Système de connaissances de base sur le réseau de deuxième couche de Bitcoin

L'essor des inscriptions Bitcoin a apporté une nouvelle vitalité à l'écosystème Bitcoin, attirant à nouveau l'attention de nombreuses personnes sur le Bitcoin. Certains estiment que cela a ouvert la boîte de Pandore de l'écosystème Bitcoin. Dans le développement technologique de l'écosystème Bitcoin, la construction de la couche 2 est cruciale. Cet article résume les connaissances de base sur la couche 2 du Bitcoin, dans l'espoir d'inciter davantage de personnes à affiner leurs idées connexes et à promouvoir le développement de ce domaine.

Il y a des opinions selon lesquelles le monde de la blockchain a commencé avec Bitcoin et se termine avec l'écosystème Bitcoin. Ethereum peut également être considéré comme une exploration de la technologie des chaînes latérales de Bitcoin.

Dans cet article, "construction de couche 2" et "construction de réseau de couche 2" sont considérés comme le même concept, le second étant plus étroit, tandis que le premier est plus large. Pour s'adapter au langage courant de l'industrie, l'article utilisera également "construction de réseau de couche 2".

1. La mission de Layer2

Pour comprendre les problèmes fondamentaux à résoudre dans la construction de la couche 2 du Bitcoin, commençons par les caractéristiques de base du système blockchain.

1.1 Les caractéristiques fondamentales et les besoins de la blockchain

Nous utilisons le concept proposé par Vitalik : "La blockchain est un ordinateur mondial" pour comprendre les diverses caractéristiques de la blockchain. Plus tard, nous analyserons la possibilité de développement de cet "ordinateur mondial" en utilisant la structure de von Neumann de l'ordinateur.

Les caractéristiques fondamentales de la blockchain comprennent :

• Public et transparent : Les caractéristiques de stockage des données et d'exécution des instructions de la blockchain sont également un besoin interne de la coopération des nœuds distribués. Cela répond au droit à l'information des utilisateurs concernant les données.

• Décentralisé : Les caractéristiques d'architecture, le degré et la tolérance aux pannes de la blockchain sont soutenus par le théorème des généraux byzantins. C'est un indicateur important de sécurité.

• Sécurité : composée des besoins internes générés par les caractéristiques de l'architecture et des besoins externes des utilisateurs. Au niveau microscopique, elle est garantie par la cryptographie, et au niveau macroscopique, elle est garantie par la décentralisation.

• Puissance de calcul : l'une des principales fonctionnalités, généralement mesurée par la complétude de Turing. Certaines chaînes sont délibérément conçues pour être non Turing-completes afin de maintenir leurs caractéristiques.

• Performance : les principaux indicateurs de capacité dans des conditions de puissance de calcul équivalentes, généralement mesurés en TPS.

• Stockage : capacité d'enregistrer des données, actuellement principalement stockées dans la blockchain.

• Vie privée : la nécessité de maintenir les limites des droits de données pendant le calcul et le stockage, y compris l'anti-censure.

Ces caractéristiques sont souvent limitées par le "triangle impossible", comme la conjecture DSS ( sur la décentralisation, la sécurité et l'évolutivité ) et le principe CAP ( sur la cohérence, la disponibilité et la tolérance aux partitions ).

1.2 Le rôle de la construction de la deuxième couche

La construction de la couche 2 est principalement utilisée pour étendre les insuffisances du système de couche 1, accomplissant des tâches que le système de couche 1 ne peut pas réaliser. Les principales fonctions incluent :

• Étendre les capacités fondamentales : transparence, décentralisation, sécurité, puissance de calcul, performance, stockage, confidentialité, etc.
• Réduire les coûts : le coût global des transactions exécutées sur un réseau de couche 1 est relativement élevé
• Caractéristiques personnalisées : ajustement du degré de mise en œuvre de diverses caractéristiques pour certaines applications

Résumé en trois dimensions : augmentation de la capacité, réduction des coûts, caractéristiques personnalisées. La construction de la couche deux va peser les différentes capacités de base, et il se peut qu'elle réduise ou abandonne certaines caractéristiques pour obtenir une amélioration significative d'autres caractéristiques.

1.3 Pourquoi faire une conception en couches ?

La conception en couches est une méthodologie pour traiter des systèmes complexes, permettant la modularité, la maintenabilité et l'évolutivité par la division en structures hiérarchiques. Pour un vaste système de protocoles, la conception en couches présente les avantages suivants :

1. Chaque couche est indépendante, il suffit de se concentrer sur les interfaces entre les couches.
2. Bonne flexibilité, les changements d'un seul niveau n'affectent pas les autres niveaux
3. La structure est divisible, chaque couche peut adopter la technologie la plus appropriée
4. Facile à mettre en œuvre et à entretenir
5. Promouvoir la normalisation

La conception modulaire en couches est une méthode efficace dans le domaine technologique pour gérer des projets complexes, collaboratifs et d'amélioration continue.

2. Plusieurs idées de construction pour le Layer2 de Bitcoin

La construction de la deuxième couche de Bitcoin repose principalement sur trois axes :

1. Route d'extension basée sur la chaîne : similaire à une couche 2 EVM, est la structure de la blockchain
2. Route basée sur la distribution : représentée par le réseau Lightning, c'est une structure distribuée
3. Route basée sur un système centralisé : représentée par l'index centralisé, c'est une structure centralisée

Les deux premières méthodes ont leurs caractéristiques, avec des produits déjà utilisés et explorés. La première méthode, en raison du développement d'Ethereum, a de nombreux cas de référence. La deuxième méthode est plus difficile et se développe plus lentement. La troisième méthode est controversée, mais peut également être considérée comme une extension de deuxième couche.

Il n'existe actuellement pas de solution optimale, il est nécessaire de passer par le marché pour vérifier quelle solution a une valeur totale de verrouillage (TVL) plus élevée. Avec le temps et le développement technologique, la solution optimale évoluera.

Tant que l'on s'appuie sur le réseau Bitcoin, en établissant des liens techniques, certaines caractéristiques étant supérieures à celles du réseau de couche 1, cela peut être considéré comme la construction d'un réseau de couche 2 pour Bitcoin. Ainsi, tout système utilisant des BTC comme gaz, avec BTC comme actif sous-jacent, visant à étendre les performances de Bitcoin, est considéré comme une construction de couche 2.

2.1 Construction de la couche deux basée sur la chaîne

Les premières explorations des chaînes imitant le Bitcoin ont inclus diverses initiatives telles que les "jetons colorés", différentes chaînes de fork d'extension et des chaînes latérales. Ethereum peut également être considéré comme une exploration d'amélioration du Bitcoin.

Le développement d'Ethereum a fourni une référence pour les solutions de couche 2 basées sur la chaîne de Bitcoin. Diverses solutions Rollup, solutions inter-chaînes, technologies de canaux de messages, etc., ont permis à l'écosystème Ethereum de prospérer. Mais cela n'est qu'une façon de construire une couche 2, d'autres technologies sont nécessaires pour compléter l'ensemble de l'écosystème.

Bitcoin basé sur la chaîne de deuxième niveau comprend principalement deux types de chaînes :

1. Modèle de compte compatible EVM : comme Ethereum, Polygon, BSC, Arbitrum, etc.
2. Modèle UTXO similaire à Bitcoin : comme Nervos CKB, Chia, etc.

Avantages de la construction de deuxième couche basée sur la chaîne :

• Conserver la plupart des caractéristiques fondamentales de la blockchain
• Résoudre le problème de la complétude de Turing
• Réduire considérablement les frais de transaction
• Étendre la capacité d'un réseau à un certain degré
• La mise en œuvre technique est relativement facile, il existe déjà de nombreux cas d'exploration.
• Migration des applications de couche supérieure facile

Inconvénients :

• Toujours limité par la blockchain, les améliorations de performance sont limitées
• peut réduire la sécurité
• Besoin d'une deuxième couche sur la deuxième couche (Layer3/4) pour une expansion supplémentaire

On s'attend à ce qu'il y ait de nombreux projets de deuxième couche basés sur la chaîne, avec plusieurs couches dans divers domaines verticaux, répondant à différents besoins d'application. Leur valeur sera déterminée par le nombre et la valeur totale des applications de niveau supérieur.

2.2 Construction de la couche 2 basée sur des systèmes distribués

Ce type de seconde couche n'est pas une structure de blockchain, mais un système distribué basé sur des canaux. Le réseau Lightning en est un représentant typique.

Les systèmes distribués de deuxième couche se divisent en deux catégories :

1. Réaliser uniquement le transfert de valeur : comme le réseau Lightning
2. Compléter le transfert de valeur et le calcul de Turing complet : comme RGB

Ce type de couche deux est relativement difficile, impliquant des problèmes de capacité de valeur totale dans le canal, de rigueur des transactions, de prévention de la consommation secondaire, etc. Le développement est lent, avec peu de cas matures.

Il est plus difficile de réaliser un calcul Turing-complet sur le Channel. Par exemple, le protocole RGB permet des calculs Turing-complets sur un système distribué grâce à la vérification par le client et à un sceau unique.

Des exemples incluent : le réseau Lightning, RGB, etc. Le Raiden Network et Plasma d'Ethereum appartiennent également à cette catégorie.

Avantages de la couche deux basée sur des systèmes distribués :

• Le système devient plus décentralisé
• Peut accueillir d'innombrables nœuds
• Meilleure confidentialité et résistance à la censure
• Théoriquement, cela a une extensibilité infinie et des performances très élevées.

Inconvénients :

• La mise en œuvre technique est complexe
• L'algorithme de routage, la séparation de valeur et l'algorithme d'encapsulation sont complexes
• Manque d'expérience dans la mise en œuvre de projets et d'infrastructures
• Réaliser un système Turing-complet est extrêmement difficile

On s'attend à ce qu'il n'existe que quelques projets parallèles, en raison de leur capacité d'expansion illimitée et de la difficulté technique. Ces systèmes nécessitent des conceptions et des idées plus ouvertes, capables d'accueillir davantage de participants. Basé sur ces types d'applications de deuxième couche, les équipes de développement vont également promouvoir le développement de la deuxième couche.

2.3 Construction de la deuxième couche basée sur un système centralisé

Comme la structure d'index centralisée d'Ordinals, ou l'indexeur de certains nœuds fonctionnels. Cette idée est peu reconnue, car elle est trop centralisée et limite l'évolutivité du réseau de couche 1.

Avantages de la couche 2 basée sur un système centralisé :

• Le système est très mature, avec de nombreux cas d'utilisation et solutions d'optimisation.
• complètement Turing complet
• Performance exceptionnelle

Inconvénients :

• Extrêmement centralisé de deuxième couche
• Toutes les caractéristiques fondamentales de la blockchain dépendent d'une couche réseau.

Il est prévu qu'il n'existe que peu de projets, qui pourraient être de nature temporaire. Avec la maturité des solutions de seconde couche basées sur la blockchain et la structure distribuée, la plupart des solutions de seconde couche centralisées pourraient disparaître, ne laissant que quelques scénarios spécifiques d'utilisation.

3. Les choses liées à la construction de la deuxième couche

3.1 Technologie de connexion entre le premier et le deuxième niveau

Le développement technologique du Bitcoin lui-même (, comme les modifications OP_RETURN, Taproot, les signatures Schnorr, MAST, Tapscript ), devrait principalement servir à connecter la couche 1 et la couche 2, plutôt que de développer trop de fonctionnalités.

Les technologies de connexion courantes comprennent :

• Technologie de chaîne croisée
• Technologie de validation isolée
• Technologie de chaîne latérale
• Technologie des State Channels
• Technologie Plasma

La qualité de la technologie de connexion peut être évaluée selon les indicateurs suivants :

• Une couche peut-elle valider les transactions de la couche deux
• Un actif de couche 1 peut-il échapper en toute sécurité lors de l'effondrement de la couche 2
• La technologie de connexion réduit-elle certaines caractéristiques du système ?

3.2 En référence à la structure de von Neumann, examinons le développement de la blockchain

Puisque la blockchain est un "ordinateur mondial", elle peut être comparée et analysée par rapport à la structure de von Neumann des ordinateurs traditionnels.

Les règles de développement des systèmes blockchain sont similaires à celles des ordinateurs traditionnels; nous sommes actuellement à un stade similaire à celui d'avant le 286, en train d'étendre la capacité de traitement et la capacité de stockage, et les choses que nous pouvons faire sont limitées.

Comparaison entre le développement des ordinateurs traditionnels et celui de la "machine mondiale" :

1. Extension CPU analogique à l'extension de la capacité de calcul et du débit de la couche un et deux.
2. L'extension de la mémoire passe de l'espace de la chaîne concurrente à l'utilisation d'un stockage blockchain professionnel.
3. Les dispositifs d'entrée et de sortie sont comparables aux oracles, avec une demande croissante dans les applications de niveau supérieur.
4. Chaînes spéciales et fonctionnalités comme GPU, cartes dédiées, etc.
5. Les applications sur la chaîne et les applications de niveau supérieur sont comparables à l'évolution des systèmes d'exploitation et des logiciels d'application.
6. L'application s'étend progressivement du secteur financier à des domaines plus larges, similaire à l'évolution des ordinateurs traditionnels de la recherche scientifique et militaire vers les entreprises, les foyers et les particuliers.

4. État actuel de la construction de Layer2 de Bitcoin

4.1 Projets de deuxième couche Bitcoin en cours d'exécution

1. Réseau Lightning ( : construction de deuxième couche basée sur une distribution

   • Proposé en 2015, mise en œuvre complète en 2018
   • Caractéristiques : rapide, à faible coût, évolutif
   • Réaliser des transactions hors chaîne via un canal de paiement
   • Faire face à des défis tels que la stabilité, l'algorithme de routage, l'interface utilisateur, etc.

2. Liquid : construction de deuxième couche basée sur la chaîne

   • Solution de sidechain lancée par Blockstream en 2015
   • Caractéristiques : confirmation rapide des transactions, confidentialité des transactions, haute capacité de traitement
   • Utiliser la technologie des Transactions Confidentielles et la technologie du Peg Fédéré

3. Rootstock)RSK(: Construction de deuxième couche basée sur la chaîne

   • Proposé en 2015, lancé officiellement en 2018
   • Caractéristiques : ancrage bidirectionnel avec Bitcoin, prise en charge des contrats intelligents
   • Fournir des fonctionnalités similaires à Ethereum pour l'écosystème Bitcoin

4. RGB : construction de deuxième couche basée sur la distribution + Turing-complet

   • Originaire de 2016, développé par l'association LNP/BP Standard.
   • Caractéristiques : système de contrat intelligent extensible et confidentiel
   • Basé sur la validation côté client et le concept de scellage à usage unique

5. Stacks : construction de deuxième couche basée sur la chaîne

   • Proposé en 2013, ICO réalisé en 2017
   • Caractéristiques : vérification d'identité décentralisée, stockage et fonctionnalités de contrat intelligent
   • Utiliser le mécanisme de consensus "Stacking"

6. Autres projets émergents :

   • B² Network: réseau de Bitcoin de deuxième couche basé sur ZK-Rollup