Биткойн (Биткойн), называемый BTC, представляет собой зашифрованную валютную систему с открытым исходным кодом, основанную на децентрализованном консенсусе блокчейна и использующую двухточечную сетевую связь.Он совместно поддерживается компьютерными сетями и узлами, распределенными по всему миру.
Белая книга BTC была выпущена Сатоши Накамото 31 октября 2008 г., а затем, 3 января 2009 г., консенсусная цепочка BTC произвела первый блок. Однако по мере того, как сообщество шифрования и экология растут и процветают, ранняя технология BTC не могла удовлетворить потребности пользователей в масштабируемости системы криптовалюты. Сложность и сопротивление сообщества непосредственному улучшению базового протокола BTC повысит риск системы BTC, что приведет к хардфоркам и расколу сообщества.
Более подходящим решением является BTC Layer 2, который заключается в создании нового уровня на основе BTC без внесения изменений в BTC.Он совместим с BTC и отвечает потребностям пользователей в масштабируемости. ** В этой статье исследуется BTC Layer 2, всесторонне излагаются статус-кво и проблемы BTC, а также технические решения, преимущества и недостатки BTC Layer 2, а также прогнозируется его будущее. **
1. Техническое введение BTC
Ядром BTC является технология распределенного реестра, которая использует блокчейн для хранения данных транзакций. Блокчейн основан на структуре связанного списка с указателем хэша.Каждый раздел связанного списка представляет собой блок данных, который содержит значение хеш-функции, данные транзакции, данные времени, параметры майнинга и информацию о версии протокола предыдущего блока. В сети BTC мощность записи нового блокчейна, то есть право ведения бухгалтерского учета, получают узлы, следуя механизму Proof of Work (PoW) и полагаясь на конкуренцию вычислительной мощности. После того, как узел, получивший право ведения бухгалтерского учета, успешно запишет новый блок, он получит в качестве вознаграждения определенное количество токенов Биткойн, поэтому этот процесс также называется майнингом.
Структура блока данных BTC, источник изображения:
Источник изображения рабочего процесса бухгалтерского учета BTC:
BTC использует схему реестра на основе транзакций, основанную на записях о переводах, которая только записывает информацию о переводах в блокчейне без сохранения остатков на счетах. **Поэтому, чтобы предотвратить атаки двойного расходования, узлы должны поддерживать набор неизрасходованных выходных данных транзакции (Unspent Transaction Outputs, UTXO) локально и должны предоставлять источник средств при переводе учетных записей, чтобы узлы могли проверить законность сделок.
Схема UTXO одного аккаунта, источник изображения:
BTC использует алгоритмы асимметричного шифрования и хеширования для организации учетных записей, защиты и проверки транзакций. Учетная запись включает закрытый ключ учетной записи и открытый ключ учетной записи. Закрытый ключ учетной записи — это случайно сгенерированный закрытый ключ, а открытый ключ учетной записи генерируется путем обработки закрытого ключа с помощью умножения на эллиптической кривой. Кроме того, адрес учетной записи генерируется после обработки открытого ключа алгоритмом хеширования. После того, как транзакция подписана закрытым ключом, она транслируется на узлы через одноранговую сеть. Узел использует соответствующий открытый ключ для проверки транзакции, и после успешной проверки транзакция упаковывается в новый блок.
Подпись и проверка закрытого ключа учетной записи BTC и открытого ключа, источник изображения:
Накамото, Сатоши, «Технический документ о биткойнах».
Механизм консенсуса BTC — PoW. Все узлы создают новый заголовок блока таким образом, чтобы его хэш-значение было меньше или равно заданному целевому значению. Узел, который первым находит подходящий заголовок блока, имеет право вести учет для следующего блока. Регулируя размер целевого значения, можно косвенно регулировать время генерации блока. Чем больше целевое значение, тем проще майнинг и короче время генерации блока; чем меньше целевое значение, тем сложнее майнинг и тем дольше время генерации блока. BTC ожидает, что время блока каждого блока будет составлять 10 минут, поэтому BTC будет корректировать целевое значение каждые 2016 блоков, то есть корректировать сложность майнинга.
Пример процесса Proof Of Work, источник изображения:
2. Текущее состояние BTC и возникшие проблемы
BTC — первая цифровая валютная система, широко признанная мировым криптовалютным сообществом. С 2013 года рыночная стоимость BTC круглый год составляет более половины общей рыночной стоимости криптовалют, и он является заслуженным лидером среди криптовалют.
Коэффициент рыночной капитализации BTC, источник:
В течение долгого времени BTC пользовался спросом у пользователей благодаря своему новаторскому статусу и высокой безопасности.Однако с ростом числа пользователей криптовалюты BTC трудно удовлетворить требования пользователей в отношении низких комиссий, удобства, мгновенной защиты конфиденциальности, и разнообразные активы криптовалютной системы, а также растущий спрос на разнообразные приложения. В долгосрочной перспективе отношение рыночной стоимости BTC к общей рыночной стоимости криптовалют медленно снижается. По сравнению с процветающей экологией Ethereum, низкой комиссией за обработку и высоким TPS (транзакций в секунду) Solana и другими публичными цепями со своими достоинствами, у BTC, похоже, нет другой основной конкурентоспособности, кроме популярности и безопасности, и он сталкивается со следующими проблемами:
Скорость транзакций низкая, время подтверждения долгое, и это недостаточно удобно:
Емкость каждого блока BTC составляет 1 М, а данных каждой транзакции около 250 Б, поэтому каждый блок содержит до 4000 транзакций. Рассчитанный в соответствии с ожидаемым временем блока в 10 минут, TPS BTC составляет всего около 7. Транзакции в BTC должны ждать 6 блоков для надежного подтверждения, что приводит к окончательному времени подтверждения около 1 часа. Кроме того, перевод на BTC может вывести весь баланс только за один раз.Для сдачи вам необходимо объявить перевод обратно на свой адрес, иначе он будет вознагражден майнерам. Это не может удовлетворить потребности пользователей в удобстве и мгновенности транзакций.
Высокие комиссии за транзакции:
Когда пользователи используют BTC для проведения транзакций, им необходимо заплатить сервисный сбор, чтобы привлечь майнеров для упаковки транзакции.Чем выше сервисный сбор, тем выше скорость подтверждения транзакции. Когда транзакция перегружена, комиссия за обработку становится слишком высокой и достигает более 60 долларов США в 2021 году. С 14 мая 2020 года по 15 мая 2023 года комиссия за транзакции в биткойнах будет составлять в среднем 4,66 доллара США. Эта комиссия не позволяет многим пользователям использовать BTC.
Программирование смарт-контрактов не поддерживается:
BTC не поддерживает прямое построение сложных приложений и может начинаться только с уровня протокола. Однако стоимость разработки приложений на уровне протокола намного выше, чем при использовании стандартизированных смарт-контрактов. Это ограничивает развитие разнообразных приложений и активов BTC.
Комиссия BTC, источник:
3. Повышение устойчивости BTC и решение уровня 2
техническая сложность:
Проблемы, с которыми сталкивается BTC, связаны с тем, что старые технические решения не могут удовлетворить текущие потребности, даже если доводка будет производиться непосредственно на BTC, проблемы не могут быть полностью решены, а вместо них будут возникать новые проблемы. Если BTC расширяется, каждый блок увеличивается с 1 млн до 100 млн, а TPS увеличивается до 700, это приведет к почти 5 т новых данных реестра каждый год, что повысит порог для работающих узлов и повлияет на степень децентрализации системы, увеличивая системный риск. Даже без учета размера данных реестра, рассчитанного на основе средней пропускной способности Интернета, равной 13 Мбит/с, и размера каждой транзакции в блоке, равной 250 байт, верхний предел TPS для BTC составляет 13 Мбит/с/8 Мбит/250 байт ≈ 6815. , который нельзя использовать в Polkadot, Solana и других общедоступных сетях, которые могут поддерживать десятки тысяч или даже сотни тысяч TPS. Биткойн Кэш (BCH) расширяет размер блока BTC и увеличивает размер блока BTC, однако часто возникают ошибки клиента BCH, что увеличивает эксплуатационные расходы полного узла, что создает риски централизации. В 2019 году для борьбы с злоумышленниками, которые использовали уязвимости кода BCH, майнинговые пулы BCH запустили атаку 51% для изменения данных транзакций.
Сопротивление сообщества:
** Между безопасностью и масштабируемостью сообщество BTC отдает приоритет безопасности. ** Разработчики ядра BTC осторожно относятся к техническим рискам, поэтому они очень консервативны в предложениях о прямом расширении BTC. Самое простое расширение — увеличить размер каждого блока BTC. Предложение увеличить размер блока BTC поддерживается многими пользователями, майнерами и разработчиками с 2015 года. Увеличивая емкость блока, пользователи могут получить более высокую скорость транзакций, а майнеры могут взимать более высокую комиссию за транзакцию. Однако некоторые разработчики во главе с Владимиром ван дер Лааном, главой группы разработчиков BTC, не согласны с этим методом расширения и поддерживают такие решения, как Segregated Witness и Lightning Network. Дебаты о расширении блока вызвали раскол сообщества BTC. Наконец, после того, как BTC представил технологию обновления изоляции, некоторые люди отвергли это обновление технологии. В августе 2017 года это вызвало хард-форк BTC и производный BCH. После хардфорка BCH лимит блока был увеличен до 8 млн, а затем до 32 млн при среднем значении TPS около 120. Кроме того, в 2018 году сообщество BCH снова разделилось из-за различий в маршрутах обновления технологий и хард-форка BSV (Bitcoin Satoshi Vision). Этот форк привел к резкому падению общей вычислительной мощности сети BCH, и она не достигла уровня вычислительной мощности до форка. Верхний предел размера блока BSV был увеличен до 4 ГБ, но в нем отсутствуют майнеры и пользователи, и он гораздо менее безопасен, чем BTC.
История бифуркации BTC, источник изображения:
История общей вычислительной мощности сети BCH, источник изображения:
Схема Layer2:
На самом деле, сложность прямого изменения BTC высока, а сопротивление сообщества велико.Решение, которое более принято сообществом, состоит в том, чтобы построить новый слой на основе BTC, который совместим и не влияет на систему BTC, в то время как решение вышеуказанных проблем. BTC имеет чрезвычайно высокий уровень безопасности.Используя BTC в качестве основного уровня, полагаясь на данные блоков BTC и используя скрипты BTC, разработчики могут построить совместимую с BTC систему на верхнем уровне BTC и разместить большое количество транзакций за пределами BTC. данные о состоянии записываются в BTC.Этот тип схемы называется BTC Layer 2.
4. Цель и история развития второго слоя BTC
BTC Layer 2 относится к технологии расширения второго уровня Биткойн (BTC).Этот тип технологии направлен на увеличение скорости транзакций Биткойн, снижение комиссий за обработку, повышение масштабируемости и решение ряда проблем, с которыми сталкивается BTC.
Цели развития Layer2:
Увеличение скорости транзакций: Уровень 2 пытается увеличить скорость транзакций Биткойн за счет оптимизации метода обработки транзакций, пакетной обработки транзакций в цепочке и использования новейшей технологии сопряжения для синхронизации и проверки каждой транзакции в цепочке, тем самым расширяя глобальный охват Биткойн приложение и продвижение внутри.
Снижение транзакционных издержек: уровень 2 обрабатывает транзакции пакетами в цепочке BTC и записывает только конечное состояние транзакции в BTC.Промежуточные транзакции и состояния в конечном и начальном состояниях существуют вне цепочки и не синхронизируются в BTC. снижение комиссий за транзакцию и снижение нагрузки на базовую цепочку биткойнов.
Повышенная масштабируемость. Внедрение технологии уровня 2 направлено на решение проблемы масштабируемости базовой цепочки биткойнов, делая ее более способной справляться с будущим ростом объема транзакций.
В последние годы уровень 2 был одной из самых важных инвестиционных тем в криптоиндустрии, но в большинстве сценариев он конкретно относится к плану расширения Ethereum уровня 2. Однако план расширения BTC намного раньше, чем предложение расширения Ethereum. была создана после того, как предложения Виталика Бутерина по улучшению BTC были отклонены.
В 2012 году впервые была предложена концепция Pegged Sidechains, производная от двусторонней привязки, которая позволяет беспрепятственно передавать активы между двумя цепочками. Это предложение заложило основу для более поздней технологии боковой цепи.
В 2014 году была создана компания Blockstream, чтобы начать исследования и разработку технологии сайдчейна для улучшения масштабируемости Биткойна.
В 2015 году был выпущен официальный документ Lightning Network, авторами которого были Тадж Драйя и Джозеф Пун. Lightning Network — это решение, отделяющее небольшие транзакции от основной цепочки.За счет создания двустороннего платежного канала нет необходимости записывать промежуточные транзакции в блокчейн, а в BTC нужно записывать только конечное состояние.
Поскольку структура BTC относительно проста, не является гибкой и масштабируемой, раннюю схему BTC Layer 2 трудно внедрить в Биткойн, поэтому она не вызвала большого резонанса.
До 2017 года был модернизирован и активирован SegWit (Segregated Witness), что решило проблему пластичности транзакций в блокчейне Биткойн и сделало возможным развитие технологии Layer 2.
С 2018 года разработчики постепенно начали развертывать узлы Lightning Network и получили определенных пользователей и поддержку. Согласно статистике сайта bitcoinvisuals, по состоянию на 4 июня 2023 года количество узлов в Lightning Network превысило 18 000, а количество платежных каналов, которые могут вместить, превышает 70 000. Емкость сети превышает 5 000 биткойнов на сумму более 100 миллионов долларов США.
Недавнее появление стандарта токенов BRC-20 еще больше обогатило экологию Биткойна и в то же время привлекло внимание общественности к BTC Layer 2. Существует множество проектов, создающих BTC Layer 2, наиболее известным из которых является Lightning Network.
5. Молниеносная сеть
Сеть Lightning была впервые предложена в 2015 году Джозефом Пуном и Таддеусом Дрией в их официальном документе. Сеть Lightning использует технологию канала микроплатежей, чтобы размещать большое количество транзакций за пределами блокчейна Биткойн и помещать в цепочку только ключевые ссылки для подтверждения. Процесс транзакции выглядит следующим образом: пользователь, которому необходимо торговать, открывает комнату для офлайн-транзакций.При входе в комнату пользователь закладывает валюту для получения счета, а новый счет использует для распределения заложенной валюты обеих сторон.После транзакция завершена, когда комната отсутствует, транзакция урегулирована Последняя валюта погашения банкнот.
Техническое введение в сеть Lightning
Чтобы создать безопасный и надежный канал микроплатежей, Lightning Network использует в качестве ключевых технологий контракт с восстанавливаемой последовательностью погашения (RSMC) и контракт временной блокировки (хэшированный контракт временной блокировки, HTLC).
RSMC обеспечивает залоговые и расчетные функции, то есть пул средств кошелька с несколькими подписями. Обе стороны сделки предварительно вносят часть средств в пул средств. В исходном случае план распределения обеих сторон равен предварительно сохраненная сумма. Каждый раз, когда происходит транзакция, необходимо совместно подтверждать результаты распределения средств, полученные после транзакции, и в то же время подписывать, чтобы аннулировать старую версию плана распределения. Когда какой-либо стороне необходимо снять наличные, он может записать результат транзакции, подписанный обеими сторонами, в сеть блокчейн для подтверждения. Из этого процесса мы видим, что транзакции BTC требуются только при снятии наличных. Сторона, которая первой инициирует снятие средств, прибывает на 1000 блоков позже, чем другая сторона, и другая сторона может опровергнуть в течение этого временного окна.
Процесс транзакции Lightning Network, источник изображения:
HTLC устанавливает канал транзакций для обеих сторон, аналогичный комнате транзакций, устанавливает срок действия и автоматически производит расчет по истечении срока действия. В то же время HTLC также согласовывает правила межканальных транзакций для облегчения маршрутизации транзакций: в Lightning Network создание каналов транзакций требует затрат, и между любыми двумя пользователями может не быть существующих каналов транзакций. каналы, существующие с другими людьми, могут быть использованы как посредники, проводить сделки.
Платежные каналы и маршрутизация Lightning Network, источник изображения:
Однако у ранней версии Lightning Network были следующие проблемы:
Каждая транзакция требует двух сторон для работы: в канале каждая транзакция требует подтверждения подписи обеих сторон, и односторонняя передача невозможна.
Это требует игры между двумя сторонами транзакции: если A и B проводят транзакцию, а A использует старый результат транзакции для инициации вывода средств, B может представить обновленную версию результата транзакции только в качестве опровержения в пределах 1000 блоков, в противном случае отказ А вступит в силу
Управление состоянием канала: пользователям необходимо динамически синхронизировать и создавать резервные копии состояния канала, в противном случае, если будет отправлено старое состояние, контрагент может инициировать мошенническое опровержение, запросить претензию и получить все активы в канале.
Фактически, ранние версии Lightning Network требовали от пользователей запуска кошельков с полным узлом или использования кошельков с полным хранением из-за вышеупомянутых проблем. Кошельки с полным узлом требуют, чтобы пользователи вручную управляли временными закрытыми ключами и статусом канала, а процесс транзакций не очень хорош. Полностью управляемые кошельки, такие как Chivo, используемый в Сальвадоре, имеют низкий порог использования, и хранитель автоматически действует от имени пользователя, однако хранитель контролирует закрытый ключ учетной записи пользователя, и его безопасность вызывает беспокойство. . По мере того, как разработчики продолжают развивать Lightning Network, вышеуказанные проблемы постепенно решаются, и были разработаны более совершенные Lightning Network и вспомогательные средства, такие как OmniBOLT и кошелек OBAndroid Lightning Network, разработанный его командой.
Все БОЛТЫ
Omni означает «полный и завершенный», а BOTL — это аббревиатура от «Basis of Lightning Technology». Основанный на BTC и Omni Layer, OmniBOLT предлагает полный протокол Lightning Network.Расширяя функцию Lightning Network для оплаты BTC, он также может выпускать и торговать диверсифицированными активами на основе Omni Layer и поддерживает автоматический механизм маркет-мейкера (AMM: Automated маркет-мейкеры), позволяя пользователям использовать пул средств платежного канала в качестве ликвидности в сети Lightning для создания и использования децентрализованных бирж. OmniBOTL имеет грандиозное видение, но в настоящее время технология сложна, включает несколько протоколов и систем, и могут быть риски уязвимостей, и требуется больше времени для проверки ее безопасности.
Архитектура протокола OmniBOLT, источник изображения:
OBAndroid — это полнофункциональный мобильный кошелек Lightning Network с полным узлом. В этом кошельке, хотя пользователь имеет право управлять закрытым ключом, он может автоматически отслеживать транзакции, быстро синхронизировать данные полного узла и поддерживать состояние облачного и локального резервного канала. Кроме того, OBAndroid также поддерживает активы Omnilayer, которыми можно торговать через OmniBOTL. OBAndroid делает торговый опыт Lightning Network приемлемым для пользователей, снижая порог для использования Lightning Network.
Кошелек полного узла OBAndroid, источник изображения:
6. Другие проекты BTC Layer 2
Помимо Lightning Network, в разработке находятся и другие проекты BTC Layer 2:
Syscoin разработан командой SYSLab, разветвляющей исходный код BTC, с целью воспользоваться преимуществами безопасности BTC и быть совместимым с экосистемой Ethereum. В настоящее время команда SYSLab запустила NEVM (Network-Enhanced Virtual Machine), виртуальную машину, созданную с использованием безопасности PoW BTC, совместимую со смарт-контрактами Ethereum. Кроме того, команда SYSLab также планирует запустить ZK и Optimistic Rollup, Validium с доказательством данных в сети и другие проекты. О проекте Syscoin мало информации, технически сложно оценить его плюсы и минусы, однако его библиотека исходного кода часто обновляется и все еще находится в стадии стабильной разработки.
Дорожная карта Syscoin, источник:
RGB (Really Good for Bitcoin) — это система смарт-контрактов BTC, интегрированная с Lightning Network, предложенная Джакомо Зукко и Питером Тоддом в 2016 году. RGB использует BTC для защиты от цензуры и борьбы с атаками двойных расходов. В RGB транзакция и проверка всех токенов обрабатываются вне сети, и только сторона, получающая платеж, должна выполнять проверку клиента. Клиент проверяет источник средств плательщика в BTC и, подтвердив, что транзакция действительна, напрямую модифицирует UTXO обеих сторон, не записывая данные транзакции в блокчейн, обладающий функцией защиты конфиденциальности. Кроме того, клиент может напрямую ввести функцию смарт-контракта для оценки правил транзакции, а поскольку консенсус глобального состояния не требуется, данные смарт-контракта не нужно загружать в цепочку, а функция конфиденциальности также может быть гарантирована. Сообщество RGB разработало полную по Тьюрингу виртуальную машину смарт-контрактов AluVM (алгоритмическая логическая единица VM), которая обладает хорошей масштабируемостью, безопасностью и защитой конфиденциальности.
Сравнение транзакций по RGB и транзакций по BTC, источник:
Сравнение AluVM с другими режимами программирования, источник:
7. Резюме и перспективы BTC Layer2
Хотя Биткойн является самой ранней, самой безопасной, самой известной и самой ценной сетью блокчейнов в мире, его экологическое развитие продолжает углубляться. Например, пропускная способность канала его крупнейшей сети второго уровня, Lightning Network, продолжает расти, обновление Taproot повышает эффективность и конфиденциальность биткойнов, а протокол Taro вводит платежи в стейблкоинах и нативные NFT в сети Lightning Network. . Однако, по сравнению с количеством биткойнов в цепочке Ethereum, пропускная способность сети Lightning относительно невелика, и из-за полной синхронизации данных узла и управления состоянием канала порог использования сети Lightning высок, и пользователь масштаб не так хорош, как у Ethereum, но этот статус-кво может указывать на огромный потенциал роста.С дальнейшим развитием экологии, связанной с Lightning Network, непрерывной разработкой улучшенной версии протокола Lightning Network, такой как OmniBOLT, и кошелька OBAndroid, который снижение порога использования позволит Lightning Network, наконец, иметь хорошую безопасность и масштабируемость.Пользователи принимают ее из-за ее надежности и простоты использования, что может поднять рыночную стоимость BTC на более высокий уровень.
В то же время нам также необходимо уделить внимание развитию других проектов уровня 2, таких как схема RGB с естественной защитой конфиденциальности и Syscoin, совместимый с экосистемой Ethereum. Эти проекты не так известны, как Lightning Network, но они также могут решить проблемы, с которыми сталкивается BTC, и имеют преимущества, с которыми не могут сравниться другие решения. Однако, по сравнению с проектами расширения второго уровня Ethereum, эти проекты недостаточно известны, получили меньше инвестиций и не получают поддержки основной команды разработчиков BTC, такой как Lightning Network. вероятно, будет позже, чем Ethereum Реализация расширений, таких как решение Syscoin Rollup. С точки зрения экологии уровня 2, кажется, что экология Ethereum имеет лучший круг добродетели и больше нравится инвесторам.
В будущем мы можем увидеть ускоренное расширение экосистемы Биткойн. По мере того, как инфраструктура Lightning Network совершенствуется и привлекает все больше внимания, проекты, основанные на Lightning Network, такие как OmniBOLT и RGB, могут извлечь из нее пользу, получив лучшую основу для разработки, больше пользователей и еще больше инвестиций. И проекты уровня 2 BTC, совместимые с Ethereum, такие как Syscoin, также выиграют от быстрого развития экосистемы второго уровня Ethereum и ускорят продвижение своей дорожной карты. Кроме того, обсуждение схемы расширения BTC не прекращается: двухуровневая сеть zk-rollups на основе биткойнов, предложенная Джоном Лайтом в 2022 году, может принести больше функций, более высокую масштабируемость и лучшую конфиденциальность при сохранении своего децентрализованного характера. компания, возглавляемая бывшим генеральным директором Twitter Джеком Дорси, продвигает повышение ликвидности сети Lightning, что может означать, что экосистема Биткойн станет более популярной в платежах, DeFi, NFT и т. д. За пределами поля откройте новый путь для покрытия больше пользователей.
Посмотреть Оригинал
Содержание носит исключительно справочный характер и не является предложением или офертой. Консультации по инвестициям, налогообложению или юридическим вопросам не предоставляются. Более подробную информацию о рисках см. в разделе «Дисклеймер».
Подробное обсуждение прошлого, настоящего и будущего BTC Layer2
Биткойн (Биткойн), называемый BTC, представляет собой зашифрованную валютную систему с открытым исходным кодом, основанную на децентрализованном консенсусе блокчейна и использующую двухточечную сетевую связь.Он совместно поддерживается компьютерными сетями и узлами, распределенными по всему миру.
Белая книга BTC была выпущена Сатоши Накамото 31 октября 2008 г., а затем, 3 января 2009 г., консенсусная цепочка BTC произвела первый блок. Однако по мере того, как сообщество шифрования и экология растут и процветают, ранняя технология BTC не могла удовлетворить потребности пользователей в масштабируемости системы криптовалюты. Сложность и сопротивление сообщества непосредственному улучшению базового протокола BTC повысит риск системы BTC, что приведет к хардфоркам и расколу сообщества.
Более подходящим решением является BTC Layer 2, который заключается в создании нового уровня на основе BTC без внесения изменений в BTC.Он совместим с BTC и отвечает потребностям пользователей в масштабируемости. ** В этой статье исследуется BTC Layer 2, всесторонне излагаются статус-кво и проблемы BTC, а также технические решения, преимущества и недостатки BTC Layer 2, а также прогнозируется его будущее. **
1. Техническое введение BTC
Ядром BTC является технология распределенного реестра, которая использует блокчейн для хранения данных транзакций. Блокчейн основан на структуре связанного списка с указателем хэша.Каждый раздел связанного списка представляет собой блок данных, который содержит значение хеш-функции, данные транзакции, данные времени, параметры майнинга и информацию о версии протокола предыдущего блока. В сети BTC мощность записи нового блокчейна, то есть право ведения бухгалтерского учета, получают узлы, следуя механизму Proof of Work (PoW) и полагаясь на конкуренцию вычислительной мощности. После того, как узел, получивший право ведения бухгалтерского учета, успешно запишет новый блок, он получит в качестве вознаграждения определенное количество токенов Биткойн, поэтому этот процесс также называется майнингом.
Структура блока данных BTC, источник изображения:
Источник изображения рабочего процесса бухгалтерского учета BTC:
BTC использует схему реестра на основе транзакций, основанную на записях о переводах, которая только записывает информацию о переводах в блокчейне без сохранения остатков на счетах. **Поэтому, чтобы предотвратить атаки двойного расходования, узлы должны поддерживать набор неизрасходованных выходных данных транзакции (Unspent Transaction Outputs, UTXO) локально и должны предоставлять источник средств при переводе учетных записей, чтобы узлы могли проверить законность сделок.
Схема UTXO одного аккаунта, источник изображения:
BTC использует алгоритмы асимметричного шифрования и хеширования для организации учетных записей, защиты и проверки транзакций. Учетная запись включает закрытый ключ учетной записи и открытый ключ учетной записи. Закрытый ключ учетной записи — это случайно сгенерированный закрытый ключ, а открытый ключ учетной записи генерируется путем обработки закрытого ключа с помощью умножения на эллиптической кривой. Кроме того, адрес учетной записи генерируется после обработки открытого ключа алгоритмом хеширования. После того, как транзакция подписана закрытым ключом, она транслируется на узлы через одноранговую сеть. Узел использует соответствующий открытый ключ для проверки транзакции, и после успешной проверки транзакция упаковывается в новый блок.
Подпись и проверка закрытого ключа учетной записи BTC и открытого ключа, источник изображения:
Накамото, Сатоши, «Технический документ о биткойнах».
Механизм консенсуса BTC — PoW. Все узлы создают новый заголовок блока таким образом, чтобы его хэш-значение было меньше или равно заданному целевому значению. Узел, который первым находит подходящий заголовок блока, имеет право вести учет для следующего блока. Регулируя размер целевого значения, можно косвенно регулировать время генерации блока. Чем больше целевое значение, тем проще майнинг и короче время генерации блока; чем меньше целевое значение, тем сложнее майнинг и тем дольше время генерации блока. BTC ожидает, что время блока каждого блока будет составлять 10 минут, поэтому BTC будет корректировать целевое значение каждые 2016 блоков, то есть корректировать сложность майнинга.
Пример процесса Proof Of Work, источник изображения:
2. Текущее состояние BTC и возникшие проблемы
BTC — первая цифровая валютная система, широко признанная мировым криптовалютным сообществом. С 2013 года рыночная стоимость BTC круглый год составляет более половины общей рыночной стоимости криптовалют, и он является заслуженным лидером среди криптовалют.
Коэффициент рыночной капитализации BTC, источник:
В течение долгого времени BTC пользовался спросом у пользователей благодаря своему новаторскому статусу и высокой безопасности.Однако с ростом числа пользователей криптовалюты BTC трудно удовлетворить требования пользователей в отношении низких комиссий, удобства, мгновенной защиты конфиденциальности, и разнообразные активы криптовалютной системы, а также растущий спрос на разнообразные приложения. В долгосрочной перспективе отношение рыночной стоимости BTC к общей рыночной стоимости криптовалют медленно снижается. По сравнению с процветающей экологией Ethereum, низкой комиссией за обработку и высоким TPS (транзакций в секунду) Solana и другими публичными цепями со своими достоинствами, у BTC, похоже, нет другой основной конкурентоспособности, кроме популярности и безопасности, и он сталкивается со следующими проблемами:
Скорость транзакций низкая, время подтверждения долгое, и это недостаточно удобно:
Емкость каждого блока BTC составляет 1 М, а данных каждой транзакции около 250 Б, поэтому каждый блок содержит до 4000 транзакций. Рассчитанный в соответствии с ожидаемым временем блока в 10 минут, TPS BTC составляет всего около 7. Транзакции в BTC должны ждать 6 блоков для надежного подтверждения, что приводит к окончательному времени подтверждения около 1 часа. Кроме того, перевод на BTC может вывести весь баланс только за один раз.Для сдачи вам необходимо объявить перевод обратно на свой адрес, иначе он будет вознагражден майнерам. Это не может удовлетворить потребности пользователей в удобстве и мгновенности транзакций.
Высокие комиссии за транзакции:
Когда пользователи используют BTC для проведения транзакций, им необходимо заплатить сервисный сбор, чтобы привлечь майнеров для упаковки транзакции.Чем выше сервисный сбор, тем выше скорость подтверждения транзакции. Когда транзакция перегружена, комиссия за обработку становится слишком высокой и достигает более 60 долларов США в 2021 году. С 14 мая 2020 года по 15 мая 2023 года комиссия за транзакции в биткойнах будет составлять в среднем 4,66 доллара США. Эта комиссия не позволяет многим пользователям использовать BTC.
Программирование смарт-контрактов не поддерживается:
BTC не поддерживает прямое построение сложных приложений и может начинаться только с уровня протокола. Однако стоимость разработки приложений на уровне протокола намного выше, чем при использовании стандартизированных смарт-контрактов. Это ограничивает развитие разнообразных приложений и активов BTC.
Комиссия BTC, источник:
3. Повышение устойчивости BTC и решение уровня 2
техническая сложность:
Проблемы, с которыми сталкивается BTC, связаны с тем, что старые технические решения не могут удовлетворить текущие потребности, даже если доводка будет производиться непосредственно на BTC, проблемы не могут быть полностью решены, а вместо них будут возникать новые проблемы. Если BTC расширяется, каждый блок увеличивается с 1 млн до 100 млн, а TPS увеличивается до 700, это приведет к почти 5 т новых данных реестра каждый год, что повысит порог для работающих узлов и повлияет на степень децентрализации системы, увеличивая системный риск. Даже без учета размера данных реестра, рассчитанного на основе средней пропускной способности Интернета, равной 13 Мбит/с, и размера каждой транзакции в блоке, равной 250 байт, верхний предел TPS для BTC составляет 13 Мбит/с/8 Мбит/250 байт ≈ 6815. , который нельзя использовать в Polkadot, Solana и других общедоступных сетях, которые могут поддерживать десятки тысяч или даже сотни тысяч TPS. Биткойн Кэш (BCH) расширяет размер блока BTC и увеличивает размер блока BTC, однако часто возникают ошибки клиента BCH, что увеличивает эксплуатационные расходы полного узла, что создает риски централизации. В 2019 году для борьбы с злоумышленниками, которые использовали уязвимости кода BCH, майнинговые пулы BCH запустили атаку 51% для изменения данных транзакций.
Сопротивление сообщества:
** Между безопасностью и масштабируемостью сообщество BTC отдает приоритет безопасности. ** Разработчики ядра BTC осторожно относятся к техническим рискам, поэтому они очень консервативны в предложениях о прямом расширении BTC. Самое простое расширение — увеличить размер каждого блока BTC. Предложение увеличить размер блока BTC поддерживается многими пользователями, майнерами и разработчиками с 2015 года. Увеличивая емкость блока, пользователи могут получить более высокую скорость транзакций, а майнеры могут взимать более высокую комиссию за транзакцию. Однако некоторые разработчики во главе с Владимиром ван дер Лааном, главой группы разработчиков BTC, не согласны с этим методом расширения и поддерживают такие решения, как Segregated Witness и Lightning Network. Дебаты о расширении блока вызвали раскол сообщества BTC. Наконец, после того, как BTC представил технологию обновления изоляции, некоторые люди отвергли это обновление технологии. В августе 2017 года это вызвало хард-форк BTC и производный BCH. После хардфорка BCH лимит блока был увеличен до 8 млн, а затем до 32 млн при среднем значении TPS около 120. Кроме того, в 2018 году сообщество BCH снова разделилось из-за различий в маршрутах обновления технологий и хард-форка BSV (Bitcoin Satoshi Vision). Этот форк привел к резкому падению общей вычислительной мощности сети BCH, и она не достигла уровня вычислительной мощности до форка. Верхний предел размера блока BSV был увеличен до 4 ГБ, но в нем отсутствуют майнеры и пользователи, и он гораздо менее безопасен, чем BTC.
История бифуркации BTC, источник изображения:
История общей вычислительной мощности сети BCH, источник изображения:
Схема Layer2:
На самом деле, сложность прямого изменения BTC высока, а сопротивление сообщества велико.Решение, которое более принято сообществом, состоит в том, чтобы построить новый слой на основе BTC, который совместим и не влияет на систему BTC, в то время как решение вышеуказанных проблем. BTC имеет чрезвычайно высокий уровень безопасности.Используя BTC в качестве основного уровня, полагаясь на данные блоков BTC и используя скрипты BTC, разработчики могут построить совместимую с BTC систему на верхнем уровне BTC и разместить большое количество транзакций за пределами BTC. данные о состоянии записываются в BTC.Этот тип схемы называется BTC Layer 2.
4. Цель и история развития второго слоя BTC
BTC Layer 2 относится к технологии расширения второго уровня Биткойн (BTC).Этот тип технологии направлен на увеличение скорости транзакций Биткойн, снижение комиссий за обработку, повышение масштабируемости и решение ряда проблем, с которыми сталкивается BTC.
Цели развития Layer2:
Увеличение скорости транзакций: Уровень 2 пытается увеличить скорость транзакций Биткойн за счет оптимизации метода обработки транзакций, пакетной обработки транзакций в цепочке и использования новейшей технологии сопряжения для синхронизации и проверки каждой транзакции в цепочке, тем самым расширяя глобальный охват Биткойн приложение и продвижение внутри.
Снижение транзакционных издержек: уровень 2 обрабатывает транзакции пакетами в цепочке BTC и записывает только конечное состояние транзакции в BTC.Промежуточные транзакции и состояния в конечном и начальном состояниях существуют вне цепочки и не синхронизируются в BTC. снижение комиссий за транзакцию и снижение нагрузки на базовую цепочку биткойнов.
Повышенная масштабируемость. Внедрение технологии уровня 2 направлено на решение проблемы масштабируемости базовой цепочки биткойнов, делая ее более способной справляться с будущим ростом объема транзакций.
В последние годы уровень 2 был одной из самых важных инвестиционных тем в криптоиндустрии, но в большинстве сценариев он конкретно относится к плану расширения Ethereum уровня 2. Однако план расширения BTC намного раньше, чем предложение расширения Ethereum. была создана после того, как предложения Виталика Бутерина по улучшению BTC были отклонены.
В 2012 году впервые была предложена концепция Pegged Sidechains, производная от двусторонней привязки, которая позволяет беспрепятственно передавать активы между двумя цепочками. Это предложение заложило основу для более поздней технологии боковой цепи.
В 2014 году была создана компания Blockstream, чтобы начать исследования и разработку технологии сайдчейна для улучшения масштабируемости Биткойна.
В 2015 году был выпущен официальный документ Lightning Network, авторами которого были Тадж Драйя и Джозеф Пун. Lightning Network — это решение, отделяющее небольшие транзакции от основной цепочки.За счет создания двустороннего платежного канала нет необходимости записывать промежуточные транзакции в блокчейн, а в BTC нужно записывать только конечное состояние.
Поскольку структура BTC относительно проста, не является гибкой и масштабируемой, раннюю схему BTC Layer 2 трудно внедрить в Биткойн, поэтому она не вызвала большого резонанса.
До 2017 года был модернизирован и активирован SegWit (Segregated Witness), что решило проблему пластичности транзакций в блокчейне Биткойн и сделало возможным развитие технологии Layer 2.
С 2018 года разработчики постепенно начали развертывать узлы Lightning Network и получили определенных пользователей и поддержку. Согласно статистике сайта bitcoinvisuals, по состоянию на 4 июня 2023 года количество узлов в Lightning Network превысило 18 000, а количество платежных каналов, которые могут вместить, превышает 70 000. Емкость сети превышает 5 000 биткойнов на сумму более 100 миллионов долларов США.
Недавнее появление стандарта токенов BRC-20 еще больше обогатило экологию Биткойна и в то же время привлекло внимание общественности к BTC Layer 2. Существует множество проектов, создающих BTC Layer 2, наиболее известным из которых является Lightning Network.
5. Молниеносная сеть
Сеть Lightning была впервые предложена в 2015 году Джозефом Пуном и Таддеусом Дрией в их официальном документе. Сеть Lightning использует технологию канала микроплатежей, чтобы размещать большое количество транзакций за пределами блокчейна Биткойн и помещать в цепочку только ключевые ссылки для подтверждения. Процесс транзакции выглядит следующим образом: пользователь, которому необходимо торговать, открывает комнату для офлайн-транзакций.При входе в комнату пользователь закладывает валюту для получения счета, а новый счет использует для распределения заложенной валюты обеих сторон.После транзакция завершена, когда комната отсутствует, транзакция урегулирована Последняя валюта погашения банкнот.
Техническое введение в сеть Lightning
Чтобы создать безопасный и надежный канал микроплатежей, Lightning Network использует в качестве ключевых технологий контракт с восстанавливаемой последовательностью погашения (RSMC) и контракт временной блокировки (хэшированный контракт временной блокировки, HTLC).
RSMC обеспечивает залоговые и расчетные функции, то есть пул средств кошелька с несколькими подписями. Обе стороны сделки предварительно вносят часть средств в пул средств. В исходном случае план распределения обеих сторон равен предварительно сохраненная сумма. Каждый раз, когда происходит транзакция, необходимо совместно подтверждать результаты распределения средств, полученные после транзакции, и в то же время подписывать, чтобы аннулировать старую версию плана распределения. Когда какой-либо стороне необходимо снять наличные, он может записать результат транзакции, подписанный обеими сторонами, в сеть блокчейн для подтверждения. Из этого процесса мы видим, что транзакции BTC требуются только при снятии наличных. Сторона, которая первой инициирует снятие средств, прибывает на 1000 блоков позже, чем другая сторона, и другая сторона может опровергнуть в течение этого временного окна.
Процесс транзакции Lightning Network, источник изображения:
HTLC устанавливает канал транзакций для обеих сторон, аналогичный комнате транзакций, устанавливает срок действия и автоматически производит расчет по истечении срока действия. В то же время HTLC также согласовывает правила межканальных транзакций для облегчения маршрутизации транзакций: в Lightning Network создание каналов транзакций требует затрат, и между любыми двумя пользователями может не быть существующих каналов транзакций. каналы, существующие с другими людьми, могут быть использованы как посредники, проводить сделки.
Платежные каналы и маршрутизация Lightning Network, источник изображения:
Однако у ранней версии Lightning Network были следующие проблемы:
Каждая транзакция требует двух сторон для работы: в канале каждая транзакция требует подтверждения подписи обеих сторон, и односторонняя передача невозможна.
Это требует игры между двумя сторонами транзакции: если A и B проводят транзакцию, а A использует старый результат транзакции для инициации вывода средств, B может представить обновленную версию результата транзакции только в качестве опровержения в пределах 1000 блоков, в противном случае отказ А вступит в силу
Управление состоянием канала: пользователям необходимо динамически синхронизировать и создавать резервные копии состояния канала, в противном случае, если будет отправлено старое состояние, контрагент может инициировать мошенническое опровержение, запросить претензию и получить все активы в канале.
Фактически, ранние версии Lightning Network требовали от пользователей запуска кошельков с полным узлом или использования кошельков с полным хранением из-за вышеупомянутых проблем. Кошельки с полным узлом требуют, чтобы пользователи вручную управляли временными закрытыми ключами и статусом канала, а процесс транзакций не очень хорош. Полностью управляемые кошельки, такие как Chivo, используемый в Сальвадоре, имеют низкий порог использования, и хранитель автоматически действует от имени пользователя, однако хранитель контролирует закрытый ключ учетной записи пользователя, и его безопасность вызывает беспокойство. . По мере того, как разработчики продолжают развивать Lightning Network, вышеуказанные проблемы постепенно решаются, и были разработаны более совершенные Lightning Network и вспомогательные средства, такие как OmniBOLT и кошелек OBAndroid Lightning Network, разработанный его командой.
Все БОЛТЫ
Omni означает «полный и завершенный», а BOTL — это аббревиатура от «Basis of Lightning Technology». Основанный на BTC и Omni Layer, OmniBOLT предлагает полный протокол Lightning Network.Расширяя функцию Lightning Network для оплаты BTC, он также может выпускать и торговать диверсифицированными активами на основе Omni Layer и поддерживает автоматический механизм маркет-мейкера (AMM: Automated маркет-мейкеры), позволяя пользователям использовать пул средств платежного канала в качестве ликвидности в сети Lightning для создания и использования децентрализованных бирж. OmniBOTL имеет грандиозное видение, но в настоящее время технология сложна, включает несколько протоколов и систем, и могут быть риски уязвимостей, и требуется больше времени для проверки ее безопасности.
Архитектура протокола OmniBOLT, источник изображения:
OBAndroid — это полнофункциональный мобильный кошелек Lightning Network с полным узлом. В этом кошельке, хотя пользователь имеет право управлять закрытым ключом, он может автоматически отслеживать транзакции, быстро синхронизировать данные полного узла и поддерживать состояние облачного и локального резервного канала. Кроме того, OBAndroid также поддерживает активы Omnilayer, которыми можно торговать через OmniBOTL. OBAndroid делает торговый опыт Lightning Network приемлемым для пользователей, снижая порог для использования Lightning Network.
Кошелек полного узла OBAndroid, источник изображения:
6. Другие проекты BTC Layer 2
Помимо Lightning Network, в разработке находятся и другие проекты BTC Layer 2:
Syscoin разработан командой SYSLab, разветвляющей исходный код BTC, с целью воспользоваться преимуществами безопасности BTC и быть совместимым с экосистемой Ethereum. В настоящее время команда SYSLab запустила NEVM (Network-Enhanced Virtual Machine), виртуальную машину, созданную с использованием безопасности PoW BTC, совместимую со смарт-контрактами Ethereum. Кроме того, команда SYSLab также планирует запустить ZK и Optimistic Rollup, Validium с доказательством данных в сети и другие проекты. О проекте Syscoin мало информации, технически сложно оценить его плюсы и минусы, однако его библиотека исходного кода часто обновляется и все еще находится в стадии стабильной разработки.
Дорожная карта Syscoin, источник:
RGB (Really Good for Bitcoin) — это система смарт-контрактов BTC, интегрированная с Lightning Network, предложенная Джакомо Зукко и Питером Тоддом в 2016 году. RGB использует BTC для защиты от цензуры и борьбы с атаками двойных расходов. В RGB транзакция и проверка всех токенов обрабатываются вне сети, и только сторона, получающая платеж, должна выполнять проверку клиента. Клиент проверяет источник средств плательщика в BTC и, подтвердив, что транзакция действительна, напрямую модифицирует UTXO обеих сторон, не записывая данные транзакции в блокчейн, обладающий функцией защиты конфиденциальности. Кроме того, клиент может напрямую ввести функцию смарт-контракта для оценки правил транзакции, а поскольку консенсус глобального состояния не требуется, данные смарт-контракта не нужно загружать в цепочку, а функция конфиденциальности также может быть гарантирована. Сообщество RGB разработало полную по Тьюрингу виртуальную машину смарт-контрактов AluVM (алгоритмическая логическая единица VM), которая обладает хорошей масштабируемостью, безопасностью и защитой конфиденциальности.
Сравнение транзакций по RGB и транзакций по BTC, источник:
Сравнение AluVM с другими режимами программирования, источник:
7. Резюме и перспективы BTC Layer2
Хотя Биткойн является самой ранней, самой безопасной, самой известной и самой ценной сетью блокчейнов в мире, его экологическое развитие продолжает углубляться. Например, пропускная способность канала его крупнейшей сети второго уровня, Lightning Network, продолжает расти, обновление Taproot повышает эффективность и конфиденциальность биткойнов, а протокол Taro вводит платежи в стейблкоинах и нативные NFT в сети Lightning Network. . Однако, по сравнению с количеством биткойнов в цепочке Ethereum, пропускная способность сети Lightning относительно невелика, и из-за полной синхронизации данных узла и управления состоянием канала порог использования сети Lightning высок, и пользователь масштаб не так хорош, как у Ethereum, но этот статус-кво может указывать на огромный потенциал роста.С дальнейшим развитием экологии, связанной с Lightning Network, непрерывной разработкой улучшенной версии протокола Lightning Network, такой как OmniBOLT, и кошелька OBAndroid, который снижение порога использования позволит Lightning Network, наконец, иметь хорошую безопасность и масштабируемость.Пользователи принимают ее из-за ее надежности и простоты использования, что может поднять рыночную стоимость BTC на более высокий уровень.
В то же время нам также необходимо уделить внимание развитию других проектов уровня 2, таких как схема RGB с естественной защитой конфиденциальности и Syscoin, совместимый с экосистемой Ethereum. Эти проекты не так известны, как Lightning Network, но они также могут решить проблемы, с которыми сталкивается BTC, и имеют преимущества, с которыми не могут сравниться другие решения. Однако, по сравнению с проектами расширения второго уровня Ethereum, эти проекты недостаточно известны, получили меньше инвестиций и не получают поддержки основной команды разработчиков BTC, такой как Lightning Network. вероятно, будет позже, чем Ethereum Реализация расширений, таких как решение Syscoin Rollup. С точки зрения экологии уровня 2, кажется, что экология Ethereum имеет лучший круг добродетели и больше нравится инвесторам.
В будущем мы можем увидеть ускоренное расширение экосистемы Биткойн. По мере того, как инфраструктура Lightning Network совершенствуется и привлекает все больше внимания, проекты, основанные на Lightning Network, такие как OmniBOLT и RGB, могут извлечь из нее пользу, получив лучшую основу для разработки, больше пользователей и еще больше инвестиций. И проекты уровня 2 BTC, совместимые с Ethereum, такие как Syscoin, также выиграют от быстрого развития экосистемы второго уровня Ethereum и ускорят продвижение своей дорожной карты. Кроме того, обсуждение схемы расширения BTC не прекращается: двухуровневая сеть zk-rollups на основе биткойнов, предложенная Джоном Лайтом в 2022 году, может принести больше функций, более высокую масштабируемость и лучшую конфиденциальность при сохранении своего децентрализованного характера. компания, возглавляемая бывшим генеральным директором Twitter Джеком Дорси, продвигает повышение ликвидности сети Lightning, что может означать, что экосистема Биткойн станет более популярной в платежах, DeFi, NFT и т. д. За пределами поля откройте новый путь для покрытия больше пользователей.