Государственные каналы

Концепция и функциональность

Каналы состояний - это решение 2-го уровня масштабирования, которое позволяет осуществлять безопасные и эффективные внецепочечные транзакции между ограниченным числом участников, обычно двумя. Платежные каналы, такие как Lightning Network для Bitcoin, являются популярными примерами государственных каналов, разработанных специально для обмена деньгами.

Подробнее: Что такое сеть Bitcoin Lightning Network?

В Государственном канале участники сначала вносят определенную сумму криптовалюты на цепь, создавая кошелек с несколькими подписями вне блокчейна. До тех пор, пока их балансы остаются неотрицательными, они могут совершать сделки друг с другом напрямую, не привлекая майнеров или главную цепь, посылая обновления состояния в виде [turn_number, amount, signature].

Когда участники хотят закрыть канал, они выполняют "выход", отправляя последнее обновление состояния в главную цепочку, которая проверяет это обновление и передает окончательные балансы обратно сторонам. Для обеспечения безопасности и предотвращения мошеннических выходов существует период вызова, в течение которого другой участник может представить обновление состояния с более высоким turn_number, фактически оспаривая первоначальный выход. Сторожевые вышки могут быть использованы для наблюдения за основной цепочкой на предмет таких попыток.

Каналы состояний могут применяться и к другим типам переходов состояний, таким как игра или выполнение смарт-контракта, при условии, что главная цепочка может подтвердить их корректность. Они предлагают немедленное завершение, низкие комиссии и относительно простую конструкцию, что делает их подходящими для различных случаев использования, таких как платежи и игры.

Примеры использования и примеры

Государственные каналы получили широкое распространение для нескольких вариантов использования, прежде всего, благодаря их мгновенной окончательности, низким комиссионным и эффективным внецепочечным транзакциям. Некоторые из этих вариантов использования включают:

• Платежи: Платежные каналы, такие как Lightning Network Биткойна, являются популярными решениями второго уровня, обеспечивающими быстрые и безопасные внецепочечные транзакции для обмена денег.

• Игры: Государственные каналы могут способствовать безопасным внецепочечным играм, в которых игроки могут передавать друг другу свои ходы в виде транзакций, не взаимодействуя с основной цепочкой.

• Смарт-контракты: Государственные каналы также могут использоваться для выполнения смарт-контрактов вне цепи, снижая нагрузку на основную цепь, сохраняя при этом необходимый уровень безопасности и эффективности.
  Несмотря на многочисленные преимущества, безопасная реализация государственных каналов может оказаться сложной задачей, требующей тщательного внимания к потенциальным крайним случаям и уязвимостям.

Sidechains

Концепция и функциональность

Боковые цепи - это форма решения проблемы масштабирования для сетей blockchain, работающая независимо от основной цепи для улучшения ее производительности. Они имеют свои собственные валидаторы и операторы, а также мосты, позволяющие передавать активы между основной и побочной цепочками. Боковые цепи могут также защелкиваться на основной цепи для предотвращения образования вилок.

Чтобы переместить активы из главной цепи в побочную, участники блокируют свои активы на главной цепи и предоставляют доказательство блокировки на побочной цепи. Чтобы разблокировать активы на главной цепи, они инициируют выход на боковой цепи и предоставляют доказательство выхода, как только оно включается в блок боковой цепи.

Несмотря на использование безопасности основной цепи для предотвращения развилок, побочные цепи уязвимы к атакам недействительного перехода состояния, при которых сговорившиеся валидаторы создают недействительные блоки и крадут средства у других участников. Большинство боковых цепочек разработаны в предположении, что подавляющее большинство валидаторов останутся неповрежденными.

Примеры использования и примеры

Боковые цепи используются для улучшения масштабируемости и эффективности основной цепи, и они могут применяться в различных сценариях, таких как:

• Разгрузка транзакций главной цепи: Боковые цепи могут обрабатывать часть транзакций основной цепи, снижая общую нагрузку на основную цепь и улучшая ее производительность.

• Реализация экспериментальных возможностей: Боковые цепочки могут служить полигоном для тестирования новых возможностей и улучшений, не влияя на стабильность основной цепочки.

• Настраиваемые блокчейн-приложения: Боковые цепочки могут быть адаптированы под конкретные случаи использования или отрасли, что позволяет создавать специализированные блокчейн-приложения, не перегружая основную цепочку.
  Хотя боковые цепи являются одной из форм решения для масштабирования сетей блокчейн, они не считаются решением для масштабирования второго уровня (L2), которое представляет собой особый тип решения для масштабирования, работающего поверх основной цепи.

Несмотря на потенциальные риски безопасности, побочные цепи остаются важной частью экосистемы блокчейн, повышая масштабируемость и гибкость основных цепей.

Роллапы (Оптимистический и ZK-роллапы)

Концепция и функциональность

Роллапы - это решение 2-го уровня масштабирования, которое объединяет или "сворачивает" несколько транзакций в одно доказательство перед отправкой его в основную цепь. Они доступны в двух типах: Оптимистичные роллапы и ZK-роллапы. Оба типа сворачивания увеличивают пропускную способность транзакций и снижают затраты на газ, но они отличаются подходом к проверке и безопасности.

Оптимистичные роллы

Оптимистические сворачивания опираются на систему "оптимистических" предположений, в которой транзакции считаются действительными, пока не доказано обратное. Они используют механизм разрешения споров, называемый "доказательством мошенничества", который позволяет пользователям оспаривать недействительные транзакции. Если транзакция признана недействительной, сворачивание отменяется, и претендент получает вознаграждение.

ZK-Rollups

ZK-роллапы, с другой стороны, используют доказательства с нулевым знанием (zk-SNARK) для обеспечения криптографической уверенности в действительности транзакций до их передачи в основную цепь. Это устраняет необходимость в механизме разрешения споров, поскольку недействительные транзакции не могут быть включены в сворачивание.

Примеры использования и примеры

Свертывание - одно из наиболее перспективных на сегодняшний день решений по масштабированию 2-го уровня благодаря своим свойствам безопасности и эффективности. Некоторые преимущества и примеры использования рулонов включают:

• Улучшенная доступность данных: Свертывание гарантирует, что данные не будут утаиваться, требуя передачи полного блока или состояния в качестве аргумента при создании моментального снимка блока.

• Проверка правильности переходов состояний: Rollups обеспечивают zk-SNARK (для ZK-Rollups) или доказательство мошенничества (для Optimistic Rollups) для подтверждения корректности переходов состояний, предотвращая создание недействительных блоков.

• Никаких вилок: Правило выбора вилки в роллапах всегда отдает предпочтение цепочке, содержащей последний снэпшотированный блок, предотвращая создание вилок.

• Снижение затрат на газ: Свертывание значительно снижает затраты на газ при проверке на цепочке, делая их более эффективными, чем транзакции на цепочке.

• Мгновенные выходы: Если операторы ролл-апа сотрудничают, выходы могут быть выполнены мгновенно, без необходимости проведения игры на выход.

Примеры реализации свертывания

Optimism - это популярная реализация Optimistic Rollup в сети Ethereum, предназначенная для масштабирования смарт-контрактов и децентрализованных приложений (dApps).

zkSync - это решение ZK-Rollup для Ethereum, которое фокусируется на обеспечении недорогой, быстрой и безопасной передачи токенов.

Плазма

Концепция и функциональность

В 2017 году Джозеф Пун и Виталик Бутерин впервые предложили Plasma в качестве решения для масштабирования второго уровня. Она создает дерево дочерних цепочек, укорененных в главной цепочке, причем каждая дочерняя цепочка функционирует как отдельный блокчейн, который может обрабатывать транзакции независимо. Это разгружает обработку от основной цепи, увеличивая общую пропускную способность. Активы могут передаваться между главной и дочерними цепочками через систему смарт-контрактов.

Плазменные цепочки полагаются на комбинацию деревьев Меркле и доказательств мошенничества для обеспечения безопасности и целостности транзакций вне цепочки. Плазменные конструкции можно классифицировать на несколько типов, таких как минимально жизнеспособная плазма (MVP), плазма-касса, плазма-дебет и более жизнеспособная плазма (MoreVP). Каждый тип предлагает различные компромиссы в плане безопасности, эффективности и удобства использования, удовлетворяя конкретные случаи использования и требования приложений.

Преимущества плазмы

• Масштабируемость: Плазменные цепочки могут обрабатывать большое количество транзакций независимо от основной цепочки, значительно увеличивая общую пропускную способность.

• Снижение комиссии за транзакции: Передача транзакций цепочкам Plasma может снизить комиссии, связанные с транзакциями на цепочке.

• Настраиваемость: Каждая цепочка Plasma может иметь свой собственный механизм консенсуса и правила, что позволяет создавать индивидуальные решения для конкретных случаев использования.

• Безопасность: Плазменные цепочки наследуют безопасность основной цепочки, используя при этом доказательства мошенничества для обеспечения целостности транзакций вне цепочки.

Примеры использования и примеры

Плазма обладает рядом преимуществ, что делает ее подходящей для различных случаев использования:

• Децентрализованные биржи (DEX): Плазма может быть использована для создания децентрализованных бирж с высокой пропускной способностью и низкой задержкой без перегрузки основной цепи.

• Гейминг и НФТ: Плазменные цепочки могут поддерживать масштабируемые и эффективные игровые платформы и рынки нефункционирующих токенов (НФТ).

• IoT и цепочки поставок: Плазма может обеспечить обработку данных в реальном времени и отслеживание активов в сложных экосистемах цепочек поставок.
  Примеры реализаций Plasma

• OMG Network (ранее OmiseGo): Решение для масштабирования Ethereum на базе Plasma, ориентированное на обеспечение быстрых и недорогих переводов токенов и децентрализованных обменных функций.

• Matic Network (теперь Polygon): Основанный на Plasma сайдчейн для Ethereum, который предоставляет платформу для создания масштабируемых и эффективных dApps. С тех пор Polygon превратился в решение для многоцепочечного масштабирования, которое также поддерживает другие техники уровня 2, такие как ZK-Rollups и Optimistic Rollups.