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Red de segunda capa de Bitcoin: tres enfoques de construcción y desafíos técnicos en el camino de la escalabilidad
Sistema de conocimiento básico de la red de segunda capa de Bitcoin
El auge de las inscripciones de Bitcoin ha inyectado nueva vitalidad en el ecosistema de Bitcoin, provocando un renovado interés por parte de la gente. Algunos creen que esto ha abierto la caja de Pandora del ecosistema de Bitcoin. Dentro de los numerosos desarrollos tecnológicos del ecosistema de Bitcoin, la construcción de la segunda capa es crucial. Este artículo tiene como objetivo resumir los conocimientos básicos sobre la segunda capa de Bitcoin, con la esperanza de inspirar y promover un mayor desarrollo en este campo.
El mundo de la blockchain comenzó con Bitcoin y tiene como final el ecosistema de Bitcoin. Ethereum también puede considerarse como una exploración de tecnología de cadena lateral de Bitcoin.
En este artículo, "construcción de segunda capa" y "construcción de red de segunda capa" se pueden usar de manera intercambiable; generalmente, el segundo término es más específico, mientras que el primero es más amplio. Sin embargo, para mantener la consistencia con los términos comúnmente utilizados en la industria, también utilizaremos el concepto de "construcción de red de segunda capa".
1. La misión de Layer2
Para entender los problemas básicos que necesita resolver la construcción de la segunda capa de Bitcoin, comenzamos con las características fundamentales del sistema de blockchain.
1.1 Las características básicas y los requisitos de la blockchain
Adoptamos el concepto propuesto por Vitalik: la blockchain es una "computadora mundial". Desde esta perspectiva, comprender las diversas características de la blockchain será más claro. Más adelante, también analizaremos la posible evolución de esta "computadora mundial" basada en la estructura de von Neumann.
Las características fundamentales de la blockchain incluyen:
Transparente y público: Esta es una característica del almacenamiento de datos y la ejecución de instrucciones de la "computadora mundial" que es la blockchain, así como una necesidad interna que requiere la participación conjunta de numerosos nodos distribuidos en todo el mundo. Esta característica satisface el derecho a la información de los usuarios sobre los datos, y es el resultado conjunto de los requisitos de colaboración interna de esta "computadora mundial" y las demandas externas de los usuarios.
Descentralización: Esta es una característica arquitectónica de esta "computadora mundial"; el grado de descentralización y la tolerancia a fallos están teóricamente respaldados por el teorema de los generales bizantinos. El grado de descentralización es un indicador importante de la seguridad de la blockchain, y también es la base de ciertas características.
Seguridad: La seguridad es el resultado de la necesidad interna generada por las características arquitectónicas de esta "computadora mundial" y de la necesidad externa requerida por los usuarios. A nivel micro, se garantiza mediante tecnologías relacionadas con la criptografía, y a nivel macro, se asegura mediante la descentralización de la arquitectura.
Capacidad de cálculo: Una de las principales funciones de esta computadora mundial llamada blockchain es la capacidad de cálculo. Generalmente se mide con la completitud de Turing. Algunas cadenas, para mantener sus características principales, están deliberadamente diseñadas para ser incompletas en Turing.
Rendimiento: Con la misma capacidad de cálculo, el rendimiento es otra capacidad principal que se evalúa en el mundo de las computadoras de blockchain. Generalmente se mide en el número de transacciones TPS( procesadas por segundo ).
Almacenamiento: La blockchain, como "computadora mundial", debe tener la capacidad de almacenamiento, es decir, la capacidad de registrar datos. Actualmente, la mayoría de los datos se almacenan dentro de bloques, mientras que el almacenamiento en cadenas externas de bloques más profesionales todavía está en desarrollo.
Privacidad: La privacidad es una demanda segmentada en la "computadora mundial", que exige mantener el ámbito de permisos de los productores y usuarios de datos durante los procesos de cálculo y almacenamiento. Esto está impulsado principalmente por las necesidades externas de los usuarios.
Estas características fundamentales de la blockchain están en gran medida limitadas por el triángulo imposible, como la conjetura DSS: descentralización ( Decentralization ), seguridad ( Security ) y escalabilidad ( Scalability ) no pueden alcanzar la óptima simultáneamente.
1.2 El papel de la construcción de la segunda capa
La función de la construcción de la segunda capa es ampliar las deficiencias del sistema de la primera capa y completar funciones que no puede realizar el sistema de la primera capa. Específicamente, la construcción de la segunda capa debe ampliar estas capacidades básicas: transparente, descentralizado, seguridad, capacidad de cálculo, rendimiento (, capacidad de procesamiento ), almacenamiento, privacidad y más. Además de la perspectiva técnica, también es necesario resolver un importante problema económico: reducir costos.
En resumen, la construcción de la segunda capa es una solución diseñada para aumentar la capacidad, reducir costos y personalizar características en estos tres dimensiones.
En la construcción de la segunda capa, las capacidades básicas de la blockchain pueden ser sacrificadas, lo que podría reducir o incluso descartar ciertas características a cambio de una mejora significativa de otras. Por ejemplo, algunas segundas capas reducen el grado de descentralización y seguridad para mejorar el rendimiento; algunas cambian la estructura del sistema y el método de liquidación para aumentar el rendimiento. También hay algunas que mejoran una característica específica sin disminuir las capacidades básicas, como RGB que aumenta la privacidad y la resistencia a la censura, pero también aumenta la dificultad de implementación técnica.
1.3 ¿Por qué hacer un diseño en capas?
El diseño en capas es un método común para tratar sistemas complejos, que consiste en dividir el sistema en múltiples estructuras jerárquicas y definir las relaciones y funciones entre cada capa, logrando así la modularidad, mantenibilidad y escalabilidad del sistema, lo que mejora la eficiencia y confiabilidad del diseño del sistema.
Para un enorme sistema de protocolos, el uso de un diseño en capas tiene beneficios claros: facilita la comprensión, la implementación por partes y la mejora modular. Como en el modelo de siete capas ISO/OSI de las redes informáticas, pero en la implementación específica, algunas capas pueden fusionarse, como en el protocolo de cuatro capas TCP/IP.
Las ventajas del diseño en capas incluyen:
2. Varios enfoques para la construcción de Bitcoin Layer2
La construcción de la segunda capa del Bitcoin tiene principalmente tres rutas:
(1) Ruta de expansión basada en cadena, similar a la segunda capa de EVM, es la estructura de la blockchain;
(2) Basado en rutas distribuidas, representado por la red Lightning, es una estructura distribuida;
(3) Basado en un sistema centralizado, representado por un índice centralizado, es una estructura centralizada.
Las dos primeras formas ya tienen algunas aplicaciones prácticas y exploraciones. La primera forma es relativamente más fácil de implementar debido al florecimiento de Ethereum y a la exploración de otras cadenas imitadoras de Bitcoin. La segunda forma, basada en la distribución, suele ser más difícil y su desarrollo es más lento, siendo la red Lightning su representante. La tercera forma es más controvertida; parece que no es una construcción de segunda capa, pero parece haber cumplido con las funciones de la construcción de segunda capa.
Podemos usar el valor total de bloqueo ( TVL ) como estándar de medida; cuanto mayor sea el TVL, mejor será la solución de segunda capa. A medida que avanza el tiempo y la tecnología, la mejor solución estará en constante cambio.
Para la red de segunda capa de Bitcoin, siempre que se base en la red de Bitcoin, establezca una relación técnica y ciertas características sean superiores a la red de primera capa de Bitcoin, se puede considerar como construcción de la red de segunda capa de Bitcoin. En otras palabras, los sistemas que consumen BTC como gas, utilizando BTC como activo subyacente para expandir las capacidades de Bitcoin, se consideran construcción de segunda capa.
2.1 Construcción de segunda capa basada en la cadena
Las primeras cadenas que imitaron a Bitcoin realizaron diversas exploraciones, como "Colorcoin" ( monedas coloreadas ), "CovertCoins" y "MasterCoin"; diversas bifurcaciones de Bitcoin para escalabilidad, como BCH ( Bitcoin Cash ), BSV ( Bitcoin SV ), BTG ( Bitcoin Gold ); diversas tecnologías de cadenas laterales son casos de construcción de expansión basados en la cadena, que pueden considerarse como una segunda capa en un sentido amplio.
Ethereum también puede considerarse como una exploración de mejoras basada en Bitcoin. Vitalik desarrolló un nuevo sistema de blockchain de nueva generación para abordar las deficiencias de Bitcoin (, como el sistema sin cuentas de UTXO, el lenguaje de ejecución no Turing-completo y la mala escalabilidad, entre otras ). Aunque Ethereum no es una construcción de segunda capa directamente sobre Bitcoin, desde un punto de vista amplio, es una exploración de construcción basada en cadenas.
La exploración de las mejoras insuficientes de Ethereum en comparación con Bitcoin, así como el desarrollo y la verificación de la segunda capa de Ethereum, proporcionan una referencia para el desarrollo de la red de segunda capa basada en cadena de Bitcoin. Variadas soluciones de Rollup, soluciones entre cadenas, tecnologías de canales de mensajería y la tecnología de fragmentación de Ethereum han impulsado el florecimiento del ecosistema tecnológico de Ethereum.
La construcción de segunda capa basada en la cadena en Bitcoin incluye principalmente dos tipos típicos de cadenas: una es el modelo de cuenta compatible con EVM, y la otra es el modelo UTXO similar a Bitcoin. Los casos existentes ( incluyen: Ethereum, Polygon, Bsc, Arbitrum, etc., que son el modelo de cuenta de EVM, mientras que CKB ) Nervos ( y Chia son modelos UTXO.
Además, los proyectos de segunda capa que ya han tenido éxito en Ethereum también se unirán a la construcción de la segunda capa de Bitcoin. Para estos proyectos, el trabajo y los desafíos de transformarse en una segunda capa de Bitcoin serán relativamente pequeños. Dada la madurez y el desarrollo modular del rollup de Ethereum, esta forma de construcción de segunda capa podría convertirse en la corriente principal de la discusión sobre la escalabilidad, y también es la solución que genera resultados más rápidamente.
Ventajas y desventajas de la construcción de segunda capa basada en la cadena:
Ventajas:
Desventajas:
![Un resumen de la estructura de conocimientos básicos de la red de segunda capa de Bitcoin])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-aacf9b18cc5ef94cda4d153a96836ffe.webp(
)# 2.2 Construcción de la segunda capa basada en sistemas distribuidos
Algunas construcciones de segunda capa se basan en sistemas distribuidos, cuya estructura y marco ya no son estructuras de blockchain, sino sistemas distribuidos basados en canales. La red Lightning es un representante típico.
Un sistema distribuido está compuesto por un número limitado de procesos y canales (Channel). Para transmitir mensajes, es necesario controlar los datos, eventos y canales, lo que ya es un problema bastante complejo. Aquí, el canal (Channel) se refiere al concepto de canal de nivel superior, como los canales de pago en la red Lightning y los canales de mensajes en Nostr, y no al concepto de canal de nivel inferior en una red distribuida.
La construcción de la segunda capa basada en distribuido se divide en dos categorías:
###1( solo completa la transferencia de valor, como la red Lightning;
)2( tanto completa la transferencia de valor como realiza tecnología Turing completa, como RGB.
La construcción de la segunda capa basada en distribuciones enfrenta muchas dificultades que van más allá de la simple transmisión de mensajes, como la capacidad total de valor dentro del canal, la rigurosidad de las transacciones y la prevención del doble gasto. Por lo tanto, el desarrollo de este tipo de construcción de segunda capa es lento y hay pocos casos maduros.
Implementar computación Turing completa en una segunda capa como esta, es decir, establecer un sistema de máquina virtual Turing completa sobre el Canal, es aún más difícil. Por ejemplo, el protocolo RGB logra computación Turing completa en sistemas distribuidos mediante la verificación del cliente y el sellado de una sola vez.
Los casos de construcción de segunda capa basados en sistemas distribuidos en Bitcoin incluyen: Lightning Network, RGB, etc. Según los estándares amplios de construcción de segunda capa, ¿Nostr también pertenece a la construcción de segunda capa de sistemas distribuidos con mecanismo de Channel? Los casos de uso de Channel en Ethereum como Connext, Raiden, Perun, pueden ser direcciones para una investigación más profunda.
Ventajas y desventajas de la construcción de la segunda capa basada en sistemas distribuidos:
Ventajas:
Desventajas:
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)# 2.3 Construcción de segunda capa basada en sistemas centralizados
Estructuras de índice centralizadas como Ordinals, o los indexadores de ciertos nodos funcionales, son estructuras centralizadas y también representan un enfoque de construcción de segunda capa. Este método es menos reconocido porque la segunda capa es demasiado centralizada, limitando la expansión de la red de primera capa. La construcción de segunda capa basada en estructuras centralizadas depende de las características fundamentales de varias blockchains de la red de primera capa, y la segunda capa solo sirve para funciones simples de cálculo y estadísticas, pareciendo prescindible y fácilmente reemplazable en cualquier momento. Sin embargo, desde la perspectiva On-Chain y Off-Chain, así como desde el ángulo de mejorar la capacidad de la red de primera capa, esta estructura centralizada también representa una expansión de segunda capa.
Además de Ordinals, los intercambios centralizados también se pueden considerar como este tipo de casos.
Ventajas y desventajas de la construcción de segunda capa basada en sistemas centralizados:
Ventajas: