Analisis Kedalaman Ekspansi off-chain

1. Kebutuhan untuk Memperluas Kapasitas

Visi masa depan blockchain adalah desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas, tetapi biasanya hanya dua dari ketiganya yang dapat dicapai, yang disebut sebagai masalah segitiga ketidakmungkinan blockchain. Selama bertahun-tahun, orang telah mengeksplorasi bagaimana meningkatkan throughput dan kecepatan transaksi blockchain dengan mempertahankan desentralisasi dan keamanan, yaitu menyelesaikan masalah skalabilitas, yang merupakan salah satu topik hangat dalam perkembangan blockchain saat ini.

Desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas blockchain dapat didefinisikan secara sederhana sebagai:

• Desentralisasi: Siapa saja dapat menjadi node untuk berpartisipasi dalam sistem blockchain, semakin banyak jumlah node, semakin tinggi tingkat desentralisasinya.
• Keamanan: Semakin tinggi biaya yang diperlukan untuk mendapatkan kendali atas sistem blockchain, semakin tinggi keamanannya, dapat menahan serangan dari peserta dengan proporsi besar.
• Skalabilitas: kemampuan blockchain untuk memproses sejumlah besar transaksi.

Fork besar pertama di jaringan Bitcoin berasal dari masalah skalabilitas. Dengan meningkatnya jumlah pengguna dan volume transaksi, batas 1MB per blok menyebabkan kemacetan jaringan. Sejak 2015, komunitas Bitcoin telah memiliki perbedaan pendapat mengenai masalah skalabilitas, yang akhirnya menyebabkan fork besar pertama Bitcoin pada 1 Agustus 2017, melahirkan jenis koin baru BCH.

Jaringan Ethereum juga memilih untuk mengorbankan sebagian dari skalabilitas untuk menjamin keamanan dan desentralisasi. Meskipun tidak membatasi ukuran blok seperti Bitcoin, tetapi secara tidak langsung membatasi volume transaksi dengan membatasi biaya bahan bakar untuk setiap blok, tujuannya adalah untuk mencapai konsensus tanpa kepercayaan dan memastikan distribusi node yang luas.

Dari CryptoKitties pada tahun 2017 hingga munculnya DeFi, GameFi, dan NFT, permintaan pasar untuk kedalaman terus meningkat, tetapi Ethereum hanya dapat memproses 15-45 transaksi per detik. Ini menyebabkan biaya transaksi meningkat, waktu penyelesaian menjadi lebih lama, dan sebagian besar Dapps sulit untuk menanggung biaya operasional, sehingga seluruh jaringan menjadi lambat dan mahal, masalah perluasan blockchain mendesak untuk diselesaikan. Solusi perluasan yang ideal adalah: meningkatkan kecepatan dan kedalaman transaksi sebanyak mungkin tanpa mengorbankan desentralisasi dan keamanan.

2. Kategori Rencana Perluasan

Berdasarkan standar "apakah ada perubahan pada lapisan utama jaringan", kita dapat membagi rencana perluasan menjadi dua kategori besar: perluasan on-chain dan perluasan off-chain.

2.1 Ekspansi on-chain

Konsep inti: solusi untuk mencapai efek skalabilitas dengan mengubah lapisan protokol jaringan utama, saat ini solusi utama adalah sharding.

Ada berbagai solusi untuk memperbesar kapasitas on-chain, di sini saya akan menyebutkan dua di antaranya:

• Opsi satu adalah memperluas ruang blok, meningkatkan jumlah transaksi yang dikemas dalam setiap blok, tetapi ini akan meningkatkan persyaratan perangkat node dan mengurangi tingkat desentralisasi.

• Solusi kedua adalah pemecahan, membagi buku besar blockchain menjadi beberapa bagian, dengan node yang berbeda bertanggung jawab untuk pencatatan yang berbeda, dan perhitungan paralel dapat memproses beberapa transaksi secara bersamaan. Ini dapat mengurangi tekanan komputasi pada node dan ambang batas untuk bergabung, meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi dan tingkat desentralisasi, tetapi akan mengurangi keamanan seluruh jaringan.

Mengubah kode protokol mainnet lapisan pertama dapat menghasilkan dampak negatif yang sulit diprediksi, karena setiap celah keamanan di lapisan bawah akan mengancam keamanan seluruh jaringan secara serius, yang dapat menyebabkan fork atau gangguan pada upgrade. Misalnya, insiden celah inflasi Zcash pada tahun 2018, tim menghabiskan waktu 8 bulan untuk memperbaiki secara diam-diam sebelum mengungkapkannya.

2.2 off-chain scaling

Konsep inti: solusi perluasan yang tidak mengubah protokol jaringan utama lapisan satu yang ada.

Solusi ekspansi off-chain dapat dibagi menjadi Layer2 dan solusi lainnya:

Layer2:

• Saluran Negara
• Plasma
• Rollups
  • Optimistic Rollups
  • ZK Rollups

Lainnya:

• Sidechains
• Validium

3. Solusi Skalabilitas off-chain

3.1 Saluran Negara

3.1.1 Ringkasan

Saluran status menetapkan bahwa hanya saat saluran dibuka, ditutup, atau menyelesaikan sengketa, pengguna perlu berinteraksi dengan jaringan utama, sementara interaksi antara pengguna dilakukan secara off-chain, untuk mengurangi waktu dan biaya transaksi, serta mewujudkan jumlah transaksi yang tidak terbatas.

Saluran status adalah protokol P2P sederhana, cocok untuk "aplikasi berbasis giliran", seperti permainan catur dua orang. Setiap saluran dikelola oleh kontrak pintar multi-tanda tangan di jaringan utama, mengontrol aset yang disetorkan, memverifikasi pembaruan status, dan mengadili sengketa ( berdasarkan bukti penipuan yang ditandatangani dan diberi cap waktu ). Peserta menyetor dana dan mengunci setelah kontrak dideploy di jaringan, dan saluran resmi dibuka setelah kedua belah pihak menandatangani konfirmasi. Saluran memungkinkan peserta melakukan transaksi off-chain gratis tanpa batasan jumlah ( selama nilai transfer bersih tidak melebihi total setoran ). Peserta bergiliran mengirim pembaruan status dan menunggu konfirmasi tanda tangan dari pihak lain. Dalam keadaan normal, pembaruan status yang disetujui oleh kedua belah pihak tidak diunggah ke jaringan utama, hanya bergantung pada konfirmasi jaringan utama saat terjadi sengketa atau penutupan saluran. Saat ditutup, salah satu pihak dapat mengajukan permintaan di jaringan utama, jika semua tanda tangan disetujui maka akan dieksekusi segera, jika tidak, harus menunggu "periode tantangan" berakhir untuk menerima dana.

Saluran status dapat secara signifikan mengurangi beban komputasi jaringan utama, meningkatkan kecepatan transaksi, dan menurunkan biaya transaksi.

3.1.2 Garis Waktu

• 2015/02: Joseph Poon dan Thaddeus Dryja merilis draf whitepaper jaringan lightning
• 2015/11: Jeff Coleman pertama kali merangkum konsep State Channel secara sistematis
• 2016/01: Buku Putih Jaringan Lightning secara resmi diterbitkan, mengusulkan solusi perluasan Payment Channel Bitcoin
• 2017/11: Spesifikasi desain State Channel pertama yang berbasis Payment Channel diajukan oleh Sprites
• 2018/06: Counterfactual mengajukan desain Generalized State Channels secara rinci
• 2018/10: Jaringan Saluran Status Umum memperkenalkan konsep Jaringan Saluran Status dan Saluran Virtual
• 2019/02: Nitro pertama kali membangun protokol berdasarkan N-Party Channels
• 2019/10: Pisa memperluas konsep Watchtowers untuk menyelesaikan masalah peserta yang terus online
• 2020/03: Hydra mengajukan Fast Isomorphic Channels

3.1.3 Prinsip Teknologi

Proses kerja tradisional di blockchain: pengguna mengubah status kontrak pintar dengan mengirimkan transaksi ke blockchain, kekurangan adalah akan menimbulkan masalah waktu dan biaya.

Alur kerja saluran status:

1. Alice dan Bob membuka saluran status dengan menyetor dana ke kontrak on-chain
2. Kedua belah pihak dapat melakukan transaksi tanpa batas jumlahnya secara off-chain, saling berkomunikasi melalui pesan yang ditandatangani.
3. Jika Alice ingin menutup saluran, dia perlu mengajukan status akhir kepada kontrak.
4. Jika Bob menandatangani persetujuan, kontrak akan mendistribusikan dana berdasarkan status akhir.
5. Jika Bob tidak merespons, kontrak akan mendistribusikan dana setelah periode tantangan berakhir.

Alur kerja dalam situasi pesimis:

1. Jika Bob tidak merespons tanda tangan pembaruan status, Alice dapat mengajukan tantangan kepada kontrak dengan mengirimkan status terakhir yang sah.
2. Kontrak memungkinkan Bob untuk merespons dalam jangka waktu tertentu
3. Jika Bob merespons, dapat melanjutkan transaksi; jika tidak merespons, kontrak secara otomatis menutup saluran dan mengembalikan dana.

3.1.4 Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan:

• Konfirmasi transaksi instan
• Biaya transaksi yang sangat rendah
• Privasi baik
• Skalabilitas tinggi

Kekurangan:

• Perlu pemantauan online yang berkelanjutan
• Biaya pengaturan awal tinggi
• Efisiensi modal rendah
• Sulit untuk menangani transaksi multilateral
• Kurangnya keterkaitan

3.1.5 Aplikasi

Aplikasi utama termasuk jaringan Lightning Bitcoin, jaringan Lightning Ethereum, dan Celer Network.

Jaringan Lightning Bitcoin:

• Draf whitepaper dirilis pada bulan Februari 2015
• Versi mainnet pertama dirilis pada Maret 2018
• Pada tahun 2021, El Salvador mengadopsi Bitcoin sebagai mata uang resmi, meluncurkan dompet berbasis jaringan Lightning bernama Chivo
• Pada bulan November 2022, terdapat 76.236 saluran pembayaran, dengan dana saluran sebesar 5049 BTC

Ethereum Lightning Network:

• Didirikan pada tahun 2017, mirip dengan jaringan Lightning
• Pada bulan Oktober 2017, ICO mengumpulkan lebih dari 30 juta dolar AS
• Light Client pertama diluncurkan di mainnet pada Mei 2020
• Saat ini, ambang penggunaan tinggi, perkembangan ekosistem lambat

Celer Network:

• Pada dasarnya adalah menambah lapisan insentif pada jaringan Lightning
• Dapat membangun Dapps interaktif frekuensi tinggi yang cepat, biaya rendah, dan aman melalui teknologi perluasan off-chain dan model ekonomi insentif.
• Diluncurkan di jaringan utama Ethereum pada Juli 2019
• Saat ini telah bertransformasi menjadi platform agregasi perluasan L2 yang mendukung lintas rantai

3.1.6 Perbandingan Aplikasi

Jaringan Lightning Bitcoin:

• Kelebihan: biaya transaksi rendah, privasi baik
• Kekurangan: perlu mengunci dana, routing yang kompleks

Jaringan Lightning Ethereum:

• Kelebihan: mendukung kontrak pintar
• Kekurangan: kemajuan pengembangan lambat, ambang penggunaan tinggi

Celer Network:

• Kelebihan: mendukung lintas rantai, mekanisme insentif yang lengkap
• Kekurangan: Tingkat sentralisasi yang cukup tinggi

3.2 Sidechains

3.2.1 Ringkasan

Konsep sidechain pertama kali diajukan pada tahun 2012 di ruang obrolan pengembang Bitcoin, dan pada tahun 2014, seorang peneliti dari Blockstream menulis artikel terkait pertama. Sidechain adalah suatu bentuk blockchain yang muncul untuk mempercepat transaksi Bitcoin, yang dapat menggunakan kontrak yang lebih kompleks atau memperbaiki mekanisme konsensus. Ketika hasil transaksi sidechain akhirnya dikirim kembali ke mainchain, itu akan dicatat di sisi validator. Pola blockchain ini bukanlah bentuk baru, melainkan infrastruktur yang melekat pada mainchain dan membantu menyelesaikan masalah.

3.2.2 Garis Waktu

• 2012/01: Konsep sidechain Bitcoin diusulkan di ruang obrolan
• 2014/10: Publikasi makalah sidechain Bitcoin, mengusulkan Symmetric Pegged dan Asymmetric Pegged
• 2017/04: POA Network meluncurkan jaringan pengujian sidechain berbasis konsensus PoA Ethereum
• 2017/10: Matic Network diluncurkan
• 2017/12: POA Network jaringan utama diluncurkan
• 2018/01: Skale testnet diluncurkan
• 2018/10: xDai Chain jaringan uji coba diluncurkan
• 2020/06: Skale mainnet diluncurkan
• 2020/06: Peluncuran jaringan utama Matic PoS Chain di Ethereum sidechain
• 2021/02: Matic Network berganti nama menjadi Polygon Network
• 2021/02: Jaringan utama Ronin dari permainan Axie Infinity beroperasi
• 2021/12: xDai Chain bergabung dengan Gnosis Dao menjadi Gnosis Chain
• 2022/03: POA Network bergabung dengan Gnosis Chain

3.2.3 Prinsip Teknologi

Sidechain terutama memiliki dua cara untuk berkomunikasi dengan main chain, yaitu pengikatan dua arah dan pengikatan yang tidak terkoordinasi.

Double Anchor ( Symmetric Pegged ):

• Validator rantai utama dan rantai sampingan mencatat status terkini satu sama lain secara real-time
• Menggunakan teknologi SPV dua arah untuk pengiriman informasi
• Token rantai utama yang dikirim ke rantai samping menghasilkan Output SPV-Locked
• Validator sidechain menggunakan bukti SPV untuk membuka kunci
• Setelah periode konfirmasi dan periode kontes, pengguna dapat menggunakan aset yang baru dicetak di sidechain.

Tidak Terkoordinasi Terkait ( Pegas Asimetris ):

• Validator sidechain memantau aktivitas mainchain secara real-time
• Transaksi dari mainchain ke sidechain dapat langsung dicatat
• Transaksi sidechain ke mainchain perlu memperkenalkan mekanisme Certifiers
• Certifiers mencatat informasi penting dan mengagregasi tanda tangan
• Perlu menjaminkan aset untuk memastikan tidak merusak sistem

Saat ini semakin banyak sidechain yang memilih menggunakan mekanisme PoA atau Relayers untuk mengonfirmasi status blok di mainchain.

Ringkasan mekanisme sidechain:

• Rantai utama ke rantai sampingan: rantai utama mengunci aset, rantai sampingan menghasilkan aset terbungkus
• Sidechain ke mainchain: sidechain menghancurkan wrapped asset, mainchain membuka kunci aset

Keamanan aset sidechain tergantung pada keamanan mekanisme konsensus sidechain.

3.2.4 Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan:

• Fleksibilitas tinggi, dapat disesuaikan fungsi
• Aset rantai utama dapat saling terhubung
• Mengurangi beban rantai utama
• Mengurangi biaya transaksi

Kekurangan:

• Keamanan bergantung pada mekanisme konsensus sendiri
• Memerlukan federasi atau otoritas yang dapat dipercaya
• Transaksi lintas rantai rumit
• Potensi terjadinya pemisahan likuiditas