Analisis Kedalaman Ekspansi off-chain

1. Kebutuhan untuk Memperbesar Kapasitas

Visi masa depan blockchain adalah desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas. Namun, biasanya hanya dua dari tiga ini yang dapat dicapai, yang dikenal sebagai masalah segitiga ketidakmungkinan dalam blockchain. Selama bertahun-tahun, orang-orang telah menjelajahi bagaimana menyelesaikan tantangan ini, yaitu bagaimana meningkatkan throughput dan kecepatan transaksi blockchain tanpa mengorbankan desentralisasi dan keamanan, yang berarti menyelesaikan masalah skalabilitas, adalah salah satu topik hangat dalam proses perkembangan blockchain saat ini.

Definisi desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas blockchain:

• Desentralisasi: Siapa pun dapat menjadi node untuk berpartisipasi dalam produksi dan verifikasi sistem blockchain, semakin banyak jumlah node, semakin tinggi tingkat desentralisasi, memastikan jaringan tidak dikendalikan oleh kelompok kecil.

• Keamanan: Semakin tinggi biaya yang dikeluarkan untuk menguasai sistem blockchain, semakin tinggi tingkat keamanannya, dan rantai dapat menahan serangan dari proporsi peserta yang lebih besar.

• Skalabilitas: kemampuan blockchain untuk memproses sejumlah besar transaksi.

Fork besar pertama di jaringan Bitcoin berasal dari masalah skalabilitas. Seiring dengan meningkatnya jumlah pengguna dan volume transaksi Bitcoin, jaringan dengan batas maksimum 1MB per blok mulai menghadapi kemacetan; sejak tahun 2015, komunitas Bitcoin telah memiliki perbedaan pendapat mengenai masalah skalabilitas, satu pihak mendukung perluasan blok, sementara pihak lain berpendapat seharusnya menggunakan solusi Segwit untuk mengoptimalkan struktur rantai utama. Pada 1 Agustus 2017, pihak yang mendukung perluasan blok secara mandiri menjalankan klien baru, yang mengakibatkan fork besar pertama dalam sejarah Bitcoin, melahirkan jenis koin baru BCH.

Demikian pula, jaringan Ethereum juga memilih untuk mengorbankan sebagian dari skalabilitas untuk memastikan keamanan dan desentralisasi jaringan. Meskipun tidak seperti jaringan Bitcoin yang membatasi ukuran blok, tetapi secara tidak langsung menetapkan batas atas biaya bahan bakar yang dapat ditampung dalam satu blok, tujuannya adalah untuk mencapai Konsensus Tanpa Kepercayaan dan memastikan distribusi node yang luas.

Sejak munculnya CryptoKitties pada tahun 2017, musim DeFi, hingga kemudian kebangkitan aplikasi on-chain seperti GameFi dan NFT, permintaan pasar untuk throughput terus meningkat. Namun, bahkan Ethereum yang Turing-complete hanya dapat memproses 15-45 transaksi per detik (TPS), yang mengakibatkan peningkatan biaya transaksi, waktu penyelesaian yang lebih lama, dan sebagian besar Dapps sulit untuk menanggung biaya operasional. Seluruh jaringan menjadi lambat dan mahal bagi pengguna, sehingga masalah skalabilitas blockchain perlu segera diatasi. Solusi skalabilitas yang ideal adalah: meningkatkan kecepatan transaksi dan throughput jaringan blockchain sebanyak mungkin tanpa mengorbankan desentralisasi dan keamanan.

2. Kategori Rencana Perluasan

Berdasarkan "apakah mengubah satu lapisan mainnet" sebagai standar, solusi skalabilitas dapat dibagi menjadi dua kategori besar: skalabilitas on-chain dan skalabilitas off-chain.

2.1 ekspansi on-chain

Konsep Inti: Solusi untuk mencapai efek ekspansi dengan mengubah satu lapisan protokol jaringan utama, saat ini solusi utama adalah sharding.

Ada berbagai solusi untuk skalabilitas on-chain, artikel ini tidak akan membahasnya secara mendalam, hanya akan mencantumkan dua di antaranya:

• Opsi satu adalah memperluas ruang blok, yaitu menambah jumlah transaksi yang dikemas dalam setiap blok, tetapi akan meningkatkan tuntutan pada perangkat node berkinerja tinggi, meningkatkan ambang batas untuk bergabung sebagai node, dan mengurangi tingkat "desentralisasi".

• Skema kedua adalah sharding, membagi buku besar blockchain menjadi beberapa bagian, bukan setiap node yang terlibat dalam semua pencatatan, melainkan setiap shard atau node yang berbeda bertanggung jawab atas pencatatan yang berbeda, perhitungan paralel dapat memproses beberapa transaksi secara bersamaan; ini dapat mengurangi tekanan komputasi pada node dan ambang batas untuk bergabung, meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi dan tingkat desentralisasi; tetapi berarti daya komputasi di seluruh jaringan terdistribusi, yang akan mengurangi "keamanan" seluruh jaringan.

Mengubah kode protokol mainnet lapisan mungkin menyebabkan dampak negatif yang sulit diprediksi, setiap celah keamanan kecil di lapisan dasar dapat mengancam keamanan seluruh jaringan secara serius, jaringan mungkin terpaksa melakukan fork atau menghentikan perbaikan upgrade.

2.2 off-chain ekspansi

Konsep Inti: Solusi skalabilitas yang tidak mengubah protokol jaringan utama lapisan satu yang ada.

Rencana ekspansi off-chain dapat dibagi menjadi Layer2 dan rencana lainnya:

Layer2:

• Saluran Negara
• Plasma
• Rollups
  • Optimistic Rollups
  • ZK Rollups

Lainnya:

• Sidechains
• Validium

3. Solusi Kedalaman off-chain

3.1 Saluran Negara

3.1.1 Ringkasan

Saluran status mengatur bahwa pengguna hanya perlu berinteraksi dengan jaringan utama saat saluran dibuka, ditutup, atau menyelesaikan sengketa. Interaksi antara pengguna dilakukan off-chain untuk mengurangi waktu dan biaya transaksi, serta untuk mencapai jumlah transaksi yang tidak terbatas.

Saluran status adalah protokol P2P sederhana, cocok untuk "aplikasi berbasis giliran", seperti permainan catur dua orang. Setiap saluran dikelola oleh kontrak pintar multi-tanda tangan yang berjalan di jaringan utama, yang mengontrol aset yang disimpan dalam saluran, memverifikasi pembaruan status, dan mengadili sengketa antara peserta ( berdasarkan bukti penipuan yang dilengkapi dengan tanda tangan dan cap waktu ). Setelah peserta menerapkan kontrak di jaringan, mereka menyetorkan dana dan menguncinya, setelah kedua belah pihak menandatangani konfirmasi, saluran resmi dibuka. Saluran memungkinkan peserta melakukan transaksi off-chain gratis tanpa batasan jumlah ( selama nilai bersih transfer tidak melebihi total token yang disetorkan ). Peserta secara bergiliran mengirimkan pembaruan status kepada satu sama lain, menunggu konfirmasi tanda tangan dari pihak lain. Setelah pihak lain menandatangani konfirmasi, pembaruan status ini dianggap selesai. Dalam keadaan normal, pembaruan status yang disetujui oleh kedua belah pihak tidak akan diunggah ke jaringan utama, hanya ketika terjadi sengketa atau saluran ditutup, barulah akan bergantung pada konfirmasi jaringan utama. Saat menutup saluran, salah satu peserta dapat mengajukan permintaan transaksi di jaringan utama, jika mendapatkan persetujuan tanda tangan bulat dari semua pihak, maka akan segera dieksekusi di on-chain, yaitu kontrak akan mendistribusikan sisa dana terkunci berdasarkan saldo masing-masing peserta pada status akhir saluran; jika peserta lain tidak menandatangani persetujuan, maka semua orang harus menunggu "periode tantangan" berakhir untuk menerima sisa dana.

Singkatnya, skema saluran status dapat secara signifikan mengurangi jumlah perhitungan di jaringan utama, meningkatkan kecepatan transaksi, dan menurunkan biaya transaksi.

3.1.2 Garis Waktu

• 2015/02, Joseph Poon dan Thaddeus Dryja menerbitkan draf whitepaper jaringan Lightning.

• 2015/11, Jeff Coleman pertama kali merangkum secara sistematis konsep State Channel, dan mengemukakan bahwa Payment Channel Bitcoin adalah sub-kasus dari konsep State Channel.

• 2016/01, Joseph Poon dan Thaddeus Dryja secara resmi menerbitkan makalah putih "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments" yang mengusulkan solusi skalabilitas jaringan bitcoin, Payment Channel (, yang hanya digunakan untuk menangani pembayaran transfer di jaringan bitcoin.

• 2017/11, spesifikasi desain pertama untuk State Channel yang berbasis pada kerangka Payment Channel, Sprites, diusulkan.

• 2018/06, Counterfactual mengusulkan desain Generalized State Channels yang rinci, ini adalah desain pertama yang sepenuhnya terkait dengan saluran status.

• 2018/10, artikel Generalised State Channel Networks mengusulkan konsep State Channel Networks dan Virtual Channels.

• 2019/02, konsep saluran status diperluas ke Saluran N-Pihak, Nitro adalah protokol pertama yang dibangun berdasarkan ide tersebut.

• 2019/10, Pisa memperluas konsep Watchtowers untuk mengatasi masalah semua peserta yang perlu tetap online.

• 2020/03, Hydra mengusulkan Fast Isomorphic Channels.

)# 3.1.3 Prinsip Teknologi

Proses kerja tradisional di blockchain: Alice dan Bob berinteraksi dengan kontrak pintar yang dikerahkan di mainnet, pengguna mengubah status kontrak pintar dengan mengirimkan transaksi ke blockchain. Kekurangan adalah akan menimbulkan masalah waktu dan biaya yang telah dibahas sebelumnya.

Sebagian besar alur kerja umum yang diikuti oleh protokol saluran status: Dalam kasus optimis, Alice dan Bob perlu melakukan operasi yang sama seperti sebelumnya, tetapi kali ini menggunakan saluran status, tanpa berinteraksi dengan kontrak di on-chain.

• Langkah pertama, Alice dan Bob menyetor dana dari EOA pribadi mereka ke alamat kontrak on-chain, dana ini dikunci dalam kontrak sampai ditarik kembali oleh pengguna saat saluran ditutup; setelah kedua pihak menandatangani, saluran status antara keduanya resmi dibuka.

• Langkah kedua, Alice dan Bob secara teoritis dapat melakukan transaksi tak terbatas di luar rantai melalui saluran tersebut, peserta berkomunikasi satu sama lain melalui pesan tanda tangan terenkripsi ### dan bukan berkomunikasi dengan jaringan blockchain (. Kedua pengguna harus menandatangani setiap transaksi untuk mencegah penipuan ganda. Melalui pesan-pesan ini, mereka mengajukan pembaruan status akun mereka sendiri dan menerima pembaruan status yang diajukan oleh pihak lain.

• Langkah ketiga, jika Alice ingin menutup saluran dan mengakhiri transaksi dengan Bob, Alice harus menyerahkan status akhir akun miliknya kepada kontrak. Jika Bob menyetujui dengan tanda tangan, kontrak akan mengeluarkan dan mengembalikan dana yang terkunci sesuai dengan status akhir kepada pengguna yang bersangkutan. Jika Bob tidak memberi respons terhadap tanda tangan, kontrak akan mengeluarkan dan mengembalikan dana yang terkunci kepada pengguna yang bersangkutan setelah periode tantangan berakhir.

Alur kerja saluran status dalam situasi pesimis: Pada awalnya, dua peserta menyetor dana, kemudian mulai bertukar pembaruan status. Misalkan pada suatu titik waktu, Bob tidak merespons tanda tangan pembaruan status yang dikirimkan Alice dalam putaran tersebut, pada saat ini, Alice dapat memulai tantangan dengan mengajukan status terakhirnya yang valid kepada kontrak, status valid ini juga mencakup tanda tangan sebelumnya dari Bob, sehingga membuktikan bahwa transaksi terakhir telah disetujui oleh Bob dan status akhir telah dikonfirmasi oleh Bob. Kemudian, kontrak memungkinkan Bob untuk merespons dalam jangka waktu tertentu dengan menyerahkan status berikutnya kepada kontrak; jika Bob merespons, maka kedua belah pihak dapat terus berdagang di dalam saluran status; jika Bob tidak merespons dalam jangka waktu tersebut, maka kontrak secara otomatis menutup saluran status dan mengembalikan dana kepada Alice.

![Laporan penelitian mendalam: Analisis menyeluruh tentang ekspansi off-chain])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(

)# 3.1.4 Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan:

• Konfirmasi transaksi instan
• Biaya transaksi yang sangat rendah
• Skalabilitas baik, secara teoritis TPS tak terbatas
• Privasi yang baik, hanya status akhir yang on-chain
• Pembaruan status yang fleksibel

Kekurangan:

• Perlu mengunci dana terlebih dahulu
• Peserta harus terus memantau secara online
• Perlu menunggu periode tantangan saat saluran ditutup
• Membangun saluran multi-pihak itu rumit
• Tidak cocok untuk transfer nilai dalam skala besar

![Laporan Riset Kedalaman: Analisis Komprehensif tentang Ekspansi off-chain]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-815c5eb2bdba725e04eebe67b22d42aa.webp(

)# 3.1.5 Aplikasi

Jaringan Lightning Bitcoin:

Ringkasan: Jaringan Lightning adalah saluran pembayaran kecil di jaringan Bitcoin, evolusi teknologi keseluruhan meliputi: saluran pembayaran satu arah dibangun dengan multi-tanda tangan 2/2, setelah menambahkan RSMC dapat membangun saluran pembayaran dua arah, setelah menambahkan HTLC dapat menghubungkan saluran pembayaran untuk memperluas ke pembayaran multi-pihak, akhirnya membangun jaringan pembayaran yaitu Jaringan Lightning. Melalui saluran pembayaran kecil off-chain, kemudian dengan bantuan perantara membentuk jaringan transaksi, dapat menyelesaikan masalah perluasan jaringan Bitcoin. Penggunaan Jaringan Lightning mengikuti proses "setoran ### membangun saluran (→transaksi Jaringan Lightning ) memperbarui status saluran (→pengembalian dana/penyelesaian ) mengakhiri saluran ("; secara teori dapat memproses satu juta transaksi per detik.

Garis waktu:

• Februari 2015, Joseph Poon dan Thaddeus Dryja menerbitkan draf whitepaper jaringan Lightning
• Versi resmi whitepaper dirilis pada Januari 2016 dan mendirikan Lightning Labs
• Pada 15 Maret 2018, Lightning Labs merilis versi pertama dari jaringan Lightning mainnet Lightning Network Daemon )LND( versi 0.4
• Pada awal tahun 2021, kapasitas publik jaringan Lightning )TVL( sekitar 40 juta dolar AS, dengan sekitar 100.000 pengguna menggunakan.
• Pada bulan Juni 2021, El Salvador mengumumkan adopsi Bitcoin sebagai mata uang resmi, dan pada bulan September meluncurkan dompet Chivo yang berbasis pada jaringan Lightning.
• Pada tahun 2022, Cash App dan 26 platform perdagangan cryptocurrency termasuk OKX, Kraken, Bitfinex mengumumkan dukungan untuk jaringan Lightning, memungkinkan fungsi setoran dan penarikan BTC yang instan dan murah.
• Oktober 2022, Lightning Labs merilis protokol baru Taro protocol) versi alpha( yang berbasis Taproot, saat ini sedang diuji di testnet, dan di masa depan akan digunakan untuk mencetak, mengirim, dan menerima aset di jaringan Bitcoin, serta melakukan transaksi instan, berkapasitas besar, dan biaya rendah melalui jaringan Lightning.
• 23 November 2022, menurut 1ml.com, jaringan Lightning memiliki total 76.236 saluran pembayaran, dana saluran 5049 $BTC)$81.8M(

Ekosistem perkembangan: Ekosistem jaringan BTC Lightning dari bawah ke atas terdiri dari: jaringan BTC sebagai lapisan dasar -- infrastruktur inti -- berbagai Dapps.

Infrastruktur inti mencakup:

• Solusi jaringan Lightning: individu dan perusahaan dapat menjalankan, terhubung ke