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

L'émergence des inscriptions Bitcoin a apporté une nouvelle vitalité à l'écosystème Bitcoin, attirant à nouveau l'attention sur le Bitcoin. Certains estiment que cela a ouvert la boîte de Pandore de l'écosystème Bitcoin. Parmi les nombreux développements techniques de l'écosystème Bitcoin, la construction de la couche deux est particulièrement importante. Cet article se base sur certains articles bien connus en ligne, des échanges avec plusieurs professionnels du secteur, ainsi que sur les expériences de notre équipe dans la conception et le développement de produits Web3, pour résumer les connaissances de base sur la couche deux de Bitcoin. Nous espérons pouvoir susciter des réflexions et attirer davantage de personnes à enrichir les idées connexes, afin de favoriser le développement de ce domaine.

Il est considéré que le monde de la blockchain commence avec Bitcoin et se termine avec l'écosystème Bitcoin. Ethereum est en réalité une exploration de la technologie des chaînes latérales du Bitcoin.

Dans cet article, "construction de la couche 2" et "construction de réseaux de la couche 2" sont essentiellement synonymes, la construction de la couche 2 étant un concept plus large. Afin de rester cohérent avec les termes couramment utilisés dans l'industrie, l'expression "construction de réseaux de la couche 2" sera également utilisée dans le texte.

1. La mission des réseaux de deuxième couche

Pour comprendre quels problèmes fondamentaux doivent être résolus pour la construction de la couche deux de Bitcoin, commençons par les caractéristiques de base du système blockchain.

1.1 Les caractéristiques fondamentales et les besoins de la blockchain

Nous adoptons le concept proposé par Vitalik : la blockchain est un "ordinateur mondial". Comprendre les diverses caractéristiques de la blockchain sous cet angle sera plus clair. Dans le texte suivant, nous analyserons également la possibilité de développement de cet "ordinateur mondial" basé sur la structure de Von Neumann dans les ordinateurs.

Quelques caractéristiques fondamentales de la blockchain :

Ouvert et transparent : C'est la caractéristique de stockage de données et d'exécution d'instructions de la "machine mondiale" qu'est la blockchain, ainsi que la nécessité interne d'un calcul impliquant de nombreux nœuds distribués à travers le monde. Cette caractéristique répond parfaitement au droit à l'information des utilisateurs concernant les données, résultant à la fois des exigences de coopération interne de cette "machine mondiale" et des demandes externes des utilisateurs.

Décentralisation : 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 le résultat d'une combinaison des besoins internes générés par les caractéristiques architecturales de cet "ordinateur mondial" et des besoins externes des utilisateurs. À un niveau microscopique, la sécurité est garantie par des technologies liées à la cryptographie, et à un niveau macroscopique, elle est assurée par la décentralisation de l'architecture, permettant ainsi que la sécurité de cet "ordinateur mondial" ne soit pas affectée par la falsification de données microscopiques ou la destruction de l'architecture macroscopique.

Capacité de calcul : Une des principales fonctions de cette ordinateur mondial qu'est la blockchain est la capacité de calcul. Pour mesurer cet indicateur, nous examinons généralement s'il est Turing-complet. Certaines chaînes sont intentionnellement conçues pour être Turing-incomplètes afin de maintenir leurs principales caractéristiques. Par exemple, dans le réseau Bitcoin, Satoshi Nakamoto a non seulement rendu ses instructions de code non Turing-complètes, mais a également intentionnellement supprimé certaines instructions au cours de son développement, afin de maintenir sa stabilité et sa sécurité. Toutes les technologies Turing-complètes visent à étendre la capacité de calcul de la blockchain. D'un point de vue de conception hiérarchique, des systèmes simples sont plus adaptés pour être en bas de la pyramide.

Performance : Dans le cas où la puissance de calcul est identique, la performance est une autre capacité principale à évaluer dans le monde des ordinateurs de la blockchain. On utilise généralement le TPS, c'est-à-dire le nombre de transactions traitées par seconde, pour mesurer cela.

Stockage : La blockchain est décrite comme un "ordinateur mondial", donc elle doit avoir 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 chaîne hors bloc plus professionnel est encore en développement.

Confidentialité : La confidentialité est un besoin spécifique dans le "calcul mondial", à savoir la nécessité de maintenir les limites des droits des producteurs et des utilisateurs de données pendant le processus de calcul et de stockage. Cela est essentiellement 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 impacte la plupart des caractéristiques fondamentales. Au niveau de l'architecture, l'évolutivité du système est un indicateur très important. Il y aura d'autres capacités de connexion ou d'autres capacités spécifiques à certains scénarios, mais nous n'en discuterons pas davantage ici. Nous analyserons plus en détail lorsque nous rencontrerons ces scénarios particuliers.

Parmi les caractéristiques fondamentales de ces blockchains, la plupart sont limitées par le triangle impossible dans leurs relations de développement mutuel. Par exemple, la conjecture DSS signifie Décentralisation (Decentralization, Sécurité )Security, et Scalabilité (Scalability.

Dans un système distribué, un triangle impossible similaire est le principe CAP. CAP fait référence à la Consistance), Disponibilité( et Tolérance aux partitions), qui ne peuvent pas être atteintes simultanément dans un système distribué. Les systèmes de blockchain sont des systèmes distribués avec le problème des généraux byzantins, donc ils s'appliquent également au principe CAP.

( 1.2 Le rôle de la construction de la couche 2

Quels rôles doivent être complétés dans la construction de la deuxième couche ? Quelles fonctionnalités doivent-elles fournir ? La construction de la deuxième couche doit nécessairement combler les lacunes du système de première couche, en réalisant des tâches qui ne conviennent pas à être effectuées sur le système de première couche.

Nous pouvons tirer une première conclusion des caractéristiques de la blockchain résumées ci-dessus : il est essentiel d'étendre ces capacités de base : transparence publique, décentralisation, sécurité, capacité de calcul, performance, capacité de traitement ), stockage, confidentialité, etc. En plus de ces capacités de base 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 un réseau de première couche est relativement élevé, il est donc nécessaire d'utiliser un réseau de deuxième couche pour réduire ces coûts.

En résumé, les solutions visant à augmenter la capacité, réduire les coûts et personnaliser les caractéristiques relèvent toutes de la construction de la couche deux. En ce qui concerne les caractéristiques personnalisées, elles ne sont pas encore suffisamment évidentes ou sont souvent dissimulées derrière les deux premières caractéristiques, ce qui peut prêter à confusion. Nous pouvons comprendre cela comme suit : les caractéristiques du réseau de couche un varient en fonction des besoins de nombreuses applications, et il est possible d'ajuster le degré de réalisation de certaines caractéristiques sur la couche deux pour certaines applications.

Dans la construction de la couche 2, les capacités fondamentales de la blockchain seront compromises de différentes manières, certaines caractéristiques seront réduites, voire abandonnées, en échange d'une amélioration significative de certaines autres caractéristiques. Par exemple : certaines couches 2, pour améliorer les performances, réduiront le degré de décentralisation et la sécurité ; d'autres, comme le réseau Lightning, changeront la structure du système et la manière de régler les transactions pour augmenter le débit. D'autres encore renforceront certaines caractéristiques sans réduire les caractéristiques fondamentales, comme la méthode de traitement RGB, qui augmente clairement la confidentialité et la résistance à la censure, mais complique la mise en œuvre technique. Dans les cas suivants, nous verrons des constructions de couche 2 qui réduisent ou modifient simultanément plusieurs caractéristiques.

Parmi eux, la réduction des coûts devrait être un besoin fondamental de toutes les constructions de deuxième couche.

( 1.3 Pourquoi faire une conception en couches ?

La conception en couches est un moyen et une méthodologie pour les humains de traiter des systèmes complexes, en divisant le système en plusieurs structures de niveaux et en définissant les relations et les fonctions entre chaque niveau, afin de réaliser la modularité, la maintenabilité et l'évolutivité du système, ce qui améliore 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, la division du travail pour la mise en œuvre et l'amélioration modulaire. Comme dans le modèle à sept couches ISO/OSI dans les réseaux informatiques, mais dans la mise en œuvre concrète, certaines couches peuvent être fusionnées, par exemple, le protocole réseau TCP/IP est un protocole à quatre couches.

Avantages spécifiques de la stratification des protocoles :

1.Les niveaux sont indépendants les uns des autres. Un niveau n'a pas besoin de savoir comment son niveau suivant est implémenté, mais doit simplement connaître les services fournis par l'interface entre les niveaux. De cette manière, la complexité globale du problème est réduite. Autrement dit, le fonctionnement du niveau précédent n'affecte pas le fonctionnement du niveau suivant, ce qui signifie que lors de la conception du travail à chaque niveau, il suffit de garantir que l'interface reste inchangée, et nous pouvons ajuster librement les méthodes de travail au sein du niveau.

2.Bonne flexibilité. Lorsque n'importe quel niveau change, tant que la relation d'interface entre les niveaux reste inchangée, les niveaux supérieurs ou inférieurs ne sont pas affectés. Lorsque qu'un niveau connaît une innovation technologique ou qu'un problème survient dans le travail d'un niveau, cela n'impacte pas le travail des autres niveaux, et pour résoudre le problème, il suffit de considérer uniquement le problème de ce niveau.

3.Structure divisible. 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 du tonneau, de sorte qu'une imperfection dans un domaine technologique n'affecte pas l'efficacité globale du travail.

4.Facile à réaliser et à maintenir. 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 la maintenance, il est possible de déboguer chaque couche séparément, évitant ainsi les situations où l'on ne peut pas trouver ou résoudre le bon problème.

5. Il peut promouvoir le travail de normalisation. Parce que les fonctions de chaque couche et les services qu’elle fournit sont décrits avec précision. L’avantage de la standardisation est que l’une des couches peut être remplacée à volonté, ce qui est très pratique pour l’utilisation et la recherche.

La pensée de conception modulaire en couches est une méthode courante dans le domaine technologique pour traiter un projet d'ingénierie vaste, nécessitant la collaboration de plusieurs personnes et une amélioration continue, et c'est une méthode éprouvée et efficace.

![Une synthèse des connaissances de base sur le réseau de deuxième couche de Bitcoin])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-aacf9b18cc5ef94cda4d153a96836ffe.webp###

2. Plusieurs approches de construction pour le Bitcoin Layer2

Les deuxièmes couches de Bitcoin ont trois routes de construction notables :

(1)La route d'extension basée sur la chaîne, similaire à la couche 2 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 leurs caractéristiques, et il existe déjà quelques produits en utilisation et d'autres en exploration. Pour la première méthode, grâce au développement florissant d'Ethereum et aux explorations d'autres chaînes imitant Bitcoin, l'extension de deuxième couche basée sur la chaîne est relativement plus facile, avec plus de cas de référence. La deuxième méthode, basée sur la distribution, est généralement plus difficile et se développe un peu plus lentement, avec le réseau Lightning comme représentant. La troisième méthode est très controversée, car elle ne ressemble pas à une construction de deuxième couche, mais semble tout de même accomplir les fonctions d'une construction de deuxième couche.

Quelle solution de construction de couche 2 est la meilleure ? Nous utilisons le résultat du marché comme critère d'évaluation, le réseau de couche 2 avec la valeur totale verrouillée TVL)Total Value Locked( la plus élevée sera la solution optimale. Avec le temps et l'évolution de la technologie, cette solution optimale sera un processus changeant.

Pour la définition du réseau de second niveau de Bitcoin, tant qu'il repose sur le réseau Bitcoin et établit des liens techniques avec celui-ci, et que certaines caractéristiques sont supérieures au réseau de premier niveau de Bitcoin, cela est considéré comme la construction du réseau de second niveau de Bitcoin. En d'autres termes : tant que BTC est consommé comme gaz, et que BTC est l'actif de base, tout système qui étend les performances de Bitcoin est considéré comme une construction de second niveau. Sur la base de ce jugement, nous devrions reconnaître une troisième forme de construction de réseau de second niveau, à savoir la construction de second niveau avec une structure centralisée.

Le développement de la technologie Bitcoin elle-même, comme la modification de l'OP_RETURN, Taproot, les signatures Schnorr, MAST et Tapscript, devrait être conçu dans le but de connecter la couche 1 et la couche 2. Il ne faudrait pas utiliser ces technologies pour développer trop de fonctionnalités, car peu importe combien la couche 1 est étendue, il n'y aura pas de percée qualitative. Il est nécessaire de construire la couche 2. Cependant, en l'absence de meilleurs produits de couche 2 pour Bitcoin, ces capacités technologiques de connexion entre la couche 1 et la couche 2 seront utilisées de manière excessive pendant un certain temps.

![Une synthèse des connaissances de base sur le réseau de deuxième couche de Bitcoin])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-2c2d6311345cff334bcb6338cbfe47bd.webp(

) 2.1 Construction de la deuxième couche basée sur la chaîne

Les premières chaînes de mimétisme du Bitcoin ont effectué diverses explorations, comme "Colorcoin"(.