Estrutura básica do conhecimento sobre a rede de segunda camada do Bitcoin

O surgimento das inscrições em Bitcoin trouxe nova vitalidade ao ecossistema Bitcoin, fazendo com que mais pessoas voltem a se interessar pela Bitcoin. Alguns acreditam que isso abriu a caixa de Pandora do ecossistema Bitcoin. Entre os muitos desenvolvimentos tecnológicos no ecossistema Bitcoin, a construção de segunda camada é de extrema importância. Este artigo se baseia em alguns artigos conhecidos e na troca de ideias com vários amigos, bem como na experiência da equipe na concepção e desenvolvimento de produtos Web3, resumindo o conhecimento básico sobre a segunda camada do Bitcoin. Esperamos que isso possa servir de inspiração para atrair mais pessoas a aprimorar pensamentos relacionados e impulsionar o desenvolvimento deste campo.

O mundo da blockchain começa com Bitcoin e termina com o ecossistema Bitcoin. O Ethereum também pode ser visto como uma exploração de tecnologia de sidechain do Bitcoin.

Os termos "construção de camada 2" e "construção de rede de camada 2" são usados de forma intercambiável neste artigo. A construção de camada 2 é um conceito mais amplo, mas para se adaptar à terminologia comum na indústria, também será usado "construção de rede de camada 2".

1. A missão da camada 2 (Layer 2)

Para entender os problemas básicos que precisam ser resolvidos na construção da segunda camada do Bitcoin, começaremos pelas características fundamentais do sistema blockchain.

1.1 Características básicas e necessidades da blockchain

Usamos o conceito proposto por Vitalik: a blockchain é um "computador mundial". Entender as várias características da blockchain sob esta perspectiva será mais claro. Também analisaremos a possibilidade de desenvolvimento deste "computador mundial" com base na estrutura de Von Neumann em computadores.

Resumir algumas características básicas:

Transparente e aberto: esta é a 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 conjunta de numerosos nós distribuídos em todo o mundo no cálculo. Esta característica satisfaz o direito à informação dos usuários sobre os dados, sendo um resultado comum da exigência de colaboração interna deste "computador mundial" e das necessidades externas dos usuários.

Descentralização: Esta característica é uma característica arquitetônica deste "computador mundial", onde o grau de descentralização e a tolerância a falhas são, teoricamente, suportados pela teoria dos generais bizantinos. Sistemas que não são de generais bizantinos, teoricamente, não são sistemas de blockchain. Veremos mais tarde duas situações de sistemas não blockchain em construção de segunda camada. O grau de descentralização é um indicador importante da segurança do blockchain e também é a base de certas características.

Segurança: A segurança é composta pela necessidade interna gerada pelas características da arquitetura deste "computador mundial" e pela necessidade externa dos usuários. A segurança é garantida, a partir de um nível micro, por tecnologias relacionadas à criptografia, e a partir de um nível macro, pela descentralização da arquitetura, de modo que a segurança deste "computador mundial" não seja afetada por falsificações de dados micro ou pela destruição da arquitetura macro.

Capacidade de cálculo: uma das principais funções da blockchain como um computador mundial é a capacidade de cálculo. Para medir este indicador, geralmente usamos a questão de ser ou não Turing completo. Algumas cadeias foram intencionalmente projetadas para serem Turing incompletas para manter suas características principais. Por exemplo, na rede Bitcoin, Satoshi Nakamoto não apenas fez com que seu conjunto de instruções não fosse Turing completo, mas também eliminou intencionalmente 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 servir como base.

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

Armazenamento: A blockchain é descrita como um "computador mundial", então deve ter uma funcionalidade de armazenamento, que é a capacidade de registrar dados. Atualmente, a maioria dos dados é armazenada dentro do bloco, enquanto o armazenamento em cadeia fora do bloco, mais especializado, ainda está em desenvolvimento.

Privacidade: A privacidade é uma exigência específica na "computação mundial", ou seja, exige que durante o processo de cálculo e armazenamento sejam mantidos os limites de permissão dos produtores e utilizadores de dados ( também incluímos a resistência à censura na parte da privacidade ). Isso é basicamente impulsionado pelas necessidades externas dos utilizadores.

Há um indicador abrangente chamado escalabilidade, que geralmente se refere à escalabilidade de toda a arquitetura. Esta característica influencia a maioria das características básicas. A escalabilidade do sistema, a nível da arquitetura, é um indicador muito importante. Além disso, existem algumas capacidades de conexão ou outras capacidades específicas para determinados cenários, mas não entraremos em detalhes aqui. Quando encontrarmos esses cenários especiais, analisaremos detalhadamente.

Nas características básicas dessas blockchains, a maioria é limitada 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 a, em um sistema distribuído, Consistência(, Disponibilidade) e Tolerância a Partições(, que não podem ser alcançados simultaneamente. Sistemas de blockchain são sistemas distribuídos que apresentam o problema dos generais bizantinos, portanto, também se aplicam ao princípio CAP.

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) 1.2 O papel da construção de segunda camada

Quais papéis devem ser concluídos na construção de segunda camada? Que funcionalidades devem ser oferecidas? A construção de segunda camada deve necessariamente expandir as deficiências do sistema de primeira camada, realizando coisas que não são adequadas para serem concluídas no sistema de primeira camada na construção de segunda camada.

A partir das características de blockchain resumidas acima, podemos chegar a uma conclusão preliminar de que é essencial expandir essas capacidades básicas: transparência pública, descentralização, segurança, capacidade de computação, desempenho (, throughput ), armazenamento, privacidade, entre outros. 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. Normalmente, o custo total de execução de transações em uma rede de camada um é relativamente 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 camada dois. Quanto à personalização, atualmente ainda não é muito evidente, ou frequentemente está oculta nas duas primeiras características, o que pode ser confuso. Podemos entender assim: as características da rede de camada um variam em termos de necessidade para muitas aplicações, e é possível ajustar o grau de implementação de várias características em relação a certas aplicações na camada dois.

Na construção de camadas secundárias, a capacidade básica da blockchain terá concessões, reduzindo algumas características, até mesmo descartando algumas, em troca de um aumento significativo em certas características. Por exemplo: algumas camadas secundárias, para melhorar o desempenho, reduzirão o grau de descentralização e a segurança; algumas camadas secundárias, para aumentar a capacidade de processamento, como a Lightning Network, alterarão a estrutura do sistema e o método de liquidação. Outras camadas secundárias aumentarão 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 a seguir, veremos a construção de camadas secundárias que simultaneamente reduzem ou alteram várias características.

A redução de custos deve ser uma necessidade básica de toda a construção de camadas secundárias.

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) 1.3 Por que fazer design em camadas?

O design em camadas é um meio e uma metodologia para os seres humanos lidarem com sistemas complexos, através da divisão do sistema em múltiplas estruturas em camadas e da definição das relações e funções entre essas camadas, para alcançar a modularidade, manutenibilidade e escalabilidade do sistema, melhorando assim a eficiência e a fiabilidade do design do sistema.

Para um sistema de protocolo 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, entre outras vantagens. Assim como o design do modelo de sete camadas ISO/OSI nas 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 dos protocolos:

1. As diferentes camadas são independentes. Uma camada não precisa saber como a próxima camada é implementada, apenas precisa saber os serviços fornecidos pela interface entre as camadas. Assim, a complexidade do problema como um todo diminui. Isso significa que o funcionamento da camada anterior não afeta o funcionamento da próxima camada, permitindo que, ao projetar o trabalho de cada camada, possamos ajustar livremente a forma de trabalho dentro da camada, desde que a interface permaneça inalterada.

2. Boa flexibilidade. Quando qualquer camada sofre alterações, desde que a relação de interface entre as camadas permaneça inalterada, as camadas acima ou abaixo não serão afetadas. Quando uma camada apresenta uma inovação tecnológica ou quando surge um problema no trabalho de uma camada, isso não afetará o funcionamento das outras camadas, e ao resolver o problema, é necessário apenas considerar o problema dessa camada específica.

3. Estruturalmente, pode ser dividido. Cada camada pode utilizar a tecnologia mais adequada para sua implementação. O desenvolvimento da tecnologia é frequentemente assimétrico; a divisão em camadas evita eficazmente o efeito do barril, não sendo afetada pela imperfeição de uma determinada tecnologia em relação à eficiência geral do trabalho.

4.Fácil de implementar e manter. Esta estrutura torna a implementação e a depuração de um sistema extenso e complexo mais fácil de lidar, pois todo o sistema foi dividido em vários subsistemas relativamente independentes. Ao realizar a depuração e manutenção, pode-se depurar cada camada separadamente, evitando a situação de não conseguir encontrar ou resolver problemas errados.

5. Pode promover o trabalho de padronização. Porque cada camada tem uma descrição precisa de suas funções e dos serviços que oferece. A vantagem da padronização é que se pode substituir facilmente uma das camadas, o que é muito conveniente para uso e pesquisa.

A abordagem de design modular em camadas é um método comum no campo da tecnologia para lidar com projetos de engenharia que possuem funcionalidades extensas, requerem colaboração de várias pessoas e estão em constante melhoria, sendo um método comprovado e eficaz na prática.

2. Várias abordagens para a construção do Layer2 do Bitcoin

Analisamos a construção de segunda camada do Bitcoin como um caso. Existem três rotas de construção de segunda camada distintas para o Bitcoin:

###1( uma é uma rota de expansão baseada em cadeia, muito semelhante à segunda camada do EVM, é a estrutura da blockchain;

)2(Uma é baseada em uma rota distribuída, sendo a rede Lightning a representante, é uma estrutura distribuída.

)3( Existe também uma rota baseada em sistemas centralizados, representada por um índice centralizado, que é uma estrutura centralizada.

As duas primeiras abordagens têm características distintas, já existem alguns produtos em uso e outros em fase de exploração. Para a primeira abordagem, devido ao desenvolvimento florescente do Ethereum e à exploração de outras cadeias que imitam o Bitcoin, a expansão de segunda camada baseada em blockchain é relativamente mais fácil, com mais casos de referência. A segunda abordagem, baseada em distribuição, geralmente apresenta mais dificuldades e seu desenvolvimento é um pouco mais lento, sendo a Rede Lightning a mais representativa. A terceira abordagem é muito controversa, pois não parece uma construção de segunda camada, mas parece ter cumprido as funções de uma construção de segunda camada.

Qual é a melhor solução de construção de segunda camada? Usamos um resultado de mercado como critério de avaliação; qual rede de segunda camada tem o maior valor total bloqueado TVL)Total Value Locked(, essa solução é a melhor. Com o tempo e o desenvolvimento tecnológico, essa solução ótima será um processo em mudança.

Para a definição da rede de segunda camada do Bitcoin, qualquer sistema que dependa da rede Bitcoin, estabeleça uma relação técnica com a rede Bitcoin e tenha algumas características superiores à rede de primeira camada do Bitcoin, é considerado construção da rede de segunda camada do Bitcoin. Em outras palavras: qualquer sistema que consuma BTC como gás, tendo BTC como ativo subjacente, e que expanda o desempenho do Bitcoin, é considerado construção de segunda camada. Com base nesse julgamento, devemos reconhecer uma terceira forma 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 a primeira e a segunda camada, não deve haver um uso excessivo dessas tecnologias para desenvolver funções, pois a rede de primeira camada, por mais que se expanda, não terá um avanço qualitativo; é necessário construir a segunda camada. Mas na falta de produtos melhores de segunda camada para o Bitcoin, essas capacidades tecnológicas de conectar a primeira e a segunda camadas serão excessivamente utilizadas por um tempo.

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