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

L'émergence des inscriptions Bitcoin a insufflé une nouvelle vitalité à l'écosystème Bitcoin, suscitant un regain d'intérêt pour Bitcoin. Certains soutiennent 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 deux est primordiale. Cet article s'inspire de quelques articles connus et de discussions avec plusieurs amis, combinant les expériences de l'équipe dans la conception et le développement de produits Web3, pour résumer les connaissances de base sur la couche deux de Bitcoin. J'espère que cela pourra inspirer d'autres à affiner leurs idées et à promouvoir le développement de ce domaine.

Le monde de la blockchain a commencé avec Bitcoin et se terminera également par l'écosystème Bitcoin. Ethereum est essentiellement une exploration de la technologie des chaînes latérales de Bitcoin.

Dans cet article, les concepts de "construction de couche 2" et de "construction de réseau de couche 2" sont interchangeables, le second étant plus étroitement défini, tandis que le premier est plus large. Pour s'adapter à l'expression courante dans l'industrie, cet article utilisera également le concept de "construction de réseau de couche 2".

1. La mission de Layer2

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

1.1 Les caractéristiques fondamentales et les besoins de la blockchain

Cet article adopte le concept proposé par Vitalik : la blockchain est un "ordinateur mondial". Comprendre les diverses caractéristiques de la blockchain sous cet angle sera plus clair. Par la suite, nous analyserons également les possibilités de développement de cet "ordinateur mondial" en fonction de la structure de von Neumann.

Nous allons d'abord résumer quelques caractéristiques de base:

Ouvert et transparent : C'est une caractéristique de stockage de données et d'exécution des instructions de la "machine mondiale" qu'est la blockchain, ainsi qu'un besoin interne nécessitant la participation conjointe de nombreux nœuds distribués à travers le monde. Cette caractéristique satisfait le droit à l'information des utilisateurs concernant les données, résultant à la fois des exigences de collaboration interne de cette "machine mondiale" et des besoins externes des utilisateurs.

Décentralisé : C'est une caractéristique architecturale de cet "ordinateur mondial", le degré de décentralisation et la tolérance aux pannes sont théoriquement basés sur le théorème des généraux byzantins. Les systèmes non byzantins ne sont théoriquement pas des systèmes de blockchain. Le degré de décentralisation est un indicateur important de la sécurité de la blockchain et constitue également la base de certaines caractéristiques.

Sécurité : La sécurité est constituée des besoins internes générés par les caractéristiques architecturales de cet "ordinateur mondial" et des besoins externes des utilisateurs. À un niveau microscopique, elle est garantie par des technologies liées à la cryptographie, et à un niveau macroscopique, elle est assurée par la décentralisation de l'architecture, afin de prévenir l'impact sur la sécurité de cet "ordinateur mondial" en raison de la falsification de données microscopiques ou de la dégradation de l'architecture macroscopique.

Capacité de calcul : La principale fonction de cette machine de calcul mondiale qu'est la blockchain est sa capacité de calcul. Elle est généralement mesurée par sa complétude de Turing. Certaines chaînes, afin de maintenir leurs caractéristiques principales, sont délibérément conçues comme non complètes de Turing. Par exemple, le réseau Bitcoin, où Satoshi Nakamoto a non seulement rendu ses instructions de code non complètes de Turing, mais a également supprimé certaines instructions pour maintenir sa stabilité et sa sécurité. Toutes les technologies complètes de Turing visent à étendre la capacité de calcul de la blockchain. D'un point de vue de conception en couches, les systèmes simples sont plus adaptés pour servir de couche de base.

Performance : Dans des conditions de puissance de calcul équivalentes, la performance est une autre capacité majeure à examiner dans le monde des ordinateurs de la blockchain. En général, on mesure cela par le nombre de transactions traitées par seconde, soit TPS(.

Stockage : La blockchain, en tant que "ordinateur mondial", doit nécessairement posséder une fonction de stockage, c'est-à-dire la capacité d'enregistrer des données. Actuellement, la plupart des données sont stockées dans des blocs, tandis que le stockage sur des chaînes externes de blocs plus spécialisées est encore en développement.

Confidentialité : La confidentialité est une exigence segmentée dans le "ordinateur mondial", c'est-à-dire la nécessité de maintenir les limites d'autorité des producteurs et des utilisateurs de données pendant les processus de calcul et de stockage. Cela est principalement motivé par les besoins externes des utilisateurs.

Il existe également un indicateur global d'évolutivité, qui fait généralement référence à l'évolutivité de l'ensemble de l'architecture. Cette caractéristique influence de nombreuses caractéristiques fondamentales et est un indicateur très important au niveau de l'architecture. D'autres capacités, comme la connectivité dans des scénarios spécifiques, ne seront pas discutées ici.

Parmi ces caractéristiques fondamentales des blockchains, la plupart sont contraintes par la relation de développement mutuel du triangle impossible. Par exemple, la conjecture DSS, à savoir la décentralisation )Decentralization, la sécurité (Security et la scalabilité )Scalability.

Dans un système distribué, un triangle impossible similaire est le principe CAP, qui indique qu'il est impossible d'obtenir simultanément la cohérence (Consistency), la disponibilité (Availability) et la tolérance aux partitions (Partition tolerance) dans un système distribué. Les systèmes de blockchain sont des systèmes distribués présentant le problème des généraux byzantins, donc le principe CAP s'applique également.

( 1.2 Le rôle de la construction de la deuxième couche

Quels rôles doivent être remplis dans la construction de la couche 2 ? Quelles fonctionnalités doivent être fournies ? La construction de la couche 2 doit nécessairement combler les lacunes du système de couche 1, en réalisant des tâches qui ne sont pas adaptées à être effectuées sur le système de couche 1.

À partir des caractéristiques de la blockchain résumées ci-dessus, on peut tirer la conclusion préliminaire qu'il est nécessaire d'étendre ces capacités fondamentales : transparence, décentralisation, sécurité, capacité de calcul, performance ), débit (, stockage, confidentialité, etc. En plus de ces capacités fondamentales d'un point de vue technique, il y a une question économique très importante à résoudre, à savoir réduire les coûts. En général, le coût global des transactions exécutées sur une couche de réseau est relativement élevé, ce qui nécessite l'utilisation de réseaux de deuxième couche pour réduire ces coûts.

En résumé, les solutions pour augmenter la capacité, réduire les coûts et personnaliser les caractéristiques sont toutes des constructions de deuxième couche. Pour ce qui est des caractéristiques personnalisées, elles ne sont pas encore assez évidentes ou sont souvent cachées dans les deux premières caractéristiques. Nous pouvons comprendre cela de cette manière : les caractéristiques du réseau de première couche nécessitent des degrés différents pour de nombreuses applications, et il est possible d'ajuster le degré de mise en œuvre de diverses caractéristiques pour certaines applications sur la deuxième couche.

Dans la construction de la couche 2, les capacités fondamentales de la blockchain seront choisies avec des compromis, réduisant certaines caractéristiques, voire en abandonnant certaines, pour obtenir une amélioration significative de certaines autres. Par exemple : certaines couches 2, pour améliorer les performances, réduiront le degré de décentralisation et diminueront la sécurité ; d'autres couches 2, pour augmenter le débit, comme le réseau Lightning, modifieront la structure du système et le mode de règlement. D'autres encore amélioreront une certaine caractéristique sans réduire les caractéristiques fondamentales, comme la méthode de traitement RGB, qui augmente nettement la confidentialité et la résistance à la censure, mais accroît la difficulté de mise en œuvre technique. Dans les cas suivants, nous verrons des constructions de couche 2 qui réduisent ou modifient simultanément plusieurs caractéristiques.

La réduction des coûts devrait être un besoin fondamental pour toutes les constructions de deuxième couche.

![Une vue d'ensemble des connaissances de base sur le réseau de deuxième couche de Bitcoin])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad899d00cda3df50aead693947e770bc.webp###

( 1.3 Pourquoi faire une conception en couches?

La conception en couches est un moyen et une méthodologie pour traiter des systèmes complexes, en divisant le système en plusieurs structures hiérarchiques et en définissant les relations et les fonctions entre chaque couche, afin d'atteindre la modularité, la maintenabilité et l'évolutivité du système, améliorant ainsi l'efficacité et la fiabilité de la conception du système.

Pour un système de protocoles vaste et complexe, l'utilisation de couches présente des avantages évidents. Cela facilite la compréhension, permet une division du travail et offre des avantages pour l'amélioration modulaire. Comme dans la conception du modèle à sept couches ISO/OSI dans les réseaux informatiques, mais dans la mise en œuvre concrète, certaines couches peuvent être combinées, par exemple, le protocole réseau spécifique TCP/IP est un protocole à quatre couches.

Les avantages de la stratification des protocoles en détail :

1.Les niveaux sont indépendants les uns des autres. Un niveau n'a pas besoin de savoir comment son niveau suivant est implémenté, il a seulement besoin de connaître les services fournis par l'interface entre les niveaux. Cela réduit la complexité globale du problème. En d'autres termes, la manière dont le travail du niveau précédent est effectué n'affecte pas le travail du niveau suivant, ce qui signifie que lors de la conception du travail de chaque niveau, il suffit de garantir que l'interface reste inchangée, et on peut ajuster librement les méthodes de travail à l'intérieur du niveau.

2.Bonne flexibilité. Lorsque n'importe quelle couche change, tant que la relation d'interface entre les couches reste inchangée, les couches au-dessus ou en dessous ne sont pas affectées. Quand une couche subit une innovation technologique ou rencontre un problème dans son fonctionnement, cela n'impacte pas le travail des autres couches, et lors de la résolution du problème, il suffit de considérer uniquement le problème de cette couche.

3.Structurable. Chaque couche peut adopter la technologie la plus appropriée pour sa réalisation. Le développement technologique est souvent asymétrique, et la division hiérarchique évite efficacement l'effet de la barrique, de sorte qu'une imperfection technique dans un domaine n'affecte pas l'efficacité globale du travail.

4.Facile à réaliser et à entretenir. Cette structure rend la mise en œuvre et le débogage d'un système vaste et complexe faciles à gérer, car l'ensemble du système a été décomposé en plusieurs sous-systèmes relativement indépendants. Lors du débogage et de l'entretien, chaque couche peut être déboguée séparément, évitant ainsi les situations où il est impossible de trouver et de résoudre les problèmes.

5.Peut promouvoir le travail de normalisation. Parce que chaque couche a une description précise de ses fonctionnalités et des services qu'elle fournit. Le principal avantage de la normalisation est qu'il est possible de remplacer librement une couche, ce qui est très pratique pour l'utilisation et la recherche.

La pensée de conception modulaire par couches est une méthode courante dans le domaine technique pour traiter un projet d'ingénierie de grande envergure, nécessitant la collaboration de plusieurs personnes et une amélioration continue, et elle a été testée par la pratique, prouvant son efficacité.

![Une explication des bases du réseau de couche 2 de Bitcoin])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-086a074fde8e4b3baab62f0dd9a0726c.webp(

2. Quelques idées de construction pour le Layer2 de Bitcoin

Les deuxièmes couches de Bitcoin ont trois grandes lignes de construction :

)1###La route d'extension basée sur la chaîne, similaire à la deuxième couche de l'EVM, est la structure de la blockchain;

(2) Basé sur une architecture distribuée, représentée par le réseau Lightning, est une structure distribuée.

(3)La route basée sur un système centralisé, représentée par un index centralisé, est une structure centralisée.

Les deux premières méthodes ont toutes deux leurs caractéristiques, et il existe déjà certains produits en usage et d'autres en exploration. Pour la première méthode, grâce à l'essor d'Ethereum et à l'exploration d'autres chaînes imitant Bitcoin, l'extension de deuxième couche basée sur la chaîne est relativement plus facile, et il y a plus de cas de référence. La deuxième méthode, qui est basée sur la distribution, est généralement plus difficile et son développement est un peu plus lent, représenté par le réseau Lightning. La troisième méthode est très controversée, car elle ne ressemble pas à une construction de deuxième couche, mais semble pourtant remplir les fonctions d'une construction de deuxième couche.

Quelle solution de construction de couche 2 est la meilleure ? Nous utilisons la valeur totale verrouillée TVL(Total Value Locked) comme critère de mesure, le réseau de couche 2 avec un TVL plus élevé est la meilleure solution. Avec le temps et le développement technologique, cette solution optimale sera un processus évolutif.

Pour la définition du réseau de deuxième couche de Bitcoin, tant qu'il repose sur le réseau Bitcoin et établit une liaison technique avec celui-ci, certaines caractéristiques étant supérieures à celles du réseau de première couche de Bitcoin, cela est considéré comme une construction de réseau de deuxième couche de Bitcoin. En d'autres termes : tant que l'on consomme des BTC comme gaz, avec le BTC comme actif sous-jacent, tout système qui étend les performances de Bitcoin est considéré comme une construction de deuxième couche. Selon ce jugement, nous devrions reconnaître une troisième forme de construction de réseau de deuxième couche, à savoir une construction de deuxième couche à structure centralisée.

Le développement technologique de Bitcoin lui-même, comme la modification d'OP_RETURN, Taproot, les signatures Schnorr, MAST, et Tapscript, devrait être conçu dans le but de connecter le premier et le deuxième niveau. Il ne faudrait pas utiliser ces technologies pour développer des fonctionnalités excessivement, car peu importe comment le réseau de première couche est étendu, il n'y aura pas de percée qualitative, il est nécessaire de construire des solutions de deuxième couche. Cependant, en l'absence de meilleurs produits de deuxième couche pour Bitcoin, ces capacités techniques de connexion entre le premier et le deuxième niveau seront utilisées de manière excessive pendant un certain temps.

( 2.1 Construction de la deuxième couche basée sur la chaîne

Les chaînes de imitation du Bitcoin des débuts ont exploré diverses avenues, telles que "Colorcoin")jeton couleur(, "CovertCoins" et "MasterCoin" ; diverses chaînes de imitation du Bitcoin pour l'extension, comme BCH)Bitcoin Cash###, BSV(Bitcoin SV), BTG(Bitcoin Gold) ; diverses technologies de chaînes latérales sont des cas de construction d'extension basés sur la chaîne, on peut dire qu'il s'agit d'un type de seconde couche au sens large.

Ethereum est également une exploration d'amélioration basée sur Bitcoin. Vitalik, face à l'inefficacité de convaincre d'autres équipes de projet, a formé sa propre équipe pour publier un livre blanc et développer un nouveau système de blockchain, en réponse aux imperfections de Bitcoin : le système sans compte UTXO, le langage d'exécution non Turing-complet et la mauvaise évolutivité. Bien que cette exploration d'Ethereum ne soit pas directement une construction de deuxième couche sur Bitcoin, elle constitue, au sens large, une exploration de construction basée sur la chaîne.

L'Ethereum apporte des améliorations par rapport au Bitcoin.