Conhecimentos básicos sobre a rede de segunda camada do Bitcoin

O surgimento das inscrições em Bitcoin trouxe uma nova vitalidade ao ecossistema do Bitcoin, fazendo com que mais pessoas voltem a prestar atenção ao Bitcoin. Alguns acreditam que isso abriu a caixa de Pandora do ecossistema do Bitcoin. Entre os numerosos desenvolvimentos tecnológicos do ecossistema do Bitcoin, a construção de segunda camada é a mais importante. Este artigo se baseia em alguns artigos conhecidos na internet, bem como em conversas com vários amigos, e resume os conhecimentos básicos sobre a segunda camada do Bitcoin. Espero que possa servir de inspiração e atrair mais pessoas para aprimorar ideias relacionadas, promovendo o desenvolvimento deste campo.

O mundo do blockchain começa com o Bitcoin e terminará com o ecossistema Bitcoin. O Ethereum é essencialmente uma exploração de tecnologia de sidechain do Bitcoin.

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

1. A missão da Layer2

Para entender os problemas básicos que precisam ser resolvidos na construção da segunda camada do Bitcoin, vamos começar discutindo as características fundamentais dos sistemas de blockchain.

1.1 As características básicas e a demanda da blockchain

Adotamos o conceito proposto por Vitalik: a blockchain é um "computador mundial". Entender as várias características da blockchain a partir desse ponto de vista será mais claro. Mais adiante, também analisaremos a possibilidade de desenvolvimento desse "computador mundial" com base na estrutura de Von Neumann dos computadores.

Algumas características básicas da blockchain:

Público e transparente: Esta é a característica de armazenamento de dados e execução de instruções da "computador mundial" que é a blockchain, bem como a necessidade interna de um grande número de nós distribuídos em todo o mundo para participar no cálculo. Esta característica satisfaz o direito à informação dos usuários sobre os dados, sendo um resultado comum dos requisitos de colaboração interna do "computador mundial" e das necessidades externas dos usuários.

Descentralização: Esta é uma característica arquitetónica deste "computador mundial". O grau de descentralização e a tolerância a falhas são, teoricamente, suportados pela teoria dos generais bizantinos. Sistemas não bizantinos de generais, em teoria, não são sistemas de blockchain. 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 nível micro, a segurança é garantida por tecnologias relacionadas à criptografia; a nível macro, é garantida pela descentralização da arquitetura, de forma que não será afetada pela falsificação de dados micro ou pela destruição da arquitetura macro.

Capacidade de cálculo: Uma das principais funções desta máquina de cálculo mundial chamada blockchain é a capacidade de cálculo. Para medir este indicador, geralmente se avalia se é Turing completo. Algumas cadeias são deliberadamente projetadas para serem Turing não completas, a fim de manter suas características principais. Por exemplo, na rede Bitcoin, Satoshi Nakamoto não só tornou as instruções de código não Turing completas, mas também deliberadamente removeu algumas instruções durante o desenvolvimento, a fim de manter sua estabilidade e segurança. Todas as tecnologias Turing completas são destinadas a expandir a capacidade de cálculo da blockchain.

Desempenho: Com a mesma capacidade de cálculo, o desempenho é outra capacidade principal que se observa no computador do mundo blockchain. Geralmente é medido em TPS.

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

Privacidade: A privacidade é uma necessidade segmentada na "computação mundial", que exige que durante o processo de cálculo e armazenamento, os direitos dos produtores e utilizadores de dados sejam mantidos. Isto é basicamente impulsionado pelas necessidades externas dos utilizadores.

Há um indicador abrangente de escalabilidade, que geralmente se refere à escalabilidade de toda a arquitetura, e essa característica afeta muitas das características fundamentais. No nível da arquitetura, a escalabilidade do sistema é um indicador muito importante.

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

Em sistemas distribuídos, um triângulo impossível semelhante é o princípio CAP, que se refere à impossibilidade de alcançar simultaneamente a consistência (Consistency), a disponibilidade (Availability) e a tolerância a partições (Partition tolerance) em um sistema distribuído. Sistemas de blockchain são sistemas distribuídos que enfrentam o problema dos generais bizantinos, e portanto, também se aplicam ao princípio CAP.

1.2 O papel da construção de segundo nível

Quais papéis devem ser completados na construção da segunda camada? Quais funções devem ser fornecidas? A construção da segunda camada deve necessariamente expandir as limitações do sistema de primeira camada, realizando coisas que não são adequadas para serem feitas no sistema de primeira camada na construção da segunda camada.

A partir das características da blockchain resumidas acima, pode-se chegar a uma conclusão preliminar de que é necessário expandir essas capacidades básicas: publicidade e transparência, descentralização, segurança, capacidade de cálculo, desempenho (, throughput ), armazenamento, privacidade, etc. Além dessas capacidades básicas do ponto de vista técnico, há uma questão econômica muito importante que precisa ser resolvida, que é reduzir custos. Geralmente, o custo total de execução de transações em uma rede de camada única é bastante elevado, sendo necessário utilizar redes de camada dois para reduzir esses custos.

Resumindo em uma frase, as soluções nos três dimensões de aumentar a capacidade, reduzir custos e personalizar características são todas construções de segunda camada. Quanto à personalização de características, atualmente ainda não é muito evidente, ou frequentemente está oculta nas duas primeiras características, o que pode ser um pouco confuso. Podemos entender assim: as características da rede de primeira camada têm graus diferentes de necessidade para muitas aplicações, e é possível ajustar a implementação de várias características em relação a algumas aplicações na segunda camada.

Na construção de camadas secundárias, as capacidades básicas da blockchain terão concessões diferentes, reduzindo algumas características, ou até mesmo descartando algumas, em troca de uma melhoria significativa 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 a forma de liquidação. Outras, sem diminuir as características básicas, reforçarão uma certa característica, como o método de processamento RGB, que aumenta claramente a privacidade e a resistência à censura, mas aumenta a dificuldade de implementação técnica.

A redução de custos deve ser uma necessidade básica para toda a construção de segunda camada.

1.3 Por que fazer um design em camadas?

O design em camadas é uma forma de os humanos lidarem com sistemas complexos e uma metodologia, que consiste em dividir o sistema em várias estruturas de camadas e definir as relações e funções entre as camadas, a fim de alcançar a modularidade, a manutenibilidade e a escalabilidade do sistema, melhorando assim a eficiência e a confiabilidade do design do sistema.

Para um sistema de protocolos amplo e extenso, o uso de camadas terá benefícios claros. Isso facilita a compreensão, a divisão do trabalho em implementação e a melhoria modular, entre outras vantagens. 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 camada seguinte é implementada, apenas precisa saber quais serviços são oferecidos através da interface intercamadas. Assim, a complexidade do problema como um todo diminui. Em outras palavras, como o trabalho da camada anterior é realizado não afeta o trabalho da camada seguinte, permitindo que ao projetar o trabalho de cada camada, apenas garantamos que a interface permaneça inalterada, e possamos ajustar livremente a maneira de trabalhar dentro da camada.

2.Boa flexibilidade. Quando qualquer camada sofre alterações, desde que a relação de interface entre as camadas se mantenha inalterada, as camadas acima ou abaixo não são afetadas. Quando uma camada apresenta inovações tecnológicas ou quando surge um problema no trabalho de uma camada, isso não afeta o funcionamento das outras camadas, e ao resolver um problema, é necessário considerar apenas o problema específico dessa camada.

3.Estruturalmente divisível. Cada camada pode adotar a tecnologia mais adequada para a sua implementação. O desenvolvimento da tecnologia é frequentemente assimétrico; a divisão em camadas evita efetivamente o efeito do barril, não sendo afetada pela imperfeição de uma determinada tecnologia que comprometeria a eficiência do trabalho como um todo.

4.Fácil de implementar e manter. Esta estrutura torna a implementação e depuração de um sistema grande e complexo mais fácil de lidar, pois todo o sistema foi dividido em vários subsistemas relativamente independentes. Durante a depuração e manutenção, é possível depurar cada camada individualmente, evitando a situação de não conseguir encontrar ou resolver o problema errado.

5.Pode promover o trabalho de padronização. Porque cada camada tem uma descrição precisa das suas funções e dos serviços que oferece. O benefício 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 é extenso, requer colaboração de várias pessoas e está em constante melhoria, sendo uma abordagem testada na prática e eficaz.

2. Algumas abordagens para a construção do Layer2 do Bitcoin

Bitcoin tem três rotas de construção significativas para a segunda camada:

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

(2) uma é baseada em uma rota distribuída, representada pela Lightning Network, é uma estrutura distribuída.

(3) Há 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 exploração. Para a primeira abordagem, devido ao desenvolvimento próspero do Ethereum e à exploração de outras cadeias que imitam o Bitcoin, a expansão de segundo nível baseada em cadeia é relativamente mais fácil, com mais casos de referência. A segunda abordagem, baseada em distribuição, geralmente apresenta mais dificuldades e o desenvolvimento é um pouco mais lento, com a Lightning Network como exemplo. A terceira abordagem é muito controversa, pois não parece uma construção de segundo nível, mas parece ter cumprido as funções de uma construção de segundo nível.

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

Para a definição da rede de segunda camada do Bitcoin, desde que se baseie na rede Bitcoin e estabeleça uma associação técnica com a rede Bitcoin, algumas características que são superiores à rede de primeira camada do Bitcoin são consideradas como construção da rede de segunda camada do Bitcoin. Em outras palavras: qualquer sistema que consuma BTC como gás, utilizando BTC como ativo subjacente e que expanda o desempenho do Bitcoin, é considerado uma 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 a primeira e a segunda camada, não deve haver um uso excessivo dessas tecnologias para desenvolver funcionalidades, pois a rede de primeira camada, por mais que se expanda, não terá uma ruptura qualitativa; é necessário construir a segunda camada. No entanto, na ausência de produtos de segunda camada do Bitcoin mais eficientes, essas capacidades técnicas de conexão entre a primeira e a segunda camada serão excessivamente utilizadas por um período.

2.1 Construção de segunda camada baseada em cadeia

As cadeias de imitação do Bitcoin na fase inicial realizaram várias explorações, como "Colorcoin"(moedas coloridas), "CovertCoins" e "MasterCoin"; várias cadeias de imitação do Bitcoin para escalabilidade, como BCH(Bitcoin Cash), BSV(Bitcoin SV), BTG(Bitcoin Gold); várias tecnologias de sidechain são casos de construção de expansão da cadeia, podendo ser consideradas uma forma ampla de segunda camada.

Incluindo Ethereum, que também é uma exploração de melhoria baseada em Bitcoin. Vitalik formou sua própria equipe e lançou um white paper, desenvolvendo um novo sistema de blockchain, após não conseguir convencer outras equipes de projetos sobre as imperfeições do Bitcoin: o sistema UTXO sem contas, a linguagem de execução não Turing completa, a baixa escalabilidade, entre outros problemas. Embora essa exploração do Ethereum não seja uma construção de segunda camada diretamente sobre o Bitcoin, é, em um sentido amplo, uma exploração de construção baseada em cadeia.

Ethereum para Bitcoin