Conhecimento básico sobre a rede de segunda camada do Bitcoin

A ascensão das inscrições em Bitcoin trouxe nova vitalidade ao ecossistema Bitcoin, fazendo com que mais pessoas voltem a se concentrar no Bitcoin. Há opiniões de que isso abriu a caixa de Pandora do ecossistema Bitcoin. Entre os muitos desenvolvimentos técnicos no ecossistema Bitcoin, a construção de segunda camada é especialmente importante. Este artigo baseia-se em alguns artigos conhecidos na internet, na comunicação com vários profissionais da indústria, assim como nas experiências da nossa equipe em design e desenvolvimento de produtos Web3, e resume os conhecimentos básicos sobre a segunda camada do Bitcoin. Esperamos que isso possa inspirar e atrair mais pessoas a aprimorar ideias relacionadas, promovendo o desenvolvimento deste campo.

Há opiniões que afirmam que o mundo da blockchain começa com Bitcoin e termina com o ecossistema Bitcoin. O Ethereum é, na verdade, uma exploração de tecnologia de sidechain do Bitcoin.

No texto, "construção de segunda camada" e "construção de rede de segunda camada" são basicamente sinônimos, sendo a construção de segunda camada um conceito mais amplo. Para manter a consistência com a terminologia utilizada na indústria, o texto também usará a expressão "construção de rede de segunda camada".

1. A missão da rede de camada 2

Para entender quais problemas básicos precisam ser resolvidos na construção da segunda camada do Bitcoin, vamos começar pelas características fundamentais do sistema de blockchain.

1.1 Características fundamentais e necessidades da blockchain

Adotamos o conceito proposto por Vitalik: a blockchain é um "computador mundial". A partir dessa perspectiva, entender as várias características da blockchain ficará mais claro. A seguir, também analisaremos a possibilidade de desenvolvimento desse "computador mundial" com base na estrutura de Von Neumann nos computadores.

Algumas características básicas da blockchain:

Transparente e aberto: Esta é uma característica de armazenamento de dados e execução de instruções da "computador mundial" que é a blockchain, e também é uma necessidade interna que requer a participação de muitos nós distribuídos globalmente no cálculo. Esta característica atende precisamente ao direito à informação dos usuários sobre os dados, sendo o resultado comum das exigências de colaboração interna deste "computador mundial" e das necessidades externas dos usuários.

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

Segurança: A segurança é composta pela demanda interna gerada pelas características de arquitetura deste "computador mundial" e pela demanda externa necessária pelos usuários. A partir do nível micro, a segurança é garantida por tecnologias relacionadas à criptografia, enquanto que, a partir do nível macro, é garantida pela descentralização da arquitetura, de modo que não será afetada pela falsificação de dados micro ou pela destruição da arquitetura macro, impactando assim a segurança deste "computador mundial".

Capacidade de cálculo: Uma das principais funções desta máquina de calcular mundial chamada blockchain é a capacidade de cálculo. Para medir este indicador, geralmente usamos se é Turing completo como referência. Algumas cadeias, para manter suas características principais, são intencionalmente projetadas para serem Turing incompletas. Por exemplo, na rede Bitcoin, Satoshi Nakamoto não apenas fez com que suas instruções de código não fossem Turing completas, mas também deliberadamente removeu alguns conjuntos de instruções durante o desenvolvimento, a fim de manter sua estabilidade e segurança. Todas as tecnologias Turing completas visam expandir a capacidade de cálculo da blockchain. Do ponto de vista do design em camadas, sistemas simples são mais adequados para serem a camada base.

Desempenho: Com a mesma capacidade de cálculo, o desempenho é outra capacidade principal a ser considerada no computador do mundo blockchain. Geralmente é medido em TPS, ou seja, o número de transações processadas por segundo.

Armazenamento: A blockchain é descrita como uma "computador mundial", então ela deve ter uma função de armazenamento, que é a capacidade de registrar dados. Atualmente, a maior parte dos dados é armazenada dentro do bloco, enquanto o armazenamento fora do bloco, em uma camada mais avançada, ainda está em desenvolvimento.

Privacidade: A privacidade é uma necessidade específica no "computador mundial", que exige a manutenção do alcance de permissões dos produtores e utilizadores de dados durante os processos de computação e armazenamento. Isto é, fundamentalmente, impulsionado pelas necessidades externas dos utilizadores.

Há um indicador abrangente de escalabilidade, que geralmente se refere à escalabilidade de toda a arquitetura. Esta característica afeta a maioria das características fundamentais. No nível da arquitetura, a escalabilidade do sistema é um indicador muito importante. Além disso, haverá algumas capacidades de conexão ou outras capacidades específicas para certos cenários, mas não vamos discutir muito aqui; quando encontrarmos esses cenários especiais, analisaremos em detalhe.

Entre as características fundamentais dessas blockchains, a maioria é restringida pela relação de desenvolvimento mútua do triângulo impossível. Por exemplo, a conjectura DSS refere-se à descentralização (Decentralization, D), segurança (Security, S) e escalabilidade (Scalability, S).

Em sistemas distribuídos, um triângulo impossível semelhante é o princípio CAP. CAP refere-se à Consistência(, Disponibilidade) e Tolerância a Partições( em um sistema distribuído, onde os três não podem ser alcançados simultaneamente. Sistemas de blockchain são sistemas distribuídos que enfrentam o problema dos generais bizantinos, portanto, também se aplicam ao princípio CAP.

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) 1.2 O papel da construção de segundo nível

Quais papéis precisam ser concluídos na construção de segunda camada? Quais funcionalidades serão oferecidas? A construção de segunda camada deve definitivamente expandir as deficiências do sistema de primeira camada, realizando coisas que não são adequadas para serem feitas no sistema de primeira camada na construção de segunda camada.

A partir das características da blockchain que resumimos acima, podemos chegar a uma conclusão preliminar: é imprescindível expandir essas capacidades básicas: transparência pública, descentralização, segurança, capacidade de cálculo, desempenho (, throughput ), armazenamento, privacidade, entre outras. Além dessas capacidades básicas do ponto de vista técnico, há uma questão econômica muito importante que precisa ser resolvida, que é a redução de custos; geralmente, o custo total de execução de transações em uma rede de camada única é bastante alto, sendo necessário utilizar redes de camada dois 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 à personalização, atualmente ainda não está muito evidente, ou frequentemente está escondida nas duas primeiras características, o que pode ser confuso. Podemos entender assim: as características da rede de primeira camada têm graus diferentes de necessidade para muitas aplicações, podendo ser reajustadas na segunda camada para atender a implementação de várias características para certas aplicações.

Na construção de camadas duas, as capacidades básicas da blockchain terão compromissos diversos, reduzindo algumas características, ou até mesmo descartando algumas, em troca de melhorias significativas em certas características. Por exemplo: algumas camadas duas, para melhorar o desempenho, diminuirão o grau de descentralização e a segurança; algumas camadas duas, para aumentar a capacidade de processamento, como a Lightning Network, mudarão a estrutura do sistema e a forma de liquidação. Além disso, algumas camadas duas conseguirão aumentar uma certa característica sem reduzir as características básicas, 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 seguintes, veremos construções de camadas duas que simultaneamente reduzem ou alteram várias características.

Entre eles, a redução de custos deve ser uma necessidade básica para 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 forma e uma metodologia de lidar com sistemas complexos, dividindo o sistema em várias estruturas de camadas e definindo as relações e funções entre cada camada, a fim de alcançar a modularidade, manutenibilidade e escalabilidade do sistema, aumentando assim a eficiência e a fiabilidade do design do sistema.

Para um sistema de protocolos amplo e extenso, o uso de camadas terá benefícios claros. Isso torna mais fácil para as pessoas entenderem, facilita a divisão do trabalho e permite melhorias modulares. Como no 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 próxima camada é implementada, apenas precisa saber quais serviços são fornecidos através da interface entre as camadas. Assim, a complexidade do problema como um todo diminui. Ou seja, o modo de operação da camada anterior não afeta o funcionamento da camada seguinte, permitindo que, ao projetar o trabalho de cada camada, apenas garantamos que a interface permaneça inalterada, podendo ajustar livremente a forma de trabalho dentro da camada.

2.Flexibilidade boa. Quando qualquer camada sofre mudanças, 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 afetará o trabalho das outras camadas, e ao resolver problemas, só é necessário considerar os problemas dessa camada específica.

3.Estruturalmente divisível. Cada camada pode adotar a tecnologia mais adequada para sua implementação. O desenvolvimento da tecnologia é frequentemente assimétrico, e a divisão em camadas efetivamente evita o efeito do barril, não sendo a eficiência geral de trabalho afetada pela imperfeição de uma determinada 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, uma vez que o sistema inteiro foi dividido em vários subsistemas relativamente independentes. Durante a depuração e manutenção, é possível depurar cada camada individualmente, evitando situações em que não se consegue 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 um método comum na área técnica para lidar com um projeto de engenharia que possui uma grande funcionalidade, requer colaboração de várias pessoas e está em constante melhoria, sendo uma abordagem testada e eficaz.

2. Várias abordagens para a construção de Layer2 do Bitcoin

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

###1(A rota de expansão baseada em cadeia, semelhante à camada 2 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 um índice centralizado, é uma estrutura centralizada.

As duas primeiras formas têm suas características e já existem alguns produtos em uso e outros em exploração. Para a primeira forma, devido ao desenvolvimento próspero 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 forma, baseada em distribuição, geralmente é mais difícil, e seu desenvolvimento é um pouco mais lento, representado pela Lightning Network. A terceira forma é bastante controversa, pois não parece uma construção de segunda camada, mas aparentemente cumpre as funções de uma construção de segunda camada.

Qual das soluções de construção de segunda camada é melhor? Usamos um resultado de mercado como padrão de medição, qual rede de segunda camada tem o valor total bloqueado TVL) Total Value Locked( mais alto, essa solução é a solução ótima. Com o tempo e o desenvolvimento da tecnologia, essa solução ótima será um processo em mudança.

Para a definição da rede de segunda camada do Bitcoin, qualquer construção que se baseie na rede do Bitcoin e estabeleça uma associação técnica com a rede do Bitcoin, com algumas características superiores à rede de primeira camada do Bitcoin, é considerada construção de rede de segunda camada do Bitcoin. Em outras palavras: qualquer sistema que consuma BTC como gás, usando BTC como ativo subjacente e que expanda o desempenho do Bitcoin é considerado construção de segunda camada. Com base nesse julgamento, devemos reconhecer um terceiro tipo 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 o primeiro e o segundo níveis. Não se deve usar essas tecnologias para desenvolver funcionalidades em excesso, pois não haverá uma ruptura qualitativa, não importa o quanto a rede de primeiro nível seja expandida; é necessário construir o segundo nível. No entanto, na ausência de produtos de segundo nível do Bitcoin mais eficazes, essas capacidades técnicas de conexão entre o primeiro e o segundo níveis serão excessivamente utilizadas por um período de tempo.

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) 2.1 Construção de segunda camada baseada em cadeia

As explorações iniciais das cadeias que imitavam o Bitcoin incluíram várias opções, como "Colorcoin"(