Een korte introductie van State Channel-technologie

Staatskanaaltechnologie wordt gebruikt om transacties en statusupdates off-chain uit te voeren. Hoewel het een off-chain technologie is, zijn de interne transacties sterk beveiligd en consistent - als er een fout optreedt, kunnen we altijd de on-chain records bijhouden en de details van een bepaalde transactie verifiëren.

De meesten van ons zijn bekend met betaalkanalen sinds dit concept enkele jaren geleden werd geboren en tot uiting kwam in het Lightning Network van Bitcoin. De algemene staatskanaaltechnologie is echter meer dan een manier van betalen, het kan ook de ‘staat’ van de blockchain bijwerken, zoals wijzigingen in een slim contract.

Daarom kunnen we de staatskanaaltechnologie begrijpen als een algemene schaaloplossing voor blockchain. Het is ook een breed geaccepteerde schaaloplossing in de huidige blockchain-ruimte. Ik zal de staatskanaaltechnologie door de achtergrond, realisatie en vooruitgang doornemen in de volgende paragrafen.

I. Achtergrond van zijn creatie - blockchain-schaling

ik. Waarom schalen?

Blockchain evolueert zo snel dat mensen hoge verwachtingen hebben van de revolutie die het zal brengen, maar lage TPS in echte gebruiksgevallen werpt twijfels op over deze opkomende technologie. Terwijl Ethereum meer dan 1500 dapps heeft, verstopt een cryptokitty het hele netwerk. Eerder dit jaar laat FCoin nieuwe tokenvermeldingsregels opnieuw lijden aan ‘indigestie’, wat later door hackers in Fomo3D-game werd benut. Daarom moet het huidige blockchain-ecosysteem worden geschaald om transacties te versnellen.

ii. Hoe schalen?

Waar beperkt het knelpunt de blockchain-prestaties?

1. P2P-netwerk: blockchain is een peer-to-peer netwerk, waarbij elk knooppunt berichten van het hele netwerk moet synchroniseren. Elke netwerklatentie zal de efficiëntie beïnvloeden.

2. Blokkeergrootte: er is een limiet op de opslag van elk blok, dus wanneer het aantal transacties omhoog gaat, zullen veel transacties in de buffer worden geplaatst en wachten om te worden gevalideerd in de blokken.

3. Consensus: consensus is de kern van blockchain. PoW-mechanisme verbruikt rekenkracht en tijd bij het bereiken van consensus tussen knooppunten.

Als gevolg hiervan zijn er twee hoofdrichtingen voor het schalen van de blockchain:

1. Optimaliseer blockchain zelf om TPS te verhogen

1) Herstructureringsblokken

Bitcoin, bijvoorbeeld, door handtekeninggegevens te verplaatsen van de basisstructuur (ongeveer 1M in computergrootte) naar de nieuwe structuur, verhoogde de blokgrootte naar 2M, waardoor het aantal transacties in elk blok werd verdubbeld en de TPS werd opgeheven. Deze schaaloplossing is direct to the point maar heeft weinig effect. Onbeperkte blokgrootte brengt veel beveiligingsproblemen met zich mee.

2) Verander consensus

Vanwege de inefficiëntie van PoW, zijn meer projecten pro om PoS, DPoS of PBFT te gebruiken om de consensusefficiëntie te verhogen. EOS bijvoorbeeld verminderde de tijd voor het genereren van blokken tot 0,5 seconden, wat een grote verbetering is. Er zijn echter ook argumenten die kritiek hebben op EOS omdat dit indruist tegen het idee van decentralisatie.

3) Scherpen

Sharding is een traditionele schaaltechnologie op basis van databasescherven. Wat sharding doet, is dat het een transactie opsplitst in shards en ze toewijst aan verschillende knooppunten. In plaats van alle transacties in het netwerk te berekenen, verwerkt elk knooppunt slechts een klein deel ervan. En de knooppunten werken naast elkaar op afzonderlijke scherven. Dit verlaagt op zijn beurt de berekeningskosten en verhoogt het verwerkingsvermogen in een tijdseenheid en TPS. Sharding zal rekening houden met netwerk, transacties en staten, dus implementatie zou een grote uitdaging zijn.

2. Schaling van de tweede laag

Laag 2 schalen heeft een tegenovergestelde aanpak: transacties buiten de keten plaatsen terwijl het on-chain protocol ongewijzigd blijft. Dit vermindert de ketenwerking en verhoogt de doorvoer door volledig gebruik te maken van rekenkracht buiten de keten. Secundair laagnetwerk omvat state channel-technologie en zijketenstructuur.

1) Zijkettingen

Zijketens zijn een gescheiden netwerk afhankelijk van de hoofdblokketen via 2WP. Zijketens hebben alle kenmerken van blockchain, nemen een onafhankelijk consensusalgoritme aan en koppelen smart contract of transacties bij interactie met de hoofdketen. Gewoonlijk hoeven zijketens alleen de staat van zichzelf te behouden. Hierdoor worden de meeste transacties verwerkt in de zijketen, waardoor de belasting voor de hoofdketen wordt opgeheven.

2) Staatskanalen

Ter vergelijking: het statuskanaal is de lichtere manier van schalen. Door on-chain te vergrendelen, houdt het staatskanaal transacties off-chain tussen de partijen, wat de transacties efficiënter maakt met lage kosten. Anders dan zijketens, heeft het staatskanaal geen consensus nodig, waardoor het proces wordt verlicht en schaalbaarheid wordt bereikt.

II. Implementatie en kernideeën van staatskanalen

Implementatie van staatskanalen

Staatskanalen zijn een strategie die tot doel heeft de uitdaging van de schaalbaarheid op te lossen door het onderliggende blockchain-protocol hetzelfde te houden, in plaats daarvan te veranderen hoe het protocol wordt gebruikt: in plaats van de blockchain te gebruiken als primaire verwerkingslaag voor elke soort transactie, wordt de blockchain in plaats daarvan gebruikt puur als nederzettingslaag. Statusupdate vindt meer buiten de keten plaats en de off-chain status wordt alleen op de blockchain bijgewerkt indien nodig.

Het verplaatsen van transacties van de keten vereist de volgende consensus bereikt door de partijen bij de transacties:

1. Transacties moeten plaatsvinden in de keten, maar dat doen ze niet.

2. Deelnemers aan de transacties gaan ervan uit dat de transacties in de keten plaatsvinden en maken geen bezwaar tegen de uitkomst van de transacties.

3. Elke deelnemer aan de transacties kan de transacties op elk gewenst moment bij de blockchain indienen en deze transacties kunnen redelijk op de blockchain worden uitgevoerd.

Een transactie die plaatsvindt in een staatskanaal is degene die door de partijen bij de transactie is overeengekomen en door de partijen via een handtekening is bevestigd. Zolang de partijen de lokale transactiegegevens beheren, kunnen ze de transactie buiten de keten voltooien. Elke partij kan op elk moment zijn eigen transactie op de blockchain uitzenden zonder dat de tegenpartij het volledig eens hoeft te zijn, en de off-chain transactie op de blockchain verplaatsen. Off-chain transacties vereisen de volgende kenmerken:

1) Off-chain transacties moeten een uitbreiding zijn van de on-chain transacties. De transactie moet in de keten kunnen worden uitgevoerd en unieke en deterministische resultaten opleveren.

2) Bepalende handtekening van transactiepartijen. De partijen bij de transacties moeten een consensus bereiken over de transacties buiten de keten en akkoord gaan door de bevestigde transacties te ondertekenen.

3) Nieuwere off-chain gegenereerde transacties kunnen eerdere transacties vervangen. De vervanging vereist de bevestiging van beide partijen door ondertekening.

4) Er is ook een boetesysteem in off-chain transacties. Als een van de partijen de vervangen transacties ten onrechte uitzendt, kan de tegenpartij de dader bestraffen via een boetesysteem.

5) Elke partij moet toestemming krijgen om haar transacties eenzijdig in de keten uit te zenden zonder dat de andere partij ermee instemt of online blijft.

Met de bovenstaande kenmerken kunnen on-chain transacties off-chain worden verplaatst. Zoals beide partijen wensen, worden al hun transacties alleen buiten de keten geregistreerd en niet noodzakelijkerwijs in de keten. Het effect is hetzelfde als bij kettingtransacties. Aangezien transacties alleen in de kanalen plaatsvinden, is het probleem van TPS opgelost en is de frequentie van on-chain-transacties verminderd, wat de stress van de blockchain verlicht en "indigestie" effectief verlicht.

III. Ontwikkelingsgeschiedenis van staatskanalen

Sinds het betaalkanaal van Lightning Network op het Bitcoin-netwerk is de technologie in een snel tempo verder gegaan. Op basis van verschillende ketens zijn er verschillende benaderingen. Sinds vorig jaar duiken er staatskanaalprojecten op in de markt. De meest populaire projecten zijn Lightning Network op het Bitcoin-netwerk, Raiden Network op het Ethereum-netwerk en Trinity Network. Trinity heeft 2 versies uitgebracht: Trintiy-Neo op het Neo-netwerk en Trinity-Eth op het Ethereum-netwerk. De andere nieuwe projecten omvatten ook gegeneraliseerde staatskanalen (uitgelegd in latere delen) van Counterfactual die wordt gelanceerd door L4 en de staatskanalen die worden gebruikt voor Dapps, zoals FunFair en SpankChain, die worden aangeduid als specifieke staatskanalen.

Wat zijn betaalkanalen, specifieke staatskanalen en gegeneraliseerde staatskanalen? Hoe ontwikkelt de technologie van staatskanalen? De ontwikkelingsfasen van staatskanalen worden hieronder weergegeven:

1) Betalingskanalen

2) Gespecialiseerde staatskanalen

3) Gegeneraliseerde staatskanalen

4) Cross-chain staatskanalen

ik. Betalingskanalen

Staatskanaal schaalt de onderliggende blockchain. Op basis daarvan zijn de services die door de kanalen worden ondersteund afhankelijk van de kenmerken van de onderliggende blockchain. Lightning Network was de eerste die staatskanalen voorstelde. Het is een schaaloplossing op basis van het Bitcoin-netwerk en is ook de geboorteplaats van staatskanalen. Omdat Bitcoin een betalingsnetwerk is, is de service die het Lightning-netwerk biedt, betaling. Als zodanig is het statuskanaal van het Lightning-netwerk een klassiek betaalkanaal. In het betaalkanaal vormt het bouwen van transacties voor betaling de kern van het kanaal. Staat verwijst hier naar de betalingsstatus. Lightning Network is bijvoorbeeld het betaalkanaal voor Bitcoin en Trintiy-Neo voor Neo en Gas.

ii. Specifieke staatskanalen

Met de toenemende invloed van het Verlichtingsnetwerk beginnen andere blockchains hun eigen state channel-netwerk met verbeterde functies te bouwen. Nieuw ontwikkelde blockchains bieden meer statuswijzigingen van het slimme contract, zodat de bijbehorende staatskanalen niet alleen de betalingsstatus overbrengen, maar ook andere staten van het contract. Het slimme contract wordt eerst geconfigureerd op de blockchain en off-chain opgeslagen. Vervolgens werken kanaalpartijen in het kanaal samen, waardoor de status van het contract verandert. De definitieve status van het contract wordt on-chain gesynchroniseerd. Een gespecialiseerd staatskanaal is afhankelijk van het ketencontract, dat vaak is ontworpen voor één token (tokencontract) of één type contract (ERC20), zoals Lightning Network, Trinity-for-Ethereum (ontworpen voor ERC20-contract) en Trinity -voor-Neo (ontworpen voor NEP5-contract). Omdat ERC20- en NEP5-normen meestal worden gebruikt om transacties uit te voeren, noemen veel mensen de staatskanalen op basis van deze normen als betaalkanalen.

iii. Gegeneraliseerde staatskanalen

Naarmate de functie van smart contract evolueert, zal het contract zelf complexere bedrijfslogica voeren. Wanneer ze geconfronteerd worden met toenemende zakelijke vereisten, beginnen gespecialiseerde staatskanalen de tekortkomingen te vertonen, omdat het niet mogelijk is om een ​​staatskanaal voor elk token of standaard te bouwen. Mensen verwachten dus een gegeneraliseerd staatskanaal dat zich aan alle contracten kan aanpassen. Een gegeneraliseerd staatskanaal zal het contract off-chain uitvoeren en indien nodig on-chain inzetten. De onderliggende blockchain richt zich alleen op de definitieve status van het contract. Op deze manier kan het algemene staatskanaal alle activiteiten van het contract verwerken.

iv. Cross-chain staatskanalen

Tot nu toe zijn statuskanalen nog steeds een schaaloplossing voor onderliggende blockchains, die van elkaar zijn geïsoleerd. Eén statuskanaal is beperkt tot een bepaalde blockchain. Naarmate cross-chain-technologie volwassen wordt, wordt cross-chain scaling een onmisbare richting voor scaling.

Cross-chain state-kanalen kunnen voortbouwen op cross-chain-netwerken en dienen als een derde laagkanalen.

Het voordeel van cross-chain state channels is de vereenvoudiging van de kanaalarchitect, omdat deze geen rekening houdt met cross-chain conversie-mechanismen en zich uitsluitend op het kanaal zelf concentreert. Dit ontwerp is echter sterk afhankelijk van het ketenoverschrijdende netwerk. Dus zou de flexibiliteit en het aanpassingsvermogen van kanalen in het gedrang komen.

Een ander idee is om staatskanalen inplugbare componenten te maken, de cross-chain-conversie in te bedden als een deel van de kanaallaag, en de channel-laag te abstraheren uit de adaptieve componenten zoals blockchain-adapter en de cross-chain-converter. Dit verhoogt de flexibiliteit en het aanpassingsvermogen van het kanaal en biedt meer ruimte voor cross-chain scaling.

Samenvatting:

Staatskanaaltechnologie is de meest gebruikte off-chain schaaloplossing voor blockchain. Het bewaart de decentralisatie van blockchain en verhoogt tegelijkertijd de doorvoersnelheid van transacties. Hoewel de huidige staatskanalen hoofdzakelijk voor betalingen zijn, stopt onderzoek op gegeneraliseerde staatskanalen nooit. Als een uitstekende schaaloplossing, zal state channel-technologie de blockchain in staat stellen meer zakelijke scenario's te ondernemen in een te voorziene functie.

Trinity Core Dev Team

Trinity Telegram Channel: https://t.me/TrinityStateChannels

Officiële website: https://trinity.tech/#/

Trinity Github: https://github.com/trinity-project