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Analyse complète de l'extension off-chain : la technologie Layer 2 qui surmonte la Trinité impie.
Analyse approfondie de l'extension off-chain
Auteur : Cobo Ventures
1. La nécessité de l'extension
L'avenir de la blockchain est une vision grandiose : décentralisation, sécurité et évolutivité ; mais généralement, la blockchain ne peut réaliser que deux de ces trois exigences, et satisfaire ces trois exigences est ce qu'on appelle le problème du triangle impossible de la blockchain. Depuis des années, les gens explorent comment résoudre ce dilemme, comment améliorer le débit et la vitesse des transactions de la blockchain tout en garantissant la décentralisation et la sécurité, c'est-à-dire résoudre le problème de l'évolutivité, qui est l'un des sujets de discussion brûlants dans le processus de développement actuel de la blockchain.
Définissons d'abord de manière générale la décentralisation, la sécurité et l'évolutivité de la blockchain :
Décentralisé : toute personne peut devenir un nœud participant à la production et à la validation du système blockchain, plus il y a de nœuds, plus le degré de décentralisation est élevé, garantissant ainsi que le réseau n'est pas contrôlé par un petit groupe de grands participants centralisés.
Sécurité : Plus le coût pour obtenir le contrôle d'un système blockchain est élevé, plus la sécurité est élevée, permettant ainsi à la chaîne de résister à un plus grand pourcentage d'attaques de participants.
Scalabilité : la capacité d'une blockchain à traiter un grand nombre de transactions.
La première grande hard fork du réseau Bitcoin est survenue en raison de problèmes d'évolutivité. Avec l'augmentation du nombre d'utilisateurs et du volume des transactions de Bitcoin, le réseau Bitcoin, dont la taille maximale de chaque bloc est de 1 Mo, a commencé à faire face à des problèmes de congestion ; depuis 2015, la communauté Bitcoin est divisée sur la question de l'évolutivité, d'un côté, les partisans de l'extension des blocs, représentés par Bitcoin ABC, et de l'autre, les partisans des petits blocs, représentés par Bitcoin Core, qui estiment qu'il convient d'utiliser la solution Segwit pour optimiser la structure de la chaîne principale. Le 1er août 2017, Bitcoin ABC a commencé à faire fonctionner un système client développé par ses soins de 8 Mo, entraînant la première grande hard fork de l'histoire de Bitcoin, et a également donné naissance à une nouvelle cryptomonnaie, le BCH.
De même, le réseau Ethereum a également choisi de sacrifier une partie de sa capacité d'extension pour garantir la sécurité et la décentralisation du réseau ; bien que le réseau Ethereum ne limite pas le volume des transactions comme le fait le réseau Bitcoin en restreignant la taille des blocs, il a en quelque sorte changé pour imposer un plafond aux frais de carburant qu'un seul bloc peut contenir, mais le but est le même : réaliser un consensus sans confiance et garantir une large distribution des nœuds. Que ce soit pour supprimer ou augmenter le plafond, cela éliminera de nombreux petits nœuds qui manquent de bande passante, de stockage et de capacité de calcul.
Depuis l'émergence de CryptoKitties en 2017, l'été DeFi, jusqu'à la montée des applications en chaîne comme GameFi et NFT, la demande du marché en matière de débit a constamment augmenté. Cependant, même Ethereum, qui est Turing-complet, ne peut traiter que 15 à 45 transactions par seconde(TPS), ce qui entraîne une augmentation continue des coûts de transaction, un allongement des temps de règlement, et la plupart des Dapps ont du mal à supporter leurs coûts d'exploitation. L'ensemble du réseau devient également lent et coûteux pour les utilisateurs, et le problème de scalabilité de la blockchain doit être résolu d'urgence. La solution de scalabilité idéale serait : d'augmenter autant que possible la vitesse des transactions du réseau blockchain( un temps de finalité) plus court et un débit des transactions( un TPS) plus élevé, sans sacrifier la décentralisation et la sécurité.
2. Catégories des solutions d'extensibilité
Nous classons les solutions d'extension en deux grandes catégories : l'extension on-chain et l'extension off-chain, en nous basant sur le critère "si cela change le niveau principal du réseau".
( 2.1 Scalabilité on-chain
Concept clé : solution visant à atteindre un effet d'extension en modifiant un niveau de protocole de la chaîne principale, la principale solution actuelle étant le sharding.
Il existe plusieurs solutions d'extension on-chain, cet article ne les développera pas, voici un bref aperçu de deux solutions :
La première solution consiste à élargir l'espace de bloc, c'est-à-dire à augmenter le nombre de transactions emballées dans chaque bloc, mais cela augmentera les exigences en matière de matériel pour les nœuds à haute performance, rehaussera le seuil d'entrée des nœuds et diminuera le degré de "décentralisation".
La solution deux est le sharding, qui divise le grand livre de la blockchain en plusieurs parties. Au lieu que chaque nœud participe à tous les enregistrements, ce sont des shards différents, c'est-à-dire des nœuds différents, qui sont responsables de différents enregistrements. Le calcul parallèle peut traiter plusieurs transactions en même temps ; cela peut réduire la pression de calcul sur les nœuds et le seuil d'entrée, tout en améliorant la vitesse de traitement des transactions et le degré de décentralisation. Cependant, cela signifie que la puissance de calcul du réseau est dispersée, ce qui peut diminuer la "sécurité" de l'ensemble du réseau.
Modifier le code d'un protocole de réseau principal peut avoir des conséquences négatives imprévisibles, car toute légère vulnérabilité de sécurité sous-jacente peut sérieusement menacer la sécurité de l'ensemble du réseau, qui pourrait être contraint de réaliser une fourche ou d'interrompre des mises à jour de réparation. Par exemple, l'incident de la vulnérabilité d'inflation de Zcash en 2018 : le code de Zcash est basé sur une modification du code de la version 0.11.2 de Bitcoin, et en 2018, un ingénieur a découvert une vulnérabilité critique dans le code sous-jacent, à savoir que les jetons pouvaient être émis en quantité illimitée. L'équipe a alors passé 8 mois à corriger secrètement le problème, et l'incident n'a été rendu public qu'après la correction de la vulnérabilité.
) 2.2 off-chain extensibilité
Concept clé : solution d'extension qui ne modifie pas le protocole principal de la couche 1 existante.
Les solutions d'extension off-chain peuvent être subdivisées en Layer2 et d'autres solutions :
![Rapport de recherche approfondi : Analyse complète de l'expansion off-chain]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-087d35594a04d33375b8199b93eb355e.webp###
3. Solutions d'extension off-chain
( 3.1 Canaux d'État
)# 3.1.1 Résumé
Les canaux d'état stipulent que les utilisateurs n'ont besoin d'interagir avec la chaîne principale que lors de l'ouverture, de la fermeture ou de la résolution de litiges du canal, et que les interactions entre utilisateurs se font off-chain, réduisant ainsi le temps et le coût des transactions pour les utilisateurs, tout en permettant un nombre illimité de transactions.
Les canaux d'état sont un protocole P2P simple, adapté aux "applications basées sur des tours", par exemple, un jeu d'échecs à deux. Chaque canal est géré par un contrat intelligent multi-signatures fonctionnant sur la chaîne principale, qui contrôle les actifs déposés dans le canal, vérifie les mises à jour d'état et arbitre les disputes entre les participants ### en fonction des preuves de fraude accompagnées de signatures et de timestamps ###. Après le déploiement du contrat sur le réseau blockchain, les participants déposent des fonds et les verrouillent, et après la confirmation par signature des deux parties, le canal est officiellement ouvert. Le canal permet des transactions off-chain gratuites illimitées ( entre les participants tant que la valeur nette de leurs transferts ne dépasse pas le montant total des jetons déposés ). Les participants envoient alternativement des mises à jour d'état à l'autre partie, attendant la confirmation par signature de l'autre. Une fois que l'autre partie a confirmé par signature, cette mise à jour d'état est considérée comme complétée. Normalement, les mises à jour d'état convenues par les deux parties ne sont pas téléchargées sur la chaîne principale, seules les disputes ou la fermeture du canal nécessitent une confirmation par la chaîne principale. Lorsque le canal doit être fermé, n'importe quel participant peut soumettre une demande de transaction sur la chaîne principale, et si la demande de sortie obtient l'approbation par signature de tous, elle est immédiatement exécutée sur la chaîne, c'est-à-dire que le contrat intelligent distribue les fonds verrouillés restants en fonction des soldes de chaque participant dans l'état final du canal ; si d'autres participants n'ont pas approuvé par signature, tous doivent attendre la fin de la "période de contestation" avant de pouvoir recevoir les fonds restants.
En résumé, le système de canaux d'état peut considérablement réduire la charge de calcul sur la chaîne principale, améliorer la vitesse des transactions et réduire les coûts de transaction.
(# 3.1.2 Chronologie
2015/02, Joseph Poon et Thaddeus Dryja ont publié un projet de livre blanc sur le réseau Lightning.
En novembre 2015, Jeff Coleman a systématiquement résumé le concept de State Channel pour la première fois, en proposant que le Payment Channel de Bitcoin est un sous-cas du concept de State Channel.
2016/01, Joseph Poon et Thaddeus Dryja ont officiellement publié le livre blanc « The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments » proposant une solution d'extension du réseau Lightning de Bitcoin, le Payment Channel), cette solution n'est utilisée que pour traiter les paiements de transfert sur le réseau Bitcoin.
En novembre 2017, les spécifications de conception concernant les State Channels basées sur le cadre des Payment Channels, appelées Sprites, ont été proposées.
2018/06, Counterfactual a proposé un design très détaillé des Generalized State Channels, c'est le premier design entièrement lié aux State Channels.
2018/10, l'article Generalised State Channel Networks a introduit les concepts de State Channel Networks et de Virtual Channels.
2019/02, le concept de canaux d'état a été étendu aux N-Party Channels, Nitro est le premier protocole établi sur cette idée.
2019/10, Pisa a élargi le concept de Watchtowers pour résoudre le problème de la nécessité pour tous les participants d'être en ligne en continu.
2020/03, Hydra a proposé des Fast Isomorphic Channels.
3.1.3 Principe Technique
Le flux de travail de base des canaux d'état est le suivant :
Alice et Bob déposent des fonds d'un EOA personnel à une adresse de contrat en chaîne, ces fonds sont verrouillés dans le contrat jusqu'à ce que le canal soit fermé, moment où le solde est retourné à l'utilisateur ; après confirmation par leurs signatures, le canal d'état entre les deux est officiellement ouvert.
Alice et Bob peuvent théoriquement effectuer un nombre illimité de transactions hors chaîne via ce canal, les participants communiquant entre eux par des messages signés cryptés ( au lieu de communiquer avec le réseau blockchain ). Les deux utilisateurs doivent signer chaque transaction pour prévenir la fraude par double dépense. Grâce à ces messages, ils proposent des mises à jour de l'état de leur compte et acceptent les mises à jour de l'état proposées par l'autre.
Si Alice souhaite fermer le canal et mettre fin à la transaction avec Bob, Alice doit soumettre l'état final de son compte au contrat. Si Bob signe pour approuver, le contrat libérera les fonds bloqués en fonction de l'état final et les renverra à l'utilisateur correspondant. Si Bob ne répond pas à la signature, le contrat libérera les fonds bloqués et les renverra à l'utilisateur correspondant après la fin de la période de contestation.
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)# 3.1.4 Avantages et inconvénients
Avantages :
Inconvénients :
(# 3.1.5 Application
Les principales applications incluent le réseau Lightning de Bitcoin, le réseau Lightning d'Ethereum et Celer Network.
Prenons le réseau Lightning de Bitcoin comme exemple :
L'écosystème du réseau Lightning se compose des éléments suivants de bas en haut : le réseau BTC de base, les infrastructures fondamentales et diverses applications. À ce jour, il existe plus de 100 applications couvrant plusieurs catégories telles que les paiements, les portefeuilles et la gestion des nœuds.
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)# 3.1.6 Comparaison des applications
Le réseau Lightning de Bitcoin, le réseau Raiden d'Ethereum et le réseau Celer présentent certaines différences en termes de conception, de cas d'utilisation et de niveau de développement :
Dans l'ensemble, la technologie des canaux d'état est encore en développement et devrait être largement utilisée à l'avenir dans des scénarios tels que les paiements de faible montant et à haute fréquence.
( 3.2 Sidechains
)# 3.2.1 Résumé
Une sidechain est une forme de blockchain qui a émergé pour accélérer les transactions Bitcoin. Elle peut utiliser des contrats plus complexes, ou améliorer le mécanisme de consensus ### tel que PoS ###, ou ajuster les paramètres de bloc pour que la sidechain remplisse des fonctions spécifiques. Les résultats des transactions sur la sidechain sont finalement enregistrés du côté des validateurs lorsqu'ils sont renvoyés à la chaîne principale. Ce modèle de blockchain n'est pas une nouvelle forme de blockchain, mais plutôt une infrastructure attachée à la chaîne principale pour aider à résoudre des problèmes.
3.2.2 Chronologie