Conhecimento básico sobre a rede de segunda camada do Bitcoin

A ascensão das inscrições em Bitcoin trouxe nova vida ao ecossistema Bitcoin, atraindo a atenção de mais pessoas para a moeda. Há opiniões que acreditam que isso abriu a caixa de Pandora do ecossistema Bitcoin. No desenvolvimento técnico do ecossistema Bitcoin, a construção de segunda camada é crucial. Este artigo resume os conhecimentos básicos sobre a segunda camada do Bitcoin, na esperança de que possa inspirar mais pessoas a aprimorar ideias relacionadas e impulsionar o desenvolvimento deste campo.

Há opiniões que defendem que o mundo da blockchain começa com Bitcoin e termina com o ecossistema Bitcoin. O Ethereum também pode ser visto como uma exploração de tecnologia de sidechain do Bitcoin.

Neste artigo, "construção de segunda camada" e "construção de rede de segunda camada" são considerados o mesmo conceito, sendo o último mais restrito e o primeiro mais amplo. Para se adequar à terminologia comum na indústria, o artigo também usará "construção de rede de segunda camada".

1. A missão da Layer2

Para entender os problemas básicos que precisam ser resolvidos na construção da segunda camada do Bitcoin, começamos pelas características fundamentais do sistema blockchain.

1.1 As características fundamentais e necessidades da blockchain

Nós usamos o conceito proposto por Vitalik: "A blockchain é um computador mundial" para entender as várias características da blockchain. Mais adiante, também analisaremos a possibilidade de desenvolvimento deste "computador mundial" usando a estrutura de Von Neumann dos computadores.

As características básicas da blockchain incluem:

• Transparente e aberto: as características de armazenamento de dados e execução de instruções da blockchain são também uma necessidade interna da colaboração de nós distribuídos. Atende ao direito à informação dos usuários sobre os dados.

• Descentralização: A característica estrutural da blockchain, o grau e a tolerância a falhas são suportados pela teoria dos generais bizantinos. É um indicador importante de segurança.

• Segurança: composta pelas necessidades internas geradas pelas características da arquitetura e pelas necessidades externas dos usuários. A microsegurança é garantida pela criptografia, enquanto a segurança macro é garantida pela descentralização.

• Capacidade de cálculo: uma das principais funções, geralmente medida pela completude de Turing. Algumas cadeias são intencionalmente projetadas para serem não completas em Turing para manter características.

• Desempenho: o principal indicador de capacidade sob a mesma capacidade de cálculo, geralmente medido em TPS.

• Armazenamento: capacidade de registrar dados, atualmente principalmente armazenados dentro do bloco.

• Privacidade: a necessidade de manter o alcance de permissões de dados durante o processo de computação e armazenamento, incluindo resistência à censura.

Essas características são frequentemente limitadas pelo "triângulo impossível", como a descentralização, segurança e escalabilidade da conjectura DSS (, e a consistência, disponibilidade e tolerância a partições do princípio CAP ).

( 1.2 O papel da construção de segunda camada

A construção da segunda camada é principalmente utilizada para expandir as deficiências do sistema de primeira camada, completando tarefas que o sistema de primeira camada não consegue realizar. As principais funções incluem:

• Expandir capacidades básicas: transparência pública, descentralização, segurança, capacidade de cálculo, desempenho, armazenamento, privacidade, etc.
• Reduzir custos: O custo global das transações executadas em uma camada de rede é bastante elevado.
• Características personalizadas: Ajustar o grau de implementação de várias características para certas aplicações

Resumindo em aumentar a capacidade, reduzir custos, características personalizadas em três dimensões. A construção da segunda camada pesará várias capacidades básicas, podendo reduzir ou descartar certas características em troca de uma melhoria significativa em outras características.

) 1.3 Por que fazer design em camadas?

O design em camadas é uma metodologia para lidar com sistemas complexos, que alcança modularidade, manutenibilidade e escalabilidade através da divisão em uma estrutura hierárquica. Para um enorme sistema de protocolos, o design em camadas apresenta as seguintes vantagens:

1. Camadas independentes, apenas preste atenção às interfaces entre camadas.
2. Boa flexibilidade, a variação de uma única camada não afeta as outras camadas
3. Estruturas divisíveis, cada camada pode utilizar a tecnologia mais adequada
4. Fácil de implementar e manter
5. Promover a padronização

O design modular em camadas é um método eficaz no campo da tecnologia para lidar com projetos complexos, colaborativos e de melhoria contínua.

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2. Várias abordagens para a construção do Layer 2 do Bitcoin

A construção de segunda camada do Bitcoin tem principalmente três rotas:

1. Rota de expansão baseada em cadeia: camada dois semelhante ao EVM, é a estrutura da blockchain
2. Rota baseada em distribuído: representada pela Lightning Network, é uma estrutura distribuída
3. Rota baseada em sistemas centralizados: representada pelo índice centralizado, é uma estrutura centralizada.

As duas primeiras abordagens têm características distintas, com produtos já em uso e exploração. A primeira, devido ao desenvolvimento do Ethereum, tem mais casos de referência. A segunda é mais difícil e se desenvolve mais lentamente. A terceira é controversa, mas também pode ser vista como uma extensão de segunda camada.

Atualmente não há uma solução ideal, é necessário testar no mercado para ver qual solução tem um valor total de bloqueio maior (TVL). Com o passar do tempo e o desenvolvimento da tecnologia, a solução ideal mudará.

Desde que se baseie na rede Bitcoin, estabeleça uma ligação técnica e certas características sejam superiores à rede de camada um, pode ser considerado como construção da rede de camada dois do Bitcoin. Ou seja, consumir BTC como gas, tendo BTC como ativo subjacente, quaisquer sistemas que expandam o desempenho do Bitcoin são considerados construção de camada dois.

( 2.1 Construção de segunda camada baseada na cadeia

As explorações iniciais da cadeia que imita o Bitcoin realizaram várias experiências, como "moeda colorida", várias bifurcações de escalabilidade, cadeias laterais, etc. O Ethereum também pode ser visto como uma exploração de melhoria do Bitcoin.

O desenvolvimento do Ethereum forneceu referência para a camada dois baseada na cadeia do Bitcoin. Várias soluções Rollup, soluções de cross-chain, tecnologias de canais de mensagens, etc., fazem com que o ecossistema Ethereum prospere. Mas esta é apenas uma forma de construção da camada dois, sendo necessário outras tecnologias para aprimorar todo o ecossistema.

Bitcoin baseado em cadeia de segunda camada contém principalmente dois tipos de cadeia:

1. Modelo de conta compatível com EVM: como Ethereum, Polygon, BSC, Arbitrum, etc.
2. Modelo UTXO semelhante ao Bitcoin: como Nervos CKB, Chia, etc.

Vantagens da construção de segunda camada baseada em blockchain:

• Manter a maioria das características fundamentais da blockchain
• Resolver o problema da completude de Turing
• Reduzir significativamente as taxas de transação
• Expandir a capacidade da rede em certa medida
• A implementação técnica é relativamente fácil, já existem muitos casos de exploração.
• A migração de aplicações de nível superior é conveniente

Desvantagens:

• Ainda sujeito a limitações da blockchain, melhoria de desempenho limitada
• pode reduzir a segurança
• Necessário expandir ainda mais Layer3/4) sobre a segunda camada ###

Prevê-se que surgirão numerosos projetos de segunda camada baseados em blockchain, existindo várias camadas em diferentes setores, atendendo a diversas necessidades de aplicação. O seu valor será determinado pelo número de aplicações superiores e pelo valor total.

( 2.2 Construção de segundo nível baseada em sistemas distribuídos

Este tipo de camada dois não é uma estrutura de blockchain, mas sim um sistema distribuído baseado em canais. A Lightning Network é um exemplo típico.

Sistemas distribuídos de camada dois são divididos em duas categorias:

1. Apenas completar a transferência de valor: como a Lightning Network
2. Completar a transmissão de valor e o cálculo Turing completo: como RGB

Esta classe de camada dois tem uma dificuldade maior, envolvendo a capacidade total de valor dentro do canal, a rigorosidade das transações, a prevenção do consumo secundário, entre outros problemas. O desenvolvimento é lento e há poucos casos maduros.

Implementar computação Turing completa no Channel é mais desafiador. O protocolo RGB realiza computação Turing completa em sistemas distribuídos através da verificação do cliente e do selamento único.

Casos já existentes incluem: Lightning Network, RGB, etc. A Raiden Network e Plasma do Ethereum também se enquadram nesta categoria.

Vantagens de segunda camada baseadas em sistemas distribuídos:

• O sistema tornou-se mais descentralizado
• Pode acomodar inúmeros nós
• Melhor privacidade e resistência à censura
• Teoricamente possui escalabilidade infinita e desempenho extremamente alto

Desvantagens:

• Implementação técnica complexa
• Algoritmos de roteamento, divisão de valor e algoritmos de encapsulamento complexos
• Falta de experiência na implementação de projetos e infraestrutura
• A implementação de um sistema Turing completo é extremamente desafiadora

Prevê-se que existam apenas alguns projetos paralelos, devido à sua capacidade de expansão ilimitada e à dificuldade técnica. Esses sistemas exigem um design e uma abordagem mais abertos, que permitam a participação de mais pessoas. Com base nisso, as equipas de desenvolvimento de aplicações de camada dois também impulsionarão o desenvolvimento da camada dois.

) 2.3 Construção de segunda camada baseada em sistema centralizado

Como a estrutura de índice centralizada do Ordinals, ou o indexador de certos nós funcionais. Essa ideia é menos reconhecida, pois é excessivamente centralizada e tem uma expansão limitada na rede de camada um.

Vantagens da segunda camada baseada em sistemas centralizados:

• O sistema é muito maduro, com muitos casos de uso e soluções de otimização disponíveis.
• completamente Turing completo
• Desempenho excelente

Desvantagens:

• Camada de extrema centralização
• Todas as características básicas da blockchain dependem de uma camada de rede

Espera-se que apenas existam poucos projetos, possivelmente de forma faseada. Com a maturação das camadas secundárias baseadas em blockchain e estruturas distribuídas, a maioria das camadas secundárias centralizadas pode desaparecer, restando apenas alguns cenários específicos de uso.

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3. Questões relacionadas com a construção de camadas secundárias

( 3.1 A tecnologia de conexão entre o primeiro e o segundo nível

O desenvolvimento tecnológico do Bitcoin ), como a modificação OP_RETURN, Taproot, assinatura Schnorr, MAST e Tapscript ###, deve ser principalmente utilizado para conectar a camada um e a camada dois, e não para desenvolver funcionalidades excessivas.

As tecnologias de conexão mais comuns incluem:

• Tecnologia de cross-chain
• Tecnologia de verificação isolada
• Tecnologia de Cadeia Lateral
• Tecnologia de Canal de Estado
• Tecnologia Plasma

A qualidade da tecnologia de conexão pode ser avaliada pelos seguintes indicadores:

• Uma camada pode validar transações da segunda camada?
• Uma camada de ativos consegue escapar com sucesso durante o colapso da segunda camada?
• A tecnologia de conexão reduz algumas características do sistema?

( 3.2 Referência à estrutura de von Neumann para ver o desenvolvimento da blockchain

Uma vez que a blockchain é um "computador mundial", pode ser comparada e analisada em relação à estrutura de Von Neumann dos computadores tradicionais.

As leis de desenvolvimento do sistema de blockchain são semelhantes às dos computadores tradicionais, atualmente está em uma fase semelhante à anterior ao 286, ainda expandindo a capacidade de processamento e armazenamento, e as coisas que pode fazer são limitadas.

Comparação entre o desenvolvimento de computadores tradicionais e o "computador mundial":

1. A expansão da CPU é análoga à capacidade de cálculo e à expansão do throughput da camada um e camada dois.
2. A expansão da memória vai do espaço da cadeia concorrente para o uso de armazenamento de blockchain especializado
3. Dispositivos de entrada e saída podem ser comparados a oráculos, com uma maior demanda nas aplicações de nível superior.
4. Cadeias especiais e funções como GPU, cartões de dispositivos dedicados, etc.
5. Aplicações em cadeia e aplicações de camada superior análogas à evolução de sistemas operacionais e software de aplicação
6. Aplicações expandem-se gradualmente do setor financeiro para áreas mais amplas, semelhante à forma como os computadores tradicionais passaram da pesquisa científica e militar para empresas, lares e indivíduos.

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4. A situação atual da construção de Layer2 do Bitcoin

( 4.1 Projetos de segunda camada do Bitcoin já em funcionamento

1. Rede Lightning )Lightning Network ###: construção em camada dois baseada em distribuído

   • Proposto em 2015, implementado em 2018.
   • Características: rápido, baixo custo, escalável
   • Realizar transações off-chain através de canais de pagamento
   • Enfrentando desafios como estabilidade, algoritmos de roteamento e interface do usuário

2. Liquid: Construção de segunda camada baseada na cadeia

   • Solução de sidechain lançada pela Blockstream em 2015
   • Características: confirmação rápida de transações, privacidade das transações, alta capacidade de processamento
   • Utilizando a tecnologia Confidential Transactions e a tecnologia Federated Peg

3. Rootstock(RSK): construção de segunda camada baseada em cadeia

   • Proposto em 2015, oficialmente lançado em 2018
   • Características: ancoragem bidirecional com Bitcoin, suporte a contratos inteligentes
   • Fornecer funcionalidades semelhantes às do Ethereum para o ecossistema do Bitcoin

4. RGB: Construção de camada dois baseada em distribuído + Turing completo

   • Originado em 2016, desenvolvido pela LNP/BP Standard Association
   • Características: sistema de contratos inteligentes escalável e confidencial
   • Baseado na validação do cliente e no conceito de selo único

5. Stacks: construção de segunda camada baseada em cadeia

   • Proposto em 2013, realizado ICO em 2017
   • Características: autenticação de identidade descentralizada, armazenamento e funcionalidade de contratos inteligentes
   • Adotar o mecanismo de consenso "Stacking"

6. Outros projetos emergentes:

   • B² Network: Rede de segunda camada Bitcoin baseada em ZK-Rollup