Базова система знань про другий рівень мережі Біткойн

Виникнення написів на Біткойні принесло нову енергію в екосистему Біткойна, змусивши більше людей знову звернути увагу на Біткойн. Існує думка, що це відкрило Пандорину скриньку екосистеми Біткойна. Серед численних технологічних розробок в екосистемі Біткойна, будівництво другого рівня є особливо важливим. Ця стаття, базуючись на деяких відомих статтях в мережі, спілкуванні з кількома експертами галузі та досвіді нашої команди в проектуванні та розробці продуктів Web3, підсумовує основні знання про другий рівень Біткойна. Сподіваємось, це стане поштовхом для інших, щоб вдосконалити відповідні ідеї та сприяти розвитку цієї сфери.

Є думка, що світ блокчейн починається з Біткойн і закінчується екосистемою Біткойн. Ефір насправді також є експериментом технології бічного ланцюга Біткойн.

У цьому тексті "будівництво другого рівня" та "будівництво мережі другого рівня" є практично синонімами, будівництво другого рівня є більш широким поняттям. Для того, щоб зберегти узгодженість з вживаємими в галузі термінами, у тексті також буде використовуватися вислів "будівництво мережі другого рівня".

1. Місія другого рівня мережі

Щоб зрозуміти, які основні проблеми потрібно вирішити для будівництва другого рівня Біткойн, почнемо з основних характеристик блокчейн-системи.

1.1 Основні характеристики та вимоги до блокчейну

Ми використовуємо концепцію, запропоновану Віталіком: блокчейн є "світовим комп'ютером". З цієї точки зору зрозуміти різноманітні характеристики блокчейну буде чіткіше. У подальшому буде також проаналізовано можливість розвитку цього "світового комп'ютера" на основі структури фон Неймана в комп'ютерах.

Деякі основні характеристики блокчейну:

Відкритість і прозорість: Це особливість зберігання даних та виконання інструкцій у "світовому комп'ютері" на основі блокчейн, а також внутрішня вимога, що вимагає спільної участі численних розподілених вузлів у світі. Ця характеристика якраз відповідає праву користувачів на інформацію про дані, є спільним результатом внутрішніх вимог співпраці цього "світового комп'ютера" та зовнішніх потреб користувачів.

Децентралізація: Це архітектурна характеристика цієї "світової комп'ютерної системи", яка базується на теорії візантійських генералів щодо ступеня децентралізації та відмовостійкості. Невізантійські генераторні системи теоретично не є блокчейн-системами. Ступінь децентралізації є важливим показником безпеки блокчейну та основою для деяких характеристик.

Безпека: Безпека складається з внутрішніх вимог, випливаючих з архітектурних характеристик цього "світового комп'ютера", та зовнішніх вимог, необхідних користувачами. На мікрорівні безпеку забезпечують пов'язані з криптографією технології, а на макрорівні – децентралізація архітектури, що дозволяє уникнути впливу на безпеку цього "світового комп'ютера" через підробку мікроданих або знищення макроархітектури.

Обчислювальна потужність: Основна функція цієї світової обчислювальної машини, блокчейн, полягає в обчислювальній потужності. Для вимірювання цього показника зазвичай використовують ступінь, до якого система є тьюрінг-повною. Деякі блокчейни, щоб зберегти свої основні характеристики, навмисно розроблені як тьюрінг-неповні. Наприклад, у мережі Біткойн, Сатоші Накамото не лише зробив так, що її код не є тьюрінг-повним, але й навмисно скоротив деякі команди в процесі розвитку, щоб зберегти стабільність і безпеку. Усі тьюрінг-повні технології спрямовані на розширення обчислювальної потужності блокчейну. З точки зору ідеї ієрархічного дизайну, прості системи більше підходять для базового рівня.

Продуктивність: За однакової обчислювальної потужності, продуктивність є ще однією основною здатністю, яку оцінюють у світі комп'ютерів блокчейну. Зазвичай вимірюється у TPS, тобто кількість транзакцій, оброблених за секунду.

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

Приватність: Приватність є підрозділом вимог у "світовому комп'ютері", що вимагає збереження прав доступу виробників і користувачів даних під час обчислень і зберігання. Це в основному обумовлено зовнішніми потребами користувачів.

Є ще один комплексний показник — масштабованість, який зазвичай означає масштабованість усієї архітектури. Ця характеристика впливає на більшість базових характеристик. На рівні архітектури масштабованість системи є дуже важливим показником. Також можуть бути деякі можливості підключення або інші специфічні можливості для певних сценаріїв, але тут не будемо їх детально обговорювати, а розглянемо їх при виникненні таких специфічних ситуацій.

У цих основних характеристиках блокчейнів, більшість обмежена взаємним розвитком через неможливий трикутник. Наприклад, гіпотеза DSS означає децентралізацію (Decentralization, безпеку )Security, та масштабованість (Scalability.

У розподілених системах подібним неможливим трикутником є принцип CAP, що означає, що в розподіленій системі узгодженість), доступність( та стійкість до розділень) не можуть бути досягнуті одночасно. Блокчейн-системи є розподіленими системами з проблемою візантійських генералів, тому до них також застосовний принцип CAP.

( 1.2 Роль будівництва другого рівня

Які ролі потрібно виконати для будівництва другого рівня? Які функції потрібно надати? Будівництво другого рівня має обов'язково доповнити недоліки системи першого рівня, і те, що не підходить для виконання в системі першого рівня, повинно виконуватись у будівництві другого рівня.

Ми можемо зробити попередній висновок з тих характеристик блокчейну, які ми підсумували вище, що необхідно розширити ці базові можливості: публічна прозорість, децентралізація, безпека, обчислювальна потужність, продуктивність ) пропускна здатність (, зберігання, конфіденційність тощо. Окрім цих базових можливостей з технічної точки зору, існує ще одна дуже важлива економічна проблема, яку потрібно вирішити, а саме зниження витрат, зазвичай загальні витрати на виконання транзакцій в мережі першого рівня є досить високими, тому необхідно використовувати мережу другого рівня для зменшення цих витрат.

Підсумовуючи, можна сказати, що рішення для збільшення ємності, зниження витрат та налаштування характеристик відносяться до розробки другого рівня. Що стосується налаштування характеристик, наразі це ще не так очевидно або часто приховане під двома першими характеристиками, що викликає певні труднощі в розумінні. Можемо зрозуміти це так: характеристики першого рівня для багатьох застосувань потребують різного ступеня, і на другому рівні можна знову налаштувати різні ступені реалізації характеристик для певних застосувань.

У будівництві другого рівня основні можливості блокчейну можуть мати різні компроміси, знижуючи деякі характеристики або навіть відмовляючись від них на користь значного підвищення певних характеристик. Наприклад, деякі другі рівні, щоб підвищити продуктивність, знижують рівень децентралізації і безпеки; деякі другі рівні, щоб збільшити пропускну здатність, як-от Lightning Network, змінюють структуру системи та способи розрахунків. Є й такі, які посилюють певну характеристику без зниження основних, наприклад, метод обробки RGB явно підвищує конфіденційність та стійкість до цензури, але збільшує складність технічної реалізації. У наступних прикладах ми побачимо, як одночасно знижуються або змінюються кілька характеристик у будівництві другого рівня.

Однією з основних вимог усіх будівництв другого рівня має бути зниження витрат.

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

) 1.3 Чому потрібно робити багаторівневий дизайн?

Шарове проєктування є засобом і методологією, яку використовують люди для обробки складних систем, шляхом розділення системи на кілька рівнів і визначення відносин та функцій між цими рівнями, щоб досягти модульності, обслуговуваності та розширюваності 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, спрощує розподіл роботи та полегшує модульні вдосконалення. Як у семирівневій моделі ISO/OSI в комп'ютерних мережах, але в конкретній реалізації деякі рівні можуть бути об'єднані, наприклад, конкретний мережевий протокол TCP/IP є протоколом з чотирьох рівнів.

Конкретно, переваги шарування протоколу:

1.Кожен рівень незалежний один від одного. Один рівень не повинен знати, як реалізований його наступний рівень, а лише повинен знати послуги, що надаються через інтерфейси між рівнями. Таким чином, складність усієї задачі зменшується. Іншими словами, те, як виконується робота попереднього рівня, не впливає на роботу наступного рівня, тому при проєктуванні роботи кожного рівня ми можемо вільно змінювати спосіб виконання роботи в межах рівня, якщо інтерфейси залишаються незмінними.

2.Гнучкість. Коли будь-який з рівнів змінюється, якщо відносини між інтерфейсами рівнів залишаються незмінними, то це не вплине на рівні вище чи нижче. Коли на одному з рівнів виникає технічна інновація або виникає проблема в роботі, це не вплине на роботу інших рівнів, і при усуненні проблеми потрібно буде враховувати лише окремі проблеми цього рівня.

3.Структурно може бути розділеним. Кожен шар може використовувати найвідповіднішу технологію для реалізації. Розвиток технологій зазвичай є асиметричним, і ієрархічний розподіл ефективно запобігає ефекту діжки, тому недосконалість технології в одній із сторін не вплине на загальну робочу ефективність.

4.Легкість реалізації та обслуговування. Ця структура робить реалізацію та налагодження великої та складної системи легшими, оскільки вся система була розділена на кілька взаємозалежних підсистем. Під час налагодження та обслуговування можна окремо налагоджувати кожен рівень, що запобігає ситуаціям, коли неможливо знайти та вирішити неправильні проблеми.

5.Може сприяти стандартизаційній роботі. Оскільки для кожного рівня вже є точний опис його функцій та послуг, які він надає. Перевагою стандартизації є можливість вільно замінювати один з рівнів, що робить це дуже зручним для використання та дослідження.

Ідея модульного дизайну з багаторівневою структурою є поширеним способом у технічній сфері для роботи з великими функціями, що вимагають співпраці багатьох людей і постійних покращень проектів, і є перевіреним на практиці, ефективним методом.

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

2. Кілька підходів до побудови Layer2 для Біткойн

Біткойн має три явні шляхи розвитку другого рівня:

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

)2###На основі розподіленого маршруту, що представлений мережами блискавки, є розподіленою структурою.

(3)Маршрут, що базується на централізованій системі, з централізованим індексом як представником, є централізованою структурою.

Перші два способи мають свої особливості, вже є деякі продукти в використанні та продукти в процесі дослідження. Щодо першого способу, завдяки бурхливому розвитку Ефіріуму та дослідженням інших ланцюгів, що імітують Біткойн, розгортання другого рівня на базі ланцюга відносно легше, є більше прикладів для посилання. Другий спосіб, заснований на дистрибуції, зазвичай є більш складним, розвиток також відбувається повільніше, з представником - мережа Lightning. Третій спосіб є дуже спірним, оскільки виглядає не як будівництво другого рівня, але, здається, виконує функції будівництва другого рівня.

Яка з двошарових будівельних схем є кращою? Ми використовуємо результати ринку як критерій оцінки: яка з двошарових мереж має вищу загальну заблоковану вартість TVL( Total Value Locked), та схема є оптимальною. З розвитком часу та технологій ця оптимальна схема буде змінюватися.

Щодо визначення другого рівня мережі Біткойн, все, що спирається на мережу Біткойн, і має технічну прив'язку до мережі Біткойн, а також має деякі характеристики, які перевершують перший рівень мережі Біткойн, вважається будівництвом другого рівня Біткойн. Іншими словами: якщо споживається BTC як газ, і BTC є базовим активом, системи, що розширюють продуктивність Біткойн, вважаються будівництвом другого рівня. Відповідно до цього критерію, ми повинні визнати 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, має бути спроектований для з'єднання першого та другого рівнів, і не слід використовувати ці технології для надмірної розробки функцій, оскільки скільки б не розширювався перший рівень, якісного прориву не буде, необхідно будувати другий рівень. Але в умовах відсутності кращих продуктів другого рівня для Біткойна, ці технологічні можливості з'єднання першого та другого рівнів протягом певного часу будуть надмірно використовуватися.

( 2.1 Будівництво другого рівня на основі блокчейну

Ранні Біткойн-імітуючі ланцюги провели багато експериментів, такі як "Colorcoin")