Conhecimentos básicos sobre a rede de segunda camada do Bitcoin

A ascensão das inscrições de Bitcoin trouxe nova vida ao ecossistema Bitcoin, fazendo com que mais pessoas voltassem a prestar atenção ao Bitcoin. No desenvolvimento tecnológico do ecossistema Bitcoin, a construção de segunda camada é crucial. Este artigo resume os conhecimentos básicos sobre a segunda camada do Bitcoin, com a esperança de que possa provocar mais pessoas a aprimorar ideias relacionadas e impulsionar o desenvolvimento deste campo.

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

Os conceitos de "construção de camada dois" e "construção de rede de camada dois" são basicamente intercambiáveis neste artigo, mas o último é relativamente mais restrito. Para se adequar à terminologia comumente usada na indústria, também será utilizado o conceito de "construção de rede de camada dois".

1. A missão da camada 2 (Layer 2)

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 as necessidades da blockchain

Nós usamos o conceito de Vitalik: a blockchain é um "computador mundial". Entender as várias características da blockchain a partir dessa perspectiva será mais claro. Posteriormente, também analisaremos a possibilidade de desenvolvimento desse "computador mundial" com base na estrutura de Von Neumann nos computadores.

Primeiro, vamos resumir algumas características básicas:

Público e transparente: Esta é uma característica de armazenamento de dados e execução de instruções da "computador mundial" que é a blockchain, e também é uma característica interna que exige a participação conjunta de numerosos nós distribuídos globalmente no cálculo. Esta característica atende exatamente ao direito à informação dos usuários sobre os dados, sendo o resultado conjunto dos requisitos de colaboração interna deste "computador mundial" e das necessidades externas dos usuários.

Descentralização: Esta característica é uma característica da arquitetura deste "computador mundial", o grau de descentralização e a tolerância a falhas, em teoria, são suportados pela teoria dos generais bizantinos ( em situações onde colaboradores podem ser desonestos, ou seja, não cumprem o protocolo ). Sistemas não bizantinos de generais, em teoria, não são sistemas de blockchain, e veremos mais tarde duas situações de sistemas não blockchain na construção de segunda camada. O grau de descentralização é um indicador importante da segurança da blockchain e também é a base de certas características.

Segurança: A segurança é composta pela necessidade interna resultante das características da arquitetura deste "computador mundial" e pela necessidade externa dos usuários. A nível microscópico, a segurança é garantida por tecnologias relacionadas à criptografia, e a nível macroscópico, é garantida pela descentralização da arquitetura, o que impede que a segurança deste "computador mundial" seja afetada pela falsificação de dados microscópicos ou pela destruição da arquitetura macroscópica.

Capacidade de Cálculo: Uma das principais funções desta máquina de cálculo mundial, que é a blockchain, é a capacidade de cálculo. Para medir esse indicador, geralmente usamos se é Turing completo como critério. Algumas cadeias, para manter suas características principais, são deliberadamente projetadas para serem Turing não completas. Por exemplo, na rede Bitcoin, Satoshi Nakamoto não apenas fez com que suas instruções de código não fossem Turing completas, mas também deliberadamente cortou alguns conjuntos de instruções durante o desenvolvimento, a fim de manter sua estabilidade e segurança. Todas as tecnologias Turing completas são para expandir a capacidade de cálculo da blockchain. Sob a perspectiva do design em camadas, sistemas simples são mais adequados para serem a camada base.

Desempenho: Com a mesma capacidade de cálculo, o desempenho é outra capacidade principal a ser avaliada no computador deste mundo blockchain. Geralmente é medido em TPS, ou seja, o número de transações processadas por segundo.

Armazenamento: A blockchain é descrita como um "computador mundial", então ela deve ter uma função de armazenamento, que é a capacidade de registrar dados. Atualmente, a maioria dos dados é armazenada dentro dos blocos, enquanto o armazenamento fora da cadeia, mais especializado, ainda está em desenvolvimento.

Privacidade: A privacidade é uma necessidade específica na "computador mundial", que exige manter o âmbito de permissões dos produtores e utilizadores de dados durante os processos de cálculo e armazenamento (. Também incluímos a resistência à censura na parte da privacidade ). Isso é fundamentalmente impulsionado pelas necessidades externas dos utilizadores.

Há um indicador de escalabilidade abrangente, que geralmente se refere à escalabilidade de toda a arquitetura. Esta característica afeta a maioria das características básicas; a escalabilidade do sistema é um indicador muito importante a nível de arquitetura. Além disso, pode haver algumas capacidades de conexão ou outras capacidades específicas de determinadas situações, mas não vamos discutir isso aqui. Quando encontrarmos essas situações especiais, faremos uma análise detalhada.

Entre as características básicas destas blockchains, a maioria é restringida pela relação de desenvolvimento mútua do triângulo impossível. Por exemplo, a conjectura DSS refere-se à descentralização (Decentralization, D), segurança (Security, S) e escalabilidade (Scalability, S).

Em sistemas distribuídos, um triângulo impossível semelhante é o princípio CAP. CAP refere-se a, em um sistema distribuído, Consistência(, Disponibilidade) e Tolerância a Partições(, que não podem ser obtidas simultaneamente. Sistemas de blockchain são sistemas distribuídos que apresentam o problema dos generais bizantinos, portanto, também se aplicam ao princípio CAP.

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) 1.2 O papel da construção de segundo nível

Quais papéis devem ser concluídos na construção de segunda camada? Quais funções devem ser fornecidas? A construção da segunda camada deve definitivamente expandir as deficiências do sistema de primeira camada, realizando coisas que não são adequadas para serem concluídas no sistema de primeira camada na construção da segunda camada.

A partir das características da blockchain que resumimos acima, podemos chegar a uma conclusão preliminar: certamente devemos expandir essas capacidades básicas: transparência pública, descentralização, segurança, capacidade de computação, desempenho, ( throughput ), armazenamento, privacidade, entre outros. Além dessas capacidades básicas do ponto de vista técnico, há uma questão econômica muito importante que precisa ser resolvida, que é a redução de custos. Normalmente, o custo total da execução de transações em uma rede de camada única é bastante alto, e é necessário usar redes de camada dois para reduzir esses custos.

Resumindo em uma frase, as soluções para aumentar a capacidade, reduzir custos e personalizar características são todas construções de segunda camada. Quanto à personalização, atualmente não é tão evidente, ou muitas vezes está oculta nas duas primeiras características, o que pode ser confuso. Podemos entender assim: as características da rede de primeira camada têm diferentes graus de necessidade para muitas aplicações, e na segunda camada, é possível ajustar novamente o grau de implementação de várias características para certas aplicações.

Na construção de camadas secundárias, as capacidades básicas da blockchain terão diferentes compromissos, podendo reduzir algumas características ou até mesmo descartar certas características em troca de melhorias significativas em outras. Por exemplo: algumas camadas secundárias, para aumentar o desempenho, podem reduzir o grau de descentralização e a segurança; outras, para aumentar a capacidade de processamento, como a Lightning Network, podem alterar a estrutura do sistema e a forma de liquidação. Há também aquelas que, sem reduzir as características básicas, melhoram uma determinada característica, como o método de processamento RGB, que aumenta visivelmente a privacidade e a resistência à censura, mas que aumenta a dificuldade de implementação técnica. Nos casos a seguir, veremos construções de camadas secundárias que diminuem ou alteram simultaneamente várias características.

A redução de custos deve ser uma necessidade básica em todas as construções de segunda camada.

1.3 Por que fazer um design em camadas?

O design em camadas é uma forma de os humanos lidarem com sistemas complexos, através da divisão do sistema em várias estruturas de camadas e definição das relações e funções entre cada camada, a fim de alcançar a modularidade, manutenibilidade e escalabilidade do sistema, melhorando assim a eficiência e a confiabilidade do design do sistema.

Para um sistema de protocolo amplo e extenso, o uso de camadas traz benefícios claros. Isso facilita a compreensão, a divisão de tarefas na implementação e a melhoria modular, entre outras vantagens. Assim como no design do modelo de sete camadas ISO/OSI em redes de computadores, mas na implementação específica, algumas camadas podem ser combinadas, por exemplo, o protocolo de rede específico TCP/IP é um protocolo de quatro camadas.

Especificamente, as vantagens da estratificação do protocolo:

1.As camadas são independentes entre si. Uma camada não precisa saber como a sua próxima camada é implementada, apenas precisa saber quais serviços são oferecidos através das interfaces entre as camadas. Assim, a complexidade do problema como um todo é reduzida. Ou seja, como o trabalho da camada anterior é realizado não afeta o trabalho da próxima camada, portanto, ao projetar o trabalho de cada camada, basta garantir que a interface permaneça a mesma, e podemos ajustar livremente a forma de trabalho dentro da camada.

2.Boa flexibilidade. Quando qualquer camada sofre uma alteração, desde que a relação de interface entre as camadas permaneça inalterada, as camadas acima ou abaixo não serão afetadas. Quando uma camada apresenta inovações tecnológicas ou surge um problema durante o funcionamento de uma camada, isso não afeta o funcionamento das outras camadas; ao eliminar o problema, é necessário considerar apenas o problema desta camada isoladamente.

3.Estruturalmente divisível. Cada camada pode adotar a tecnologia mais adequada para sua implementação. O desenvolvimento tecnológico é frequentemente assimétrico, e a divisão hierárquica evita efetivamente o efeito do barril, não permitindo que a ineficiência de uma determinada tecnologia afete a eficiência geral do trabalho.

4.Fácil de implementar e manter. Esta estrutura torna a implementação e a depuração de um sistema grande e complexo mais fácil de lidar, uma vez que todo o sistema foi dividido em vários subsistemas relativamente independentes. Durante a depuração e manutenção, é possível depurar cada camada individualmente, evitando situações em que não se consegue encontrar ou resolver o problema errado.

5.Pode promover o trabalho de padronização. Porque cada camada tem uma descrição precisa das suas funções e dos serviços que oferece. A vantagem da padronização é que se pode substituir livremente uma das camadas, o que é muito conveniente para uso e pesquisa.

O pensamento de design modular em camadas é um método comum utilizado no campo da tecnologia para lidar com um projeto de engenharia complexo, que requer a colaboração de várias pessoas e melhorias contínuas, e é um método que foi testado na prática e é eficaz.

2. Várias abordagens para a construção do Layer2 do Bitcoin

Analisamos a construção de segunda camada do Bitcoin como um caso. Existem três rotas de construção de segunda camada notáveis para o Bitcoin:

###1( uma rota de expansão baseada em cadeia, semelhante à segunda camada do EVM, é a estrutura da blockchain;

)2( um tipo é baseado em uma rota distribuída, representada pela Lightning Network, que é uma estrutura distribuída.

)3( há também uma rota baseada em sistemas centralizados, representada por um índice centralizado, que é uma estrutura centralizada.

As duas primeiras abordagens têm características distintas, e já existem alguns produtos em uso e outros em exploração. Para a primeira abordagem, devido ao desenvolvimento próspero do Ethereum e à exploração de outras cadeias que imitam o Bitcoin, a escalabilidade em camadas baseadas em blockchain é relativamente mais fácil, com mais casos de referência. A segunda abordagem, baseada em distribuições, geralmente apresenta mais dificuldades e um desenvolvimento mais lento, representada pela Lightning Network. A terceira abordagem é bastante controversa, pois não parece uma construção em camada, mas parece ter cumprido as funções de uma construção em camada.

Qual solução de construção de segunda camada é melhor? Usamos um resultado de mercado como critério de avaliação; qual rede de segunda camada tem o valor total bloqueado (TVL) ) Total Value Locked ( mais alto, essa solução é a mais otimizada. Com o tempo e o avanço da tecnologia, essa solução otimizada será um processo em constante mudança.

Para a definição da rede de segunda camada do Bitcoin, qualquer construção que dependa da rede Bitcoin, estabeleça uma conexão técnica com a rede Bitcoin e possua algumas características superiores à rede de primeira camada do Bitcoin, é considerada construção da rede de segunda camada do Bitcoin. Em outras palavras: qualquer sistema que consuma BTC como gás, utilizando BTC como ativo subjacente e que expanda o desempenho do Bitcoin é considerado uma construção de segunda camada. Com base nesse critério, devemos reconhecer a terceira forma de construção de segunda camada, ou seja, a construção de segunda camada com estrutura centralizada.

O desenvolvimento da tecnologia do Bitcoin em si, como a modificação do OP_RETURN, Taproot, assinaturas Schnorr, MAST, Tapscript, deve ser projetado para conectar a camada um e a camada dois, e não deve haver um uso excessivo dessas tecnologias para desenvolver funcionalidades, pois a rede de camada um, por mais que se expanda, não terá um avanço qualitativo; é necessário realizar a construção da camada dois. No entanto, na ausência de melhores produtos de camada dois para o Bitcoin, essas capacidades técnicas de conexão entre a camada um e a camada dois serão excessivamente utilizadas por um período de tempo.

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) 2.1 Construção de segunda camada baseada na cadeia

As primeiras cadeias de imitação do Bitcoin realizaram várias explorações, como "Colorcoin"(moeda colorida), "CovertCoins" e "MasterCoin"; várias cadeias de imitação do Bitcoin com escalabilidade, como BCH###Bitcoin Cash(, BSV)Bitcoin SV(, BTG)Bitcoin Gold(; várias tecnologias de sidechain são baseadas em casos de construção de expansão da cadeia, podendo ser consideradas uma forma ampla de segunda camada.

Inclui Ethereum, que também é uma exploração de melhorias baseada em Bitcoin. Vitalik, sem sucesso em convencer outras equipes de projeto, direcionou-se para as imperfeições do Bitcoin.