Una breve introduzione della tecnologia State Channel

La tecnologia del canale di stato viene utilizzata per eseguire transazioni e aggiornamenti di stato off-chain. Sebbene si tratti di una tecnologia off-chain, le transazioni all'interno del canale sono altamente sicure e coerenti: se si verifica un errore, possiamo sempre tenere traccia dei record on-chain e verificare i dettagli di una determinata transazione.

La maggior parte di noi ha familiarità con i canali di pagamento poiché questo concetto è nato diversi anni fa e manifestato dalla Lightning Network di Bitcoin. Tuttavia, la tecnologia del canale dello stato generale è più di un modo di pagamento, può anche aggiornare lo "stato" della blockchain, come i cambiamenti in un contratto intelligente.

Quindi, possiamo comprendere la tecnologia del canale di stato come una soluzione di ridimensionamento generalizzata per blockchain. È anche una soluzione di ridimensionamento ampiamente adottata nell'attuale spazio blockchain. Esaminerò la tecnologia del canale statale attraverso il suo background, la realizzazione e i progressi nei paragrafi seguenti.

I. Sfondo della sua creazione: ridimensionamento della blockchain

io. Perché ridimensionare?

La blockchain si evolve così rapidamente che le persone nutrono grandi aspettative sulla rivoluzione che porterà, ma bassi TPS in casi d'uso reali mettono in dubbio questa tecnologia emergente. Mentre Ethereum vanta oltre 1500 dapps, un cryptokitty ha intasato l'intera rete. All'inizio di quest'anno, le nuove regole di elenco dei token di FCo fanno nuovamente soffrire la "indigestione" della rete ethereum, che in seguito è stata avvantaggiata dagli hacker nel gioco Fomo3D. Pertanto, l'attuale ecosistema blockchain deve essere ridimensionato per accelerare le transazioni.

ii. Come ridimensionare?

Dove è il collo di bottiglia che limita le prestazioni della blockchain?

1. Rete P2P: blockchain è una rete peer-to-peer, in cui ogni nodo deve sincronizzare i messaggi dell'intera rete. Qualsiasi latenza di rete influirà sull'efficienza.

2. Blocksize: esiste un limite per l'archiviazione di ciascun blocco, quindi quando il numero di transazioni aumenta, molte transazioni si allineano nel buffer e attendono di essere convalidate nei blocchi.

3. Consenso: il consenso è il nucleo della blockchain. Il meccanismo PoW consumerà tempo e potenza di calcolo quando raggiungerà il consenso tra i nodi.

Di conseguenza, ci sono due direzioni principali sul ridimensionamento della blockchain:

1. Ottimizza la blockchain stessa per aumentare il TPS

1) Ristruttura i blocchi

Il bitcoin, ad esempio, spostando i dati della firma dalla struttura di base (circa 1 milione di dimensioni computazionali) alla nuova struttura, ha aumentato la dimensione del blocco a 2 milioni, raddoppiando così la quantità di transazioni in ciascun blocco e sollevando il TPS. Questa soluzione di ridimensionamento è diretta al punto ma produce scarso effetto. La dimensione del blocco illimitata porterà molti problemi di sicurezza.

2) Cambia consenso

A causa dell'inefficienza di PoW, più progetti pro utilizzano PoS, DPoS o PBFT per aumentare l'efficienza del consenso. EOS, ad esempio, ha ridotto il tempo di generazione del blocco a 0,5 secondi, il che rappresenta un notevole miglioramento. Tuttavia, ci sono anche argomenti che criticano EOS in quanto contraria all'idea del decentramento.

3) Frammento

Il coccio è una tecnologia di ridimensionamento tradizionale basata su frammenti di database. Quello che fa lo sharding è che suddivide una transazione in frammenti e li alloca a nodi diversi. Invece di calcolare tutte le transazioni nella rete, ogni nodo ne elabora solo una piccola parte. E i nodi lavorano su singoli frammenti fianco a fianco. Questo a sua volta riduce il costo di calcolo e aumenta la potenza di elaborazione in un'unità di tempo e in TPS. La frammentazione prenderà in considerazione la rete, le transazioni e gli stati, quindi l'implementazione sarebbe una grande sfida.

2. Ridimensionamento di secondo livello

Il ridimensionamento di livello 2 ha un approccio opposto: mettere le transazioni fuori catena lasciando invariato il protocollo sulla catena. Ciò riduce il funzionamento su catena e aumenta la produttività sfruttando appieno la potenza di calcolo off-chain. La rete di livello secondario include la tecnologia del canale di stato e la struttura della catena laterale.

1) Catene laterali

Le catene laterali sono una rete separata che dipende dalla blockchain principale attraverso 2WP. Le catene laterali hanno tutte le funzionalità della blockchain, adottando un algoritmo di consenso indipendente e agganciando contratti o transazioni intelligenti quando interagiscono con la catena principale. Di solito, le catene laterali devono solo mantenere lo stato di se stesse. In questo modo, la maggior parte delle transazioni viene elaborata sulla catena laterale, sollevando così il carico per la catena principale.

2) Canali statali

Comparativamente, il canale di stato è il modo più leggero di ridimensionamento. Bloccando on-chain, il canale statale terrà le transazioni off-chain tra le parti, il che rende le transazioni più efficienti a basso costo. Diversamente dalle catene laterali, il canale statale non ha bisogno di consenso, illuminando il processo e raggiungendo la scalabilità.

II. Implementazione e idee fondamentali dei canali statali

Implementazione di canali statali

I canali di stato sono una strategia che mira a risolvere la sfida della scalabilità mantenendo lo stesso protocollo blockchain sottostante, modificando invece il modo in cui viene utilizzato il protocollo: anziché utilizzare la blockchain come livello di elaborazione principale per ogni tipo di transazione, viene invece utilizzata la blockchain puramente come strato di insediamento. L'aggiornamento dello stato si verifica più fuori dalla catena e lo stato fuori catena verrà aggiornato sulla blockchain solo quando necessario.

Lo spostamento delle transazioni fuori dalla catena richiede il seguente consenso raggiunto dalle parti delle transazioni:

1. Le transazioni dovrebbero avvenire sulla catena, ma non lo sono.

2. I partecipanti alle transazioni presuppongono che le transazioni si verifichino sulla catena e non sollevano obiezioni per l'esito delle transazioni.

3. Qualsiasi partecipante alle transazioni può inviare le transazioni alla blockchain in qualsiasi momento e queste transazioni possono essere eseguite in modo equo sulla blockchain.

Una transazione che si verifica in un canale statale è quella concordata dalle parti della transazione e confermata dalle parti tramite firma. Finché le parti gestiscono i dati delle transazioni locali, possono completare la transazione fuori dalla catena. Entrambe le parti possono trasmettere la propria transazione sulla blockchain in qualsiasi momento senza la necessità che la controparte sia pienamente d'accordo e spostare la transazione off-chain sulla blockchain. Le transazioni fuori catena richiedono le seguenti caratteristiche:

1) Le transazioni off-chain dovrebbero essere un'estensione delle transazioni on-chain. La transazione dovrebbe essere in grado di essere eseguita sulla catena e produrre risultati unici e deterministici.

2) Firma deterministica delle parti della transazione. Le parti delle transazioni devono raggiungere un consenso sulle transazioni fuori dalla catena e concordare firmando le transazioni confermate.

3) Le transazioni più recenti generate fuori catena possono sostituire le transazioni precedenti. La sostituzione richiede la conferma di entrambe le parti mediante firma.

4) Esiste anche un sistema di penalità nelle transazioni fuori catena. Se una delle parti trasmette erroneamente le transazioni sostituite, la controparte può punire l'autore tramite un sistema di penalità.

5) Ad entrambe le parti dovrebbe essere consentito di trasmettere unilateralmente le proprie transazioni sulla catena senza richiedere all'altra parte di concordare o rimanere online.

Con le caratteristiche di cui sopra, le transazioni on-chain possono essere spostate off-chain. Come entrambe le parti desiderano, tutte le loro transazioni sono registrate solo al di fuori della catena e non necessariamente sulla catena. L'effetto è lo stesso della transazione on-chain. Poiché le transazioni si verificano solo nei canali, il problema del TPS è risolto e la frequenza delle transazioni su catena è ridotta, il che allevia lo stress della blockchain e allevia efficacemente "indigestione".

III. Storia dello sviluppo dei canali statali

Dal momento che il canale di pagamento di Lightning Network sulla rete Bitcoin, la tecnologia si è evoluta rapidamente. Sulla base di catene diverse, esistono approcci diversi. Dall'anno scorso sono sorti sul mercato progetti di canali statali. I progetti più popolari includono Lightning Network sulla rete Bitcoin, Raiden Network sulla rete Ethereum e Trinity Network. Trinity ha rilasciato 2 versioni: Trintiy-Neo sulla rete Neo e Trinity-Eth sulla rete Ethereum. Gli altri nuovi progetti includono anche canali di stato generalizzati (spiegati in parti successive) di Controfattuale che viene lanciato da L4 e i canali di stato utilizzati per Dapps, come FunFair e SpankChain, che vengono definiti canali di stato specifici.

Cosa sono i canali di pagamento, i canali di stato specifici e i canali di stato generalizzati? Come si sviluppa la tecnologia dei canali statali? Le fasi di sviluppo dei canali statali sono elencate di seguito:

1 Channels canali di pagamento

2) Canali statali specializzati

3 Channels Canali statali generalizzati

4 Channels Canali statali cross-chain

io. Canali di pagamento

Il canale di stato ridimensiona la blockchain sottostante. Sulla base di ciò, i servizi supportati dai canali si basano sulle caratteristiche della blockchain sottostante. Lightning Network è stato il primo a proporre canali statali. È una soluzione di ridimensionamento basata sulla rete Bitcoin ed è anche il luogo di nascita dei canali statali. Poiché Bitcoin è una rete di pagamento, il servizio fornito dalla rete Lightning è il pagamento. Pertanto, il canale statale della rete Lightning è un canale di pagamento classico. Nel canale di pagamento, la costruzione di transazioni per il pagamento è il nucleo del canale. Lo stato qui si riferisce allo stato di pagamento. Ad esempio, Lightning Network è il canale di pagamento per Bitcoin e Trintiy-Neo per Neo e Gas.

ii. Canali di stato specifici

Con la crescente influenza della rete di illuminazione, altre blockchain iniziano a costruire la propria rete di canali di stato con funzioni avanzate. Le blockchain di nuova concezione vantano più cambiamenti di stato del contratto intelligente, quindi i canali di stato corrispondenti non solo trasmettono lo stato di pagamento ma anche altri stati del contratto. Il contratto intelligente viene inizialmente configurato sulla blockchain e memorizzato off-chain. Quindi le parti del canale interagiscono nel canale, cambiando così lo stato del contratto. Lo stato finale del contratto sarà sincronizzato sulla catena. Un canale statale specializzato dipende dal contratto on-chain, che spesso è progettato per un token (contratto token) o un tipo di contratto (ERC20), come Lightning Network, Trinity-for-Ethereum (progettato per contratto ERC20) e Trinity -per-Neo (progettato per il contratto NEP5). Poiché gli standard ERC20 e NEP5 sono principalmente utilizzati per eseguire transazioni, molte persone definiscono i canali statali basati su questi standard come canali di pagamento.

iii. Canali statali generalizzati

Con l'evoluzione della funzione del contratto intelligente, il contratto stesso intraprenderà una logica aziendale più complessa. Di fronte alle crescenti esigenze aziendali, i canali statali specializzati iniziano a mostrare le carenze in quanto non è possibile creare un canale statale per ogni token o standard. Quindi, le persone si aspettano un canale statale generalizzato che possa adattarsi a tutti i contratti. Un canale statale generalizzato eseguirà il contratto off-chain e lo implementerà on-chain quando necessario. La blockchain sottostante si concentra solo sullo stato finale del contratto. In questo modo, il canale statale generalizzato può elaborare tutte le attività del contratto.

iv. Canali statali cross-chain

Fino ad ora, i canali di stato sono ancora una soluzione di ridimensionamento per blockchain sottostanti, che sono isolati l'uno dall'altro. Un canale di stato è limitato a una determinata blockchain. Con la maturazione della tecnologia cross-chain, il ridimensionamento cross-chain sta diventando una direzione indispensabile per il ridimensionamento.

I canali di stato cross-chain possono basarsi su reti cross-chain, fungendo da canali di terzo livello.

Il vantaggio dei canali di stato cross-chain è la semplificazione dell'architetto di canale in quanto non prende in considerazione il meccanismo di conversione cross-chain e si concentra esclusivamente sul canale stesso. Questo design, tuttavia, ha un'alta dipendenza dalla rete cross-chain. Pertanto, la flessibilità e l'adattabilità dei canali sarebbero compromesse.

Un'altra idea è rendere i componenti innestabili dei canali di stato, incorporare la conversione della catena incrociata come parte del livello del canale e astrarre il livello del canale dai componenti adattivi come l'adattatore blockchain e il convertitore cross-chain. Ciò aumenterà la flessibilità e l'adattabilità del canale e offrirà uno spazio più ampio per il ridimensionamento cross-chain.

Sommario:

La tecnologia del canale di stato è la soluzione di ridimensionamento off-chain più utilizzata per la blockchain. Conserva il decentramento della blockchain mentre aumenta in modo massiccio il throughput delle transazioni. Sebbene gli attuali canali statali siano principalmente per i pagamenti, l'esplorazione su canali statali generalizzati non si ferma mai. Come eccezionale soluzione di ridimensionamento, la tecnologia del canale statale consentirà alla blockchain di intraprendere più scenari di business in una funzione prevedibile.

Trinity Core Dev Team

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Sito ufficiale: https://trinity.tech/#/

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