Базова знань система другого рівня Біткойн

Виникнення інскрипцій Біткойна внесло нову енергію в екосистему Біткойна, викликавши нову увагу до Біткойна. Є думка, що це відкрило пандорину скриньку екосистеми Біткойна. У технологічному розвитку екосистеми Біткойна будівництво другого рівня є надзвичайно важливим. У цій статті використано деякі відомі статті та спілкування з кількома друзями, в поєднанні з досвідом команди у проектуванні та розробці продуктів Web3, підсумовано основні знання про другий рівень Біткойна. Сподіваємося, це стане поштовхом для залучення більшої кількості людей до вдосконалення відповідних ідей і просування розвитку цієї сфери.

Світ блокчейну починається з Біткойн, і закінчується екосистемою Біткойн. Ефір по суті також є дослідженням технології бічного ланцюга Біткойн.

У цій статті поняття "друга рівня будівництво" та "будівництво мережі другого рівня" є взаємозамінними, причому друге є відносно вузьким, а перше - більш широким. Щоб відповідати загальноприйнятим висловлюванням в індустрії, у цій статті також буде використовуватися поняття "будівництво мережі другого рівня".

1. Місія другого рівня Layer2

Щоб зрозуміти основні проблеми, які потрібно вирішити для будівництва другого рівня Біткойн, спочатку розглянемо основні характеристики системи блокчейн.

1.1 Основні характеристики та вимоги до блокчейну

У цій статті використано концепцію, запропоновану Віталіком: блокчейн є "світовим комп'ютером". З цієї точки зору зрозуміти різноманітні характеристики блокчейну буде ясніше. Далі також буде проаналізовано можливості розвитку цього "світового комп'ютера" на основі структури фон Неймана.

Ми спочатку підсумуємо деякі основні характеристики:

Відкритість та прозорість: Це характеристики зберігання даних та виконання інструкцій цього "світового комп'ютера" на основі блокчейну, а також внутрішня вимога, яка потребує спільної участі багатьох розподілених вузлів з усього світу у розрахунках. Ця характеристика задовольняє право користувача на інформацію про дані, є спільним результатом внутрішніх вимог співпраці цього "світового комп'ютера" та зовнішніх потреб користувачів.

Децентралізація: Це архітектурна особливість цієї "світової обчислювальної машини", рівень децентралізації та стійкість до помилок теоретично базуються на теорії візантійських генералів. Невізантійські системи теоретично не є системами блокчейн. Рівень децентралізації є важливим показником безпеки блокчейн, а також основою для певних характеристик.

Безпека: Безпека складається з внутрішніх вимог, що виникають з архітектурних особливостей цієї "світової комп'ютерної системи", та зовнішніх вимог користувачів. На мікрорівні безпеку забезпечують технології, пов'язані з криптографією, а на макрорівні - децентралізація архітектури, що запобігає впливу на безпеку цієї "світової комп'ютерної системи" через підробку мікроданих або руйнування макроархітектури.

Обчислювальна потужність: Основна функція цієї світової обчислювальної машини, блокчейну, полягає в обчислювальній потужності. Зазвичай це вимірюється наявністю Тюрінг-повноти. Деякі ланцюги, щоб зберегти свої основні характеристики, навмисно розроблені як Тюрінг-неповні. Наприклад, в мережі Біткойн, Сатоші Накамото не тільки зробив так, що її кодові інструкції не є Тюрінг-повними, але й скоротив деякі інструкції, щоб зберегти її стабільність і безпеку. Уся Тюрінг-повна техніка призначена для розширення обчислювальної потужності блокчейну. З точки зору ідеї ієрархічного дизайну, прості системи більше підходять для нижнього рівня.

Продуктивність: У разі однакової обчислювальної потужності продуктивність є ще одним основним показником, що оцінює комп'ютери цього світу блокчейну. Зазвичай вимірюється кількістю транзакцій, які обробляються за секунду, TPS(.

Зберігання: Блокчейн як "світовий комп'ютер" обов'язково має функцію зберігання, тобто здатність записувати дані. Наразі в основному дані зберігаються в блоках, а більш професійне зберігання поза блоками все ще розвивається.

Приватність: Приватність є сегментованою потребою в "світовому комп'ютері", тобто вимогою зберігати межі прав даних виробників і користувачів під час обробки та зберігання. Це в основному зумовлено зовнішніми вимогами користувачів.

Є ще один комплексний показник - масштабованість, зазвичай він вказує на масштабованість всієї архітектури, ця характеристика впливає на більшість основних властивостей, на рівні архітектури це дуже важливий показник. Є також можливості підключення та інші специфічні можливості для певних сценаріїв, про які тут не будемо детально обговорювати.

У цих основних характеристиках блокчейну більшість обмежується взаємозв'язками, визначеними неможливим трикутником. Як у випадку з гіпотезою DSS, тобто децентралізація)Decentralization, D(, безпека)Security, S( та масштабованість)Scalability, S(.

У розподілених системах подібний неможливий трикутник – це принцип CAP, який вказує на те, що в розподіленій системі консистентність )Consistency(, доступність )Availability( та стійкість до розділення )Partition tolerance( не можуть бути досягнуті одночасно. Блокчейн-системи є розподіленими системами з проблемою візантійських генералів, тому до них також застосовний принцип CAP.

![Огляд основ знань про другий рівень Біткойн-мережі])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-afec9afaa32c50371c97fef06f76acca.webp(

) 1.2 Роль будівництва другого рівня

Які ролі потрібно виконати для будівництва другого рівня? Які функції потрібно надати? Будівництво другого рівня обов'язково повинно заповнити недоліки системи першого рівня, виконуючи те, що не підходить для виконання в системі першого рівня, на будівництві другого рівня.

З наведеної вище характеристики блокчейну можна зробити попередній висновок, що обов'язково слід розширити ці базові можливості:відкритість та прозорість, децентралізація, безпека, обчислювальна потужність, продуктивність ### пропускна здатність (, зберігання, конфіденційність тощо. Крім цих базових можливостей з технологічної точки зору, існує ще одна дуже важлива економічна проблема, яку потрібно вирішити, а саме:зниження витрат. Зазвичай комплексні витрати на виконання транзакцій у першому рівні мережі є досить високими, тому потрібно використовувати мережі другого рівня для зниження цих витрат.

Підсумовуючи в одному реченні, рішення для збільшення ємності, зниження витрат і налаштування характеристик - це все про будівництво другого рівня. Що стосується налаштованих характеристик, наразі вони ще не достатньо очевидні або часто приховані під двома першими характеристиками. Ми можемо зрозуміти це так: характеристики першого рівня для багатьох застосувань потребують різного ступеня, і на другому рівні можна переналаштувати реалізацію різних характеристик для певних застосувань.

У будівництві другого рівня основні можливості блокчейну будуть мати свої компроміси, деякі характеристики будуть знижені або навіть відкинуті, натомість певні характеристики можуть бути суттєво покращені. Наприклад: деякі другі рівні, щоб підвищити продуктивність, знижують рівень децентралізації та безпеки; деякі другі рівні для збільшення пропускної здатності, такі як мережа Lightning, змінюють структуру системи та способи розрахунків. Є й такі, які, не знижуючи основних характеристик, посилюють певні, наприклад, спосіб обробки RGB, що суттєво збільшує конфіденційність та стійкість до цензури, але ускладнює технічну реалізацію. У наступних прикладах ми побачимо будівництво другого рівня, яке одночасно знижує або змінює кілька характеристик.

Зниження витрат має бути основною вимогою всіх будівель другого рівня.

![Огляд базових знань про другий рівень Біткойн мережі])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad899d00cda3df50aead693947e770bc.webp(

) 1.3 Чому потрібно робити ієрархічний дизайн?

Системна архітектура — це спосіб і методологія обробки складних систем, що дозволяє розділити систему на кілька рівневих структур і визначити відносини та функції між цими рівнями, з метою досягнення модульності, підтримуваності та масштабованості системи, що, в свою чергу, підвищує ефективність дизайну системи та її надійність.

Для великої та обширної системи протоколів використання ієрархії має очевидні переваги. Це робить її зрозумілішою для людей, полегшує розподіл завдань і дозволяє легко вносити модульні покращення. Як у семирівневій моделі ISO/OSI в комп'ютерних мережах, але в конкретній реалізації можна об'єднати деякі рівні, наприклад, конкретний мережевий протокол TCP/IP є чотирирівневим протоколом.

Конкретно про переваги багаторівневої архітектури протоколу:

1.Рівні є незалежними один від одного. Один рівень не потребує знати, як реалізується наступний рівень, а лише повинен знати про послуги, що надаються через інтерфейс між рівнями. Таким чином, загальна складність проблеми знижується. Інакше кажучи, те, як виконується робота на попередньому рівні, не впливає на роботу наступного рівня, тому під час розробки роботи на кожному рівні ми повинні лише гарантувати, що інтерфейс залишається незмінним, і можемо вільно коригувати спосіб роботи всередині рівня.

2.Гнучкість. Коли будь-який рівень зазнає змін, якщо зв'язок між рівнями залишається незмінним, то це не вплине на рівні вище або нижче. Коли на певному рівні відбуваються технологічні інновації або виникають проблеми в роботі, це не вплине на роботу інших рівнів, і під час усунення проблеми потрібно враховувати лише проблему цього рівня.

3.Структурно роздільний. Кожен рівень може використовувати найбільш відповідну технологію для реалізації. Розвиток технологій, як правило, асиметричний, і ієрархічний розподіл ефективно уникає ефекту діжки, не дозволяючи недолікам у якійсь сфері технологій впливати на загальну ефективність роботи.

4.Легко реалізувати та підтримувати. Ця структура робить реалізацію та налагодження великої і складної системи легшою, оскільки вся система вже була розбита на кілька відносно незалежних підсистем. Під час налагодження та обслуговування можна окремо налагоджувати кожен рівень, що дозволяє уникнути ситуацій, коли не вдається знайти та вирішити помилки.

5.Може сприяти стандартизаційній роботі. Тому що функції кожного рівня та послуги, які вони надають, вже мають точні описи. Перевага стандартизації полягає в тому, що можна вільно замінювати будь-який з рівнів, що є дуже зручним для використання та дослідження.

Ієрархічний модульний дизайн є поширеним методом у технічній сфері для роботи з великими функціями, які потребують командної співпраці та постійного вдосконалення інженерних проектів, і є перевіреним на практиці, ефективним методом.

![Огляд основних знань про другий рівень мережі Біткойн]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-086a074fde8e4b3baab62f0dd9a0726c.webp(

2. Кілька підходів до будівництва Layer2 для Біткойн

Біткойн' с другого рівня має три помітні напрямки розвитку:

)1(Розширена маршрутка на базі ланцюга, подібна до другого рівня EVM, є структурою блокчейну;

)2(На основі розподіленого маршруту, що представляє мережа Lightning, є розподіленою структурою.

)3(Маршрут, заснований на централізованій системі, представлений централізованим індексом, є централізованою структурою.

Перші два способи мають свої особливості, вже є деякі продукти в використанні та продукти в стадії дослідження. Щодо першого способу, то завдяки бурхливому розвитку Ethereum та дослідженням інших ланцюгів, що імітують Біткойн, на базі ланцюга другий рівень масштабування є відносно простішим, можна посилатися на більше прикладів. Другий спосіб, заснований на дистрибутиві, зазвичай є більш складним, розвиток також дещо повільніший, з представником у вигляді мережі Lightning. Третій спосіб є дуже суперечливим, оскільки виглядає так, ніби це не будівництво другого рівня, але, здавалося б, виконує функції будівництва другого рівня.

Яка з рішень для другого рівня є кращою? Ми використовуємо загальну заблоковану вартість TVL)Total Value Locked( як стандарт вимірювання, яка друга мережа має вищий TVL, той варіант є оптимальним. З розвитком часу та технологій, цей оптимальний варіант буде змінним процесом.

Щодо визначення другого рівня мережі Біткойна, все, що спирається на мережу Біткойна і має технічну прив'язку до неї, а також має деякі характеристики, які перевищують перший рівень мережі Біткойна, вважається будівництвом другого рівня Біткойна. Іншими словами: якщо витрачається BTC як газ, а BTC є базовим активом, система, яка розширює функціональність Біткойна, також вважається будівництвом другого рівня. Відповідно до цього визначення, ми, мабуть, визнаємо третій тип будівництва другого рівня, а саме централізовану структуру другого рівня.

Розвиток технологій самого Біткойна, таких як модифікація OP_RETURN, Taproot, Schnorr-підписи, MAST, Tapscript, слід проектувати з метою з'єднання першого та другого рівнів, не слід надмірно використовувати ці технології для розробки функцій, оскільки, скільки б не розширювалися мережі першого рівня, суттєвого прориву не буде, і необхідно будувати другий рівень. Але в умовах відсутності кращих продуктів другого рівня для Біткойна, ці технологічні можливості для з'єднання першого та другого рівнів будуть надмірно використовуватися протягом певного часу.

![Огляд основних знань про другий рівень Біткойн-мережі])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-aacf9b18cc5ef94cda4d153a96836ffe.webp(

) 2.1 Будівництво другого рівня на основі ланцюга

Ранні Біткойн-клони провели багато експериментів, такі як "Colorcoin"###кольорові монети(, "CovertCoins" та "MasterCoin"; різні клоновані Біткойн, такі як BCH)Bitcoin Cash(, BSV)Bitcoin SV(, BTG)Bitcoin Gold(; різні технології бокових ланцюгів базуються на розширенні ланцюга, можна сказати, що це в широкому сенсі другий рівень.

Ефіріум також є вдосконаленим дослідженням, заснованим на Біткойні. Віталік, не переконавши інші команди проектів, сформував команду та випустив білу книгу, зосередившись на недоліках Біткойна: безоблікова система UTXO, не Тьюрінгова повнота мови виконання, погана масштабованість тощо, і розробив нове покоління блокчейн-системи. Хоча це дослідження Ефіріуму не є прямим будівництвом другого рівня на основі Біткойна, воно в широкому сенсі є дослідженням будівництва на основі ланцюга.

Ефір для незавершеності Біткойна зміни