Conhecimento básico sobre a rede de segunda camada do Bitcoin

A ascensão dos inscripções de Bitcoin injetou nova vitalidade no ecossistema do Bitcoin, provocando um novo interesse das pessoas pelo Bitcoin. Há quem argumente que isso abriu a caixa de Pandora do ecossistema Bitcoin. No desenvolvimento técnico do ecossistema Bitcoin, a construção de segunda camada é de suma importância. Este artigo baseia-se em alguns artigos conhecidos e na troca de ideias com vários amigos, combinando a experiência da equipe na concepção e desenvolvimento de produtos Web3, para resumir os conhecimentos básicos sobre a segunda camada do Bitcoin. Espera-se que isso possa lançar as bases para atrair mais pessoas a aperfeiçoar ideias relacionadas e impulsionar o desenvolvimento deste campo.

O mundo blockchain começou com Bitcoin e também terminará com o ecossistema Bitcoin. O Ethereum é essencialmente uma exploração de tecnologia de sidechain do Bitcoin.

Os conceitos de "construção de camada 2" e "construção de rede de camada 2" são utilizados de forma intercambiável neste artigo, sendo que o último é mais restrito e o primeiro é mais amplo. Para se adequar à terminologia comum na indústria, este artigo também usará o conceito de "construção de rede de camada 2".

1. A missão do Layer2

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

1.1 Características básicas e necessidades da blockchain

Este artigo adota o conceito proposto por Vitalik: a blockchain é um "computador mundial". Compreender 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.

Vamos primeiro resumir algumas características básicas:

Público e Transparente: Esta é a característica de armazenamento de dados e execução de instruções da "computador mundial" que é a blockchain, além de ser uma necessidade interna que requer a participação conjunta de numerosos nós distribuídos globalmente. Esta característica atende ao direito à informação dos usuários sobre os dados, sendo um resultado conjunto dos requisitos de colaboração interna deste "computador mundial" e das necessidades externas dos usuários.

Descentralização: Esta é a característica arquitetónica deste "computador mundial", com o nível de descentralização e a tolerância a falhas baseados teoricamente na teoria dos generais bizantinos. Sistemas não bizantinos não são teoricamente sistemas de blockchain. O nível de descentralização é um indicador importante da segurança do blockchain e também é a base de certas características.

Segurança: A segurança é composta pela demanda interna gerada pelas características da arquitetura deste "computador mundial" e pela demanda externa necessária pelos usuários. Do ponto de vista microscópico, é garantida por técnicas relacionadas à criptografia; do ponto de vista macroscópico, é garantida pela descentralização da arquitetura, evitando assim que a segurança deste "computador mundial" seja afetada pela falsificação de dados microscópicos ou pela destruição da arquitetura macroscópica.

Capacidade de cálculo: A principal função desta máquina de cálculo global chamada blockchain é a capacidade de cálculo. Geralmente, é medida pela sua completude de Turing. Algumas cadeias são deliberadamente projetadas para serem incompletas em Turing a fim de manter suas características principais. Por exemplo, na rede Bitcoin, Satoshi Nakamoto não apenas fez com que suas instruções de código não fossem completas em Turing, mas também removeu alguns conjuntos de instruções para manter sua estabilidade e segurança. Todas as tecnologias completas em Turing visam expandir a capacidade de cálculo da blockchain. A partir da perspectiva do pensamento de design em camadas, sistemas simples são mais adequados para atuar como camada base.

Desempenho: Com a mesma capacidade de cálculo, o desempenho é outra capacidade principal a ser considerada na avaliação dos computadores do mundo blockchain. Geralmente, é medido pelo número de transações processadas por segundo (TPS) (.

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

Privacidade: A privacidade é uma necessidade segmentada no "computador mundial", que exige que durante o processo de cálculo e armazenamento se mantenha o âmbito de permissões dos produtores e utilizadores de dados. Isto é principalmente impulsionado pelas necessidades externas dos utilizadores.

Há também um indicador abrangente de escalabilidade, geralmente refere-se à escalabilidade de toda a arquitetura, essa característica influencia a maioria das características fundamentais, sendo um indicador muito importante a nível de arquitetura. Existem também capacidades de conexão e outras habilidades específicas para cenários, que não vamos discutir aqui.

Entre essas características básicas da blockchain, a maioria é restringida pela relação de desenvolvimento mútua do triângulo impossível. Como a conjectura DSS, ou seja, a descentralização )Decentralization, D(segurança )Security, S(e escalabilidade )Scalability, S(.

No sistema distribuído, um triângulo impossível semelhante é o princípio CAP, que se refere ao fato de que em um sistema distribuído, consistência )Consistency(, disponibilidade )Availability( e tolerância à partição )Partition tolerance( não podem ser alcançados simultaneamente. O sistema de blockchain é um sistema distribuído que apresenta o problema dos generais bizantinos, portanto, também se aplica ao princípio CAP.

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) 1.2 O papel da construção da segunda camada

Quais papéis devem ser concluídos na construção da segunda camada? Quais funções devem ser fornecidas? A construção da segunda camada deve necessariamente expandir as deficiências do sistema de primeira camada, completando as tarefas que não são adequadas para serem realizadas no sistema de primeira camada na construção da segunda camada.

A partir das características da blockchain resumidas acima, pode-se chegar à conclusão preliminar de que é necessário expandir essas capacidades básicas: transparência pública, descentralização, segurança, capacidade de computação, desempenho ###, taxa de transferência (, armazenamento, privacidade, etc. Além dessas capacidades básicas do ponto de vista técnico, há uma questão econômica muito importante que precisa ser resolvida, que é reduzir custos. Normalmente, o custo total de execução de transações em uma rede de camada 1 é alto, sendo necessário utilizar uma rede de camada 2 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 às características personalizadas, atualmente ainda não são suficientemente evidentes ou frequentemente estão ocultas nas duas primeiras características. Podemos entender assim: as características da rede de primeira camada variam em grau de necessidade para muitas aplicações, e na segunda camada, é possível ajustar a implementação de várias características para certas aplicações.

Na construção de camadas secundárias, as capacidades básicas da blockchain terão diferentes compromissos, o que poderá levar à redução de algumas características, ou até mesmo ao abandono de certas características, em troca de melhorias significativas em outras. Por exemplo: algumas camadas secundárias, para melhorar o desempenho, poderão reduzir o grau de descentralização e a segurança; algumas camadas secundárias, para aumentar a capacidade de processamento, como a Lightning Network, alterarão a estrutura do sistema e a forma de liquidação. Há também aquelas que, sem comprometer as características básicas, melhoram alguma característica específica, como o método de processamento RGB, que aumentou claramente a privacidade e a resistência à censura, mas aumentou a dificuldade de implementação técnica. Nos casos a seguir, veremos construções de camadas secundárias que simultaneamente reduzem ou alteram várias características.

Reduzir custos deve ser uma necessidade básica de toda a construção de segunda camada.

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) 1.3 Por que fazer um design em camadas?

O design em camadas é uma abordagem e metodologia para lidar com sistemas complexos, dividindo o sistema em várias estruturas em camadas e definindo as relações e funções entre essas camadas, a fim de alcançar a modularidade, manutenibilidade e escalabilidade do sistema, aumentando assim a eficiência e a confiabilidade do design do sistema.

Para um sistema de protocolo amplo e extenso, o uso de camadas terá benefícios óbvios. Isso facilita a compreensão, a divisão de trabalho e a melhoria modular, entre outras vantagens. Como o 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 camada seguinte é implementada, apenas precisa conhecer os serviços oferecidos através da interface entre as camadas. Assim, a complexidade do problema como um todo diminui. Em outras palavras, o funcionamento da camada anterior não afeta o trabalho da camada seguinte, permitindo que, ao projetar o trabalho de cada camada, possamos ajustar livremente a maneira de trabalhar dentro da camada, desde que a interface permaneça inalterada.

2.Boa flexibilidade. Quando qualquer camada sofre alterações, desde que a relação de interface entre as camadas permaneça inalterada, as camadas acima ou abaixo não são afetadas. Quando uma camada apresenta inovações tecnológicas ou quando ocorre um problema em uma camada durante o trabalho, isso não afeta o funcionamento das outras camadas; ao resolver problemas, é necessário considerar apenas os problemas dessa camada em particular.

3.Estruturalmente divisível. Cada camada pode adotar a tecnologia mais adequada para sua implementação. O desenvolvimento da tecnologia é frequentemente assimétrico; a divisão em camadas evita efetivamente o efeito do barril, de modo que a eficiência geral do trabalho não é afetada pela imperfeição de uma única tecnologia.

4.Fácil de implementar e manter. Esta estrutura torna a implementação e a depuração de um sistema grande e complexo mais fácil de lidar, pois todo o sistema já foi dividido em vários subsistemas relativamente independentes. Durante a depuração e manutenção, é possível depurar cada camada separadamente, evitando a situação de não conseguir encontrar ou resolver problemas errados.

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 uma abordagem comum no campo tecnológico para lidar com um projeto de engenharia abrangente que requer colaboração entre várias pessoas e melhorias contínuas, sendo um método testado e comprovado na prática.

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2. Várias abordagens para a construção do Bitcoin Layer2

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

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

)2( Baseado em uma rota distribuída, representada pela Lightning Network, é uma estrutura distribuída.

)3(A rota baseada em sistemas centralizados, representada por índices centralizados, é uma estrutura centralizada.

As duas primeiras maneiras têm características distintas, já existem alguns produtos em uso e outros em exploração. Para a primeira maneira, devido ao florescimento do Ethereum e à exploração de outras cadeias que imitam o Bitcoin, a expansão de segunda camada baseada em cadeia é relativamente mais fácil, com mais casos de referência. A segunda maneira, que é baseada em uma abordagem distribuída, geralmente tem mais dificuldades e o desenvolvimento é um pouco mais lento, representado pela Lightning Network. A terceira maneira é muito controversa, pois não parece uma construção de segunda camada, mas parece ter completado as funções de uma construção de segunda camada.

Qual é a melhor solução de construção de segunda camada? Usamos o valor total de bloqueio TVL)Total Value Locked( como critério de avaliação; a solução com TVL mais alta em uma rede de segunda camada é a solução ótima. Com o passar do tempo e o desenvolvimento da tecnologia, essa solução ótima será um processo em mudança.

Para a definição da rede de segunda camada do Bitcoin, contanto que se baseie na rede do Bitcoin e estabeleça uma relação técnica com a rede do Bitcoin, algumas características que superam a rede de primeira camada do Bitcoin contam como construção de rede de segunda camada do Bitcoin. Em outras palavras: qualquer sistema que consuma BTC como gas, utilizando BTC como ativo subjacente, que expanda o desempenho do Bitcoin, é considerado uma construção de segunda camada. Com base nesse julgamento, devemos reconhecer uma terceira forma de construção de rede 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 e Tapscript, deve ser projetado para conectar a camada um e a camada dois, não deve haver um uso excessivo dessas tecnologias para desenvolver funcionalidades, pois, por mais que a rede de camada um seja expandida, não haverá uma ruptura qualitativa, sendo necessário realizar a construção da camada dois. No entanto, na falta de melhores produtos de camada dois do Bitcoin, essas capacidades tecnológicas 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 em cadeia

As cadeias de imitação do Bitcoin no início realizaram várias explorações, como "Colorcoin"###moeda colorida(, "CovertCoins" e "MasterCoin"; várias cadeias de imitação do Bitcoin para 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, pode-se dizer que é uma espécie de segunda camada em sentido amplo.

Ethereum também é uma exploração de melhorias baseada no Bitcoin. Vitalik, sem sucesso em convencer outras equipes de projetos, formou sua própria equipe para publicar um white paper e desenvolver um novo sistema de blockchain, abordando as imperfeições do Bitcoin: o sistema sem contas do UTXO, a linguagem de execução que não é Turing completa, a baixa escalabilidade, entre outros problemas. Embora essa exploração do Ethereum não seja uma construção de segunda camada diretamente sobre o Bitcoin, é, em um sentido amplo, uma exploração de construção baseada em cadeia.

A melhoria do Ethereum em relação ao Bitcoin.