Conhecimento básico sobre a rede de segunda camada do Bitcoin

A ascensão dos inscriptions de Bitcoin trouxe nova vida ao ecossistema do Bitcoin, fazendo com que mais pessoas voltassem a se interessar pelo Bitcoin. No desenvolvimento técnico do ecossistema do Bitcoin, a construção de segunda camada é de suma importância. Este artigo resume o conhecimento básico sobre a segunda camada do Bitcoin, na esperança de provocar discussões e promover o desenvolvimento deste campo.

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

1. A missão a ser cumprida pela camada dois

Para entender quais questões básicas precisam ser resolvidas na construção da segunda camada do Bitcoin, começamos pelas características fundamentais do sistema blockchain.

1.1 As características básicas e as necessidades da blockchain

A blockchain pode ser vista como um "computador mundial". Vamos entender as várias características da blockchain a partir dessa perspectiva:

• Transparência: Esta é uma característica do armazenamento de dados e execução de instruções da blockchain, e também é uma característica interna que requer a participação conjunta de numerosos nós distribuídos em todo o mundo para o cálculo.

• Descentralização: Esta é uma característica estrutural da blockchain, onde o nível de descentralização e a tolerância a falhas são suportados pela teoria dos generais bizantinos. O nível de descentralização é um indicador importante da segurança da blockchain.

• Segurança: composta pela demanda interna gerada pelas características da arquitetura e pela demanda externa necessária pelos usuários. Garantida pela tecnologia criptográfica em nível micro e pela arquitetura descentralizada em nível macro.

• Capacidade de cálculo: uma das principais funções da blockchain é a capacidade de cálculo. Geralmente, é avaliada se é Turing completa.

• Desempenho: Com a mesma capacidade de cálculo, o desempenho é outra capacidade principal a ser considerada na blockchain. Geralmente é medido em TPS.

• Armazenamento: A blockchain tem a capacidade de armazenar dados. Atualmente, a maioria dos dados é armazenada dentro dos blocos, enquanto o armazenamento em cadeias externas de blocos mais especializadas ainda está em desenvolvimento.

• Privacidade: exige que o alcance de permissões dos produtores e utilizadores de dados seja mantido durante o processo de cálculo e armazenamento. Isso é basicamente impulsionado pelas necessidades externas dos utilizadores.

Essas características são em grande parte limitadas pelo triângulo impossível, como a conjectura DSS ( descentralização, segurança, escalabilidade ) e o princípio CAP ( consistência, disponibilidade, tolerância a partições ).

1.2 O papel da construção de segundo nível

A construção de segunda camada deve expandir as deficiências do sistema de primeira camada, completando na segunda camada as tarefas que não são adequadas para serem realizadas no sistema de primeira camada. O principal é:

• Expandir capacidades básicas: transparência, descentralização, segurança, capacidade de cálculo, desempenho, armazenamento, privacidade, etc.
• Reduzir custos: normalmente, o custo abrangente das transações executadas em uma camada de rede é bastante elevado
• Características personalizadas: ajuste do nível de implementação de várias características para certas aplicações.

Resumido em três dimensões: aumentar a capacidade, reduzir custos e características personalizadas.

1.3 Por que fazer um design em camadas?

O design em camadas é um meio e uma metodologia para lidar com sistemas complexos, através da divisão em várias estruturas de camadas e definição das relações e funções de cada camada, alcançando a modularidade, manutenibilidade e escalabilidade do sistema.

Vantagens do design em camadas:

1. Cada camada é independente, não precisa conhecer os detalhes de implementação da camada inferior.
2. Boa flexibilidade, a mudança em uma camada não afeta as outras camadas.
3. A estrutura pode ser dividida, e cada camada pode utilizar a tecnologia mais adequada.
4. Fácil de implementar e manter
5. Promover a padronização

O design modular em camadas é uma abordagem eficaz no campo da tecnologia para lidar com projetos de grande escala que requerem colaboração de várias pessoas e melhorias contínuas.

2. Várias abordagens para a construção do Layer2 do Bitcoin

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

1. Rota de expansão baseada em blockchain: camada dois semelhante ao EVM, é a estrutura da blockchain
2. Rota baseada em distribuição: representada pela Lightning Network, é uma estrutura distribuída
3. Rota baseada em sistemas centralizados: representada por índices centralizados, é uma estrutura centralizada

Qual solução é melhor? O valor total de liquidez bloqueada (TVL) pode ser utilizado como critério de avaliação, sendo que soluções com um TVL mais alto são preferíveis. Com o passar do tempo e o desenvolvimento da tecnologia, a solução ideal pode mudar.

A definição da segunda camada da Bitcoin: desde que se baseie na rede Bitcoin, estabeleça associações técnicas e algumas características sejam superiores à rede de primeira camada da Bitcoin, tudo isso é considerado construção da segunda camada da Bitcoin.

2.1 Construção de segunda camada baseada na cadeia

As cadeias de imitação do Bitcoin nas fases iniciais realizaram várias explorações, como "Colorcoin", "MasterCoin"; várias cadeias de imitação do Bitcoin para escalabilidade, como BCH, BSV, BTG; e várias tecnologias de sidechain são casos de construção de expansão da cadeia.

Ethereum também pode ser visto como uma exploração de melhorias baseadas no Bitcoin. As melhorias que o Ethereum trouxe em relação ao Bitcoin, bem como o desenvolvimento da segunda camada do Ethereum, forneceram referências para o desenvolvimento da rede de segunda camada baseada em cadeia do Bitcoin.

A construção de segunda camada baseada em cadeia no Bitcoin inclui principalmente dois tipos de cadeias:

• Modelo de conta compatível com EVM: como Ethereum, Polygon, BSC, Arbitrum, entre outros
• Modelo UTXO semelhante ao Bitcoin: como CKB(Nervos), Chia, etc.

Vantagens da construção de segunda camada baseada em blockchain:

• Manter a maioria das características fundamentais da blockchain
• Resolver o problema da completude de Turing
• Reduzir significativamente as taxas de transação
• Expandir a capacidade da rede em certa medida
• A implementação técnica é relativamente fácil, com vários casos de exploração.
• A migração de aplicações de camada superior é conveniente e pode ser realizada rapidamente

Desvantagens:

• Limitado pelas restrições da blockchain, a melhoria de desempenho é limitada
• Pode reduzir o nível de descentralização ou segurança.

Determinação: A camada secundária baseada em estruturas de cadeia pode ter muitos projetos, existindo uma ou várias camadas secundárias em diferentes áreas verticais, atendendo a diferentes necessidades de aplicação. Seu valor é determinado pelo número de aplicações superiores e pelo valor total.

2.2 Construção de segunda camada baseada em sistemas distribuídos

Algumas construções de segunda camada são baseadas em sistemas distribuídos, cuja estrutura e framework não são de blockchain, mas sim de sistemas distribuídos baseados em canal. A Lightning Network é um exemplo típico.

A construção de segunda camada de sistemas distribuídos é dividida em duas categorias:

1. Apenas completar a transferência de valor, como a Lightning Network
2. Completar a transferência de valor e a computação Turing completa, como RGB

Vantagens da construção de segunda camada baseada em distribuição:

• O sistema está mais descentralizado
• Pode acomodar inúmeras nodos
• Melhor privacidade e resistência à censura
• Tem escalabilidade infinita, teoricamente desempenho extremamente alto

Desvantagens:

• A implementação técnica é complexa
• Falta experiência na implementação de engenharia e infraestrutura em termos de transferência de valor
• Implementar um sistema Turing completo é um grande desafio

Determinar: a estrutura distribuída de camada dois baseada em Canal pode ter apenas alguns projetos paralelos, razão:

1. O sistema tem capacidade de expansão ilimitada
2. A dificuldade técnica de implementação é grande

Este tipo de sistemas exige um design e uma filosofia mais abertos, que possam acomodar mais pessoas e equipas a participar.

2.3 Construção de segunda camada baseada em sistema centralizado

Estruturas de índice centralizadas, como Ordinals, ou indexadores de certos nós funcionais, são estruturas centralizadas e representam uma abordagem de construção de segunda camada.

Essa abordagem de construção é pouco reconhecida, pois a segunda camada é demasiado centralizada, limitando muito a expansão da rede de primeira camada. As várias características fundamentais de blockchain da segunda camada dependem da rede de primeira camada, e a segunda camada realiza apenas cálculos simples e funções estatísticas.

Vantagens:

• O sistema centralizado é muito maduro
• Existem muitos casos de uso e soluções de otimização
• Totalmente Turing completo e desempenho excepcional

Desvantagens:

• Camada 2 extremamente centralizada
• Todas as características básicas da blockchain dependem de uma camada de rede

Julgamento: A camada secundária baseada em estrutura centralizada pode ter apenas alguns projetos, ou até mesmo existir de forma episódica. Após a maturação da estrutura distribuída baseada em estrutura em cadeia e Channel, a maioria das construções de camada secundária centralizada pode desaparecer, ou pode haver apenas alguns cenários especiais de uso.

3. Coisas relacionadas à construção de segunda camada

3.1 Tecnologia de conexão entre a primeira e a segunda camada

O desenvolvimento técnico do Bitcoin em si, como a modificação do OP_RETURN, Taproot, assinaturas Schnorr, MAST, Tapscript, etc., deve ser projetado para conectar a camada um e a camada dois. As tecnologias comuns para conectar a blockchain da camada um e a rede da camada dois são:

• Tecnologia de cadeia cruzada: permite a interoperabilidade entre diferentes blockchains, transferência e interação de ativos entre cadeias.
• Tecnologia de validação isolada: isolar uma camada de dados de transação, processada por uma validação de segunda camada
• Tecnologia de sidechain: conecta a cadeia principal e a sidechain, permitindo a transmissão de dados
• Tecnologia de State Channel: Estabelecer canais de comunicação fora da cadeia, aumentando a velocidade e a capacidade de transação.
• Tecnologia Plasma: fragmentação do processamento de dados de transações em uma camada, processada pela verificação de segunda camada

Avaliação dos indicadores de tecnologias de conexão de primeira e segunda camada:

• Uma camada pode validar transações da segunda camada?
• Uma camada de ativos pode escapar com sucesso durante o colapso da segunda camada.
• A tecnologia de conexão irá reduzir algumas características do sistema?

3.2 Referência à estrutura de Von Neumann na evolução da blockchain

A "computador mundial" que é a blockchain pode ser comparado e analisado em relação à estrutura de Von Neumann dos computadores tradicionais. Os cinco principais componentes do computador com a estrutura de Von Neumann: unidade aritmética, controlador, memória, dispositivos de entrada e dispositivos de saída. No sistema blockchain, também existem componentes semelhantes.

Vários comparativos:

1. A expansão da CPU é semelhante à expansão da capacidade de computação e da taxa de transferência de primeira e segunda camada.
2. A expansão da memória irá do espaço na cadeia concorrente para o uso de armazenamento em verdadeira blockchain.
3. Dispositivos de entrada e saída são oráculos no sistema de blockchain
4. Algumas cadeias especiais e funções semelhantes às GPUs de computadores tradicionais, placas de dispositivos dedicados, etc.
5. Aplicações em blockchain e aplicações de camada superior são semelhantes à fase em que os computadores tradicionais ainda não diferenciavam entre sistemas operacionais e software de aplicação.
6. As aplicações de blockchain vão expandir-se de aplicações financeiras iniciais para aplicações mais amplas.

4. A situação atual da construção de Layer2 do Bitcoin

4.1 Projetos de segunda camada do Bitcoin já em funcionamento

1. Lightning Network(Lightning Network)

• Construção de segunda camada baseada em distribuído
• Proposto em 2015, implementado completamente em 2018
• Características: rápido, baixo custo, escalável
• Realizar transações off-chain através de canais de pagamento, reduzindo significativamente o tempo de confirmação e os custos.
• Enfrentando desafios de estabilidade da rede, algoritmo de roteamento, entre outros.

2. Líquido

• Construção de segunda camada baseada em cadeia
• Solução de sidechain lançada pela Blockstream em 2015
• Características: confirmação rápida de transações (2 minutos ), privacidade das transações, alta taxa de transferência
• Utiliza a tecnologia Confidential Transactions para ocultar o valor da transação
• Utilizar a tecnologia Federated Peg para suportar um grande número de transações em paralelo

3. Rootstock(RSK)

• Construção de segunda camada baseada em cadeia
• Proposto em 2015, lançado oficialmente em 2018
• Características: ancoragem bidirecional com Bitcoin, suporte a contratos inteligentes
• Fornecer funcionalidades semelhantes ao Ethereum para Bitcoin
• O desenvolvimento é relativamente lento, mas tem potencial para se tornar uma importante plataforma de contratos inteligentes.

4. RGB

• Construção de segunda camada baseada em distribuído + Turing completo
• Origem em 2016, desenvolvido pela LNP/BP Standards Association
• Características: escalável, confidencial, protocolo descentralizado que não requer a introdução de tokens
• Adotar a validação do cliente e o conceito de selagem única
• Emissão de tokens executáveis, cunhagem de NFTs, DeFi, DAO e outros contratos inteligentes complexos

5. Stacks

• Construção de segunda camada baseada na cadeia
• Proposto em 2013, realizado ICO em 2017
• Características: fornece autenticação de identidade descentralizada, armazenamento e funcionalidades de contratos inteligentes
• Adotar o mecanismo de consenso "Stacking"
• Tornou-se uma das plataformas importantes no campo das aplicações descentralizadas

6. Outros projetos emergentes

• B² Network: desenvolvido com base em ZK-Rollup, compatível com EVM
• BEVM: L2 descentralizado de Bitcoin compatível com EVM
• Dovi: Layer2 de Bitcoin compatível com contratos inteligentes EVM
• Map Protocol: Focado em protocolo cross-chain
• Merlin Chain: Integra a rede ZK-Rollup, oráculo descentralizado e módulo antifraude BTC em cadeia
• Bison: Bitcoin nativo zk-rollup

4.2 Bit