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Réseau de deuxième couche Bitcoin : trois grandes idées de construction et défis techniques pour l'expansion
Système de connaissances de base sur les réseaux de deuxième couche Bitcoin
L'émergence des inscriptions Bitcoin a insufflé une nouvelle vitalité à l'écosystème Bitcoin, suscitant un regain d'intérêt pour Bitcoin. Certains estiment que cela a ouvert la boîte de Pandore de l'écosystème Bitcoin. Parmi les nombreux développements technologiques de l'écosystème Bitcoin, la construction de la couche deux est cruciale. Cet article vise à résumer les connaissances de base sur la couche deux de Bitcoin, dans l'espoir de jeter les bases d'un développement supplémentaire dans ce domaine.
Le monde de la blockchain a commencé avec Bitcoin et se termine par l'écosystème Bitcoin. Ethereum peut également être considéré comme une exploration d'une technologie de sidechain de Bitcoin.
Dans cet article, "construction de la couche 2" et "construction du réseau de la couche 2" peuvent être utilisés de manière interchangeable, la seconde étant généralement plus restrictive et la première plus large. Cependant, afin de rester en accord avec les termes couramment utilisés dans l'industrie, nous utiliserons également le concept de "construction du réseau de la couche 2".
1. La mission de Layer2
Pour comprendre les problèmes fondamentaux que la construction de la deuxième couche de Bitcoin doit résoudre, commençons par les caractéristiques de base du système blockchain.
1.1 Les caractéristiques fondamentales et les besoins de la blockchain
Nous adoptons le concept proposé par Vitalik : la blockchain est un "ordinateur mondial". Comprendre les diverses caractéristiques de la blockchain sous cet angle sera plus clair. Plus tard, nous analyserons également les possibilités de développement de cet "ordinateur mondial" en nous basant sur la structure de von Neumann.
Les caractéristiques fondamentales de la blockchain incluent :
Ouvert et transparent : C'est une caractéristique du stockage de données et de l'exécution des instructions de cette "machine mondiale" qu'est la blockchain, ainsi qu'un besoin interne qui nécessite la participation conjointe de nombreux nœuds distribués à l'échelle mondiale. Cette caractéristique satisfait le droit à l'information des utilisateurs sur les données, et est le résultat commun des exigences internes de collaboration de cette "machine mondiale" et des besoins externes des utilisateurs.
Décentralisation : C'est une caractéristique architecturale de cet "ordinateur mondial". Le degré de décentralisation et la tolérance aux pannes sont théoriquement soutenus par le théorème des généraux byzantins. Le degré de décentralisation est un indicateur important de la sécurité de la blockchain et constitue également la base de certaines caractéristiques.
Sécurité : La sécurité est le résultat d'une combinaison des besoins internes générés par les caractéristiques architecturales de cet "ordinateur mondial" et des besoins externes des utilisateurs. À un niveau microscopique, elle est garantie par des technologies cryptographiques, et à un niveau macroscopique, elle est assurée par la décentralisation de l'architecture.
Capacité de calcul : L'une des principales fonctions de cet ordinateur mondial qu'est la blockchain est la capacité de calcul. Elle est généralement mesurée par la complétude de Turing. Certaines chaînes, pour maintenir leurs caractéristiques principales, sont intentionnellement conçues comme non complètes de Turing.
Performance : Dans le cas où la puissance de calcul est identique, la performance est une autre capacité principale à évaluer dans le monde des ordinateurs blockchain. Elle est généralement mesurée par le nombre de transactions traitées par seconde, soit TPS(.
Stockage : La blockchain en tant que "ordinateur mondial" doit nécessairement posséder une fonction de stockage, c'est-à-dire la capacité d'enregistrer des données. Actuellement, la plupart des données sont stockées dans des blocs, tandis que le stockage sur des chaînes externes de blocs plus spécialisées est encore en développement.
Confidentialité : La confidentialité est une demande segmentée dans le "ordinateur mondial", c'est-à-dire la nécessité de maintenir la portée des droits des producteurs et des utilisateurs de données pendant le processus de calcul et de stockage. Cela est principalement motivé par les besoins externes des utilisateurs.
Ces caractéristiques fondamentales de la blockchain sont principalement limitées par le triangle impossible, comme la conjecture DSS : la décentralisation )Decentralization(, la sécurité )Security( et la scalabilité )Scalability( ne peuvent pas être optimisées simultanément.
![Une explication des bases du réseau de deuxième couche de Bitcoin])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-afec9afaa32c50371c97fef06f76acca.webp(
)# 1.2 Le rôle de la construction de la couche deux
Le rôle de la construction de la couche deux est d'étendre les insuffisances du système de couche une et de réaliser des fonctionnalités impossibles à atteindre par le système de couche une. Plus précisément, la construction de la couche deux doit élargir ces capacités fondamentales : transparence publique, décentralisation, sécurité, capacité de calcul, performance ###, débit (, stockage, confidentialité et autres. En plus de l'aspect technique, il est également nécessaire de résoudre un problème économique important : réduire les coûts.
En résumé, la construction de la couche deux est une solution conçue pour augmenter la capacité, réduire les coûts et personnaliser les caractéristiques dans ces trois dimensions.
Dans la construction de la couche 2, les capacités fondamentales de la blockchain seront compromises, ce qui pourrait entraîner une réduction voire un abandon de certaines caractéristiques, en échange d'une amélioration significative d'autres caractéristiques. Par exemple, certaines couches 2 réduisent le degré de décentralisation et la sécurité pour améliorer les performances ; certaines modifient la structure du système et le mode de règlement pour augmenter le débit. D'autres renforcent une certaine caractéristique sans réduire les caractéristiques fondamentales, comme RGB qui augmente la confidentialité et la résistance à la censure, mais qui augmente également la difficulté de mise en œuvre technique.
)# 1.3 Pourquoi faire une conception en couches?
La conception en couches est une méthode courante pour traiter des systèmes complexes. Elle consiste à diviser le système en plusieurs niveaux et à définir les relations et les fonctions entre ces niveaux, afin d'atteindre la modularité, la maintenabilité et l'évolutivité du système, ce qui améliore l'efficacité et la fiabilité de la conception du système.
Pour un vaste système de protocoles, l'utilisation d'une conception en couches présente des avantages évidents : elle facilite la compréhension, la répartition des tâches et l'amélioration modulaire. Comme dans le modèle en sept couches ISO/OSI des réseaux informatiques, mais dans la mise en œuvre concrète, certaines couches peuvent être combinées, comme dans le protocole à quatre couches TCP/IP.
Les avantages de la conception en couches comprennent :
![Une explication des bases du réseau de deuxième couche de Bitcoin]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad899d00cda3df50aead693947e770bc.webp(
) 2. Quelques idées de construction pour le Layer2 de Bitcoin
Les constructions de deuxième couche du Bitcoin se divisent principalement en trois voies :
###1( Une route d'expansion basée sur la chaîne, similaire à la deuxième couche EVM, est une structure de blockchain;
)2( Basé sur une structure distribuée, représentée par le réseau Lightning, est une structure distribuée;
)3( La route basée sur un système centralisé, représentée par un index centralisé, est une structure centralisée.
Les deux premières méthodes ont déjà fait l'objet de certaines applications et explorations concrètes. La première méthode est relativement plus facile à réaliser grâce au développement florissant d'Ethereum et aux explorations d'autres chaînes imitant Bitcoin. La deuxième méthode, basée sur la distribution, est généralement plus difficile et se développe plus lentement, représentée par le réseau Lightning. La troisième méthode est plus controversée, elle ne semble pas être une construction de deuxième couche, mais semble avoir accompli les fonctions d'une construction de deuxième couche.
Nous pouvons utiliser la valeur totale des fonds verrouillés ) TVL ( comme critère de mesure, plus le TVL est élevé, meilleur est le protocole de couche 2. Avec le temps et l'évolution technologique, les solutions optimales continueront de changer.
Pour les réseaux de deuxième couche de Bitcoin, tant qu'ils s'appuient sur le réseau Bitcoin, établissent des liens techniques et que certaines caractéristiques sont supérieures à celles du réseau de première couche de Bitcoin, ils peuvent être considérés comme une construction de réseau de deuxième couche de Bitcoin. En d'autres termes, les systèmes qui consomment des BTC comme gas, utilisant le BTC comme actif sous-jacent pour étendre les performances de Bitcoin, sont tous considérés comme une construction de deuxième couche.
![Un aperçu des connaissances de base sur le réseau de deuxième couche de Bitcoin])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-086a074fde8e4b3baab62f0dd9a0726c.webp(
)# 2.1 Construction de la deuxième couche basée sur la chaîne
Les chaînes de blocs imitant le Bitcoin dans les premières phases ont réalisé diverses explorations, telles que "Colorcoin"###, les jetons colorés(, "CovertCoins" et "MasterCoin" ; diverses chaînes de forks du Bitcoin pour l'augmentation de la capacité, telles que BCH)Bitcoin Cash(, BSV)Bitcoin SV(, BTG)Bitcoin Gold( ; diverses technologies de chaînes latérales sont basées sur des cas de construction d'extension de chaînes, pouvant être considérées comme une couche deux au sens large.
Ethereum peut également être considéré comme une exploration d'amélioration basée sur Bitcoin. Vitalik a développé un nouveau système de blockchain de nouvelle génération en réponse aux insuffisances de Bitcoin ) telles que le système sans compte UTXO, le langage d'exécution non Turing-complet, la mauvaise évolutivité, etc. Bien qu'Ethereum ne soit pas une construction de deuxième couche directement sur Bitcoin, il s'agit d'une exploration de construction basée sur la chaîne au sens large.
Exploration des améliorations insuffisantes d'Ethereum par rapport à Bitcoin, ainsi que le développement et la validation des solutions de deuxième couche d'Ethereum, fournissent des références pour le développement des réseaux de deuxième couche basés sur la chaîne de Bitcoin. Diverses solutions Rollup, solutions inter-chaînes, technologies de canaux de communication, ainsi que la technologie de fragmentation d'Ethereum, ont favorisé le développement florissant de l'écosystème technologique d'Ethereum.
La construction de la seconde couche basée sur la chaîne dans Bitcoin comprend principalement deux types de chaînes typiques : l'un est le modèle de compte compatible avec l'EVM, l'autre est le modèle UTXO similaire à Bitcoin. Les cas existants ( définissent largement la seconde couche ), y compris : Ethereum, Polygon, Bsc, Arbitrum, etc., qui sont des modèles de compte EVM, tandis que CKB ( Nervos ) et Chia sont des modèles UTXO.
De plus, les projets de deuxième couche qui ont déjà réussi sur Ethereum rejoindront également la construction de la deuxième couche de Bitcoin. Pour ces projets, le travail et les défis liés à la transformation en deuxième couche de Bitcoin seront relativement moindres. En raison de la maturité et du développement modulaire des rollups basés sur Ethereum, cette approche de construction de deuxième couche pourrait devenir la norme dans les discussions sur l'extension, et c'est également la solution qui produit des résultats les plus rapides.
Avantages et inconvénients de la construction de deuxième couche basée sur la chaîne :
Avantages:
Inconvénients :
(# 2.2 Construction de la deuxième couche basée sur un système distribué
Certaines constructions de deuxième couche sont basées sur des systèmes distribués, dont la structure et le cadre ne sont plus des structures de blockchain, mais des systèmes distribués basés sur des canaux. Le Lightning Network en est un exemple typique.
Un système distribué est composé de processus et de canaux limités. Pour transmettre des messages, il est nécessaire de contrôler les données, les événements et les canaux, ce qui est déjà un problème complexe. Ici, le terme Channel fait référence au concept de canaux supérieurs, tels que les canaux de paiement dans le réseau Lightning et les canaux de messages dans Nostr, et non au concept de Channel de bas niveau dans un réseau distribué.
La construction de la couche 2 basée sur la distribution se divise en deux catégories :
)1### ne complète que la transmission de valeur, comme le réseau Lightning;
(2) a à la fois réalisé le transfert de valeur et accompli une technologie Turing-complete, comme RGB.
La construction de la couche deux basée sur la distribution, en raison de son implication dans le transfert de valeur, fait face à de nombreuses difficultés qui vont au-delà de la simple transmission de messages, telles que la capacité totale de valeur dans le canal, la rigueur des transactions et la prévention de la consommation secondaire, etc. Par conséquent, le développement de ce type de construction de couche deux est relativement lent, et il y a peu de cas matures.
Il est encore plus difficile d'implémenter un calcul Turing-complet sur une telle couche de deuxième niveau, c'est-à-dire d'établir un système de machine virtuelle Turing-complet sur le Channel. Par exemple, le protocole RGB réalise un calcul Turing-complet sur un système distribué grâce à la validation par le client et à l'usage de scellés uniques.
Les cas de construction de deuxième couche basés sur des systèmes distribués dans Bitcoin incluent : le réseau Lightning, RGB, etc. Selon la norme de construction de deuxième couche au sens large, Nostr appartient-il également à la construction de deuxième couche des systèmes distribués basés sur le mécanisme Channel ? Les exemples d'utilisation de Channel dans Ethereum incluent Connext, Raiden, Perun, qui peuvent servir de direction pour une recherche approfondie.
Avantages et inconvénients de la construction de la couche deux basée sur des systèmes distribués :
Avantages :
Inconvénients:
(# 2.3 Construction de la deuxième couche basée sur un système centralisé
Des structures d'indexation centralisées comme Ordinals, ou des indexeurs de certains nœuds fonctionnels, sont également des structures centralisées, représentant une approche de construction de deuxième couche. Cette méthode est rarement reconnue, car la deuxième couche est trop centralisée et limite l'expansion du réseau de première couche. La construction de deuxième couche basée sur des structures centralisées dépend de diverses caractéristiques fondamentales de la blockchain qui reposent sur le réseau de première couche, la deuxième couche n'étant qu'une simple fonction de calcul et de statistique, semblant donc superflue et pouvant être remplacée à tout moment. Cependant, du point de vue On-Chain et Off-Chain, ainsi que pour améliorer les capacités du réseau de première couche, cette structure centralisée constitue également une forme d'expansion de deuxième couche.
À part les Ordinals, les échanges centralisés peuvent également être considérés comme ce type de cas.
Avantages et inconvénients de la construction de deuxième couche basée sur un système centralisé :
Avantages :