir güvenliği birbirini etkilemez
• Yeni özellikleri deneyebilirsiniz

Eksiler:

• Güvenlik daha zayıf
• Çapraz zincir işlemleri karmaşık
• Likidite Dağılımı
• Bağımsız bir teşvik mekanizmasına ihtiyaç var.
• Merkezileşme Riski

3.2.5 Uygulama

xDai( şu anda Gnosis Chain):

• 2018 Eylül ayında ana ağ çevrimiçi oldu.
• PoSDAO doğrulama modeli benimsenmiştir.
• 2021 yılında Gnosis DAO ile birleşme
• Şu anda TVL yaklaşık $53M, 35 devam eden proje var.

Polygon:

• Matic Network 2017 yılında kuruldu, 2021 yılının Şubat ayında Polygon olarak yeniden adlandırıldı.
• 2020 yılının Haziran ayında Matic PoS Zinciri ve Matic Plasma Zinciri ana ağı yayımlandı
• Şu anda tam yığın L2 çözümüne geçiş yapılıyor
• 37k+ DApp, 1.8B toplam işlem sayısı, 135M+ kullanıcı

Ronin:

• 2021 Mart ayında ana ağın başlatılması, özel