ビットコイン二層ネットワークの基礎知識体系

ビットコインの銘文の興起はビットコインエコシステムに新たな活気をもたらし、より多くの人々がビットコインに再び注目するようになりました。ある人々は、これがビットコインエコシステムのパンドラの箱を開けたと考えています。ビットコインエコシステムにおける多くの技術の発展の中で、二層の構築は最も重要です。本稿ではビットコインの二層に関する基礎知識をまとめ、この分野の発展を促進できればと思います。

ブロックチェーンの世界はビットコインから始まり、ビットコインのエコシステムで終わります。イーサリアムもビットコインの一種のサイドチェーン技術の探求と見なすことができます。

本文中"二層建設"と"二層ネットワーク建設"の概念は基本的に同じであり、二層建設の範囲はより広いですが、業界の習慣に合わせるために、"二層ネットワーク建設"も使用されます。

1. レイヤー2の使命

ビットコインの二層構築が解決すべき基本的な問題を理解するために、まずはブロックチェーンシステムの基本的な特性から始めましょう。

1.1 ブロックチェーンの基本的な特性と需要

私たちはVitalikが提唱した「ブロックチェーンは世界コンピュータである」という概念を用いて、ブロックチェーンのさまざまな特性を理解します。

ブロックチェーンの基本的な特性には次のものが含まれます:

公開透明: これはブロックチェーンという"世界のコンピュータ"のデータストレージと命令実行の特徴であり、また世界中の分散ノードが共同で計算に参加する内部ニーズの特性でもあります。これはユーザーのデータに対する知る権利を満たし、内部協力の要求と外部ニーズの共同の結果です。

分散化: これは「世界コンピュータ」のアーキテクチャ特性であり、分散化の程度とフォールトトレランスは理論的にビザンチン将軍問題によって支持されています。分散化の程度はブロックチェーンの安全性の重要な指標です。

安全性: "世界コンピュータ"のアーキテクチャ特性から生じる内部需要とユーザーの外部需要が共同で構成されています。ミクロレベルでは暗号技術によって保証され、マクロレベルでは分散型アーキテクチャによって保証されています。

計算能力: ブロックチェーンの主な機能の一つで、一般的にはチューリング完全性で測定されます。一部のチェーンは主な特性を維持するために、意図的にチューリング非完全に設計されています。

パフォーマンス: 同じ量の計算能力に対して TPS( が 1 秒あたりに処理したトランザクション数の)によって測定されます。

ストレージ: ブロックチェーンは"世界コンピュータ"として必然的にストレージ機能を持っており、現在は基本的にブロック内にストレージされていますが、より専門的なブロック外チェーンでのストレージはまだ発展段階にあります。

プライバシー: "世界コンピュータ"における細分化された要求であり、計算およびストレージプロセスにおいてデータの生産者と使用者の権限範囲を維持することを求めています。

また、総合指標としての拡張性は、多くの基本特性に影響を与え、アーキテクチャの観点から非常に重要な指標です。

これらの特性のほとんどは、互いに関係を築くための「不可能な三角形」によって制約されています。 たとえば、DSS 予想: 分散型 (Decentralization)、 セキュリティ(Security)とスケーラビリティ(Scalability)。

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1.2 2階建て建築の役割

二層の構築は、これらの基本的な能力を拡張する必要があります: 公開性と透明性、非中央集権、安全性、計算能力、パフォーマンス(スループット)、ストレージ、プライバシーなど。これに加えて、もう一つ重要な経済学の問題を解決する必要があります: コストを削減すること。

まとめると、第二層の構築は、容量の増加、コストの削減、カスタマイズ機能という三つの次元のためのソリューションです。

レイヤー2の構築において、ブロックチェーンの基本的な能力はそれぞれ取捨選択され、いくつかの特性が低下または放棄され、他の特性の著しい向上と引き換えにされます。

1.3 なぜ階層設計を行うのか?

階層設計は、複雑なシステムを処理する手段と方法論であり、システムを複数の層構造に分割し、各層の関係と機能を定義することによって、システムのモジュール化、保守性、拡張性を実現します。

レイヤードデザインの利点:

1. 各レイヤーは独立しており、上位レイヤーの作業は下位レイヤーに影響を与えず、インターフェースが変更されない限り、レイヤー内の作業方法を自由に調整できます。

2. 柔軟性があり、ある層が変わる時、層間のインターフェース関係が変わらなければ、他の層には影響しない。

3. 構造は分割可能で、各層は最も適切な技術で実現できます。

4. 実現と維持が容易であり、大規模で複雑なシステムを比較的独立したサブシステムに分解します。

5. 標準化を促進し、各層の機能とサービスについて正確に説明します。

階層的モジュール設計は、技術分野において機能が大きく、多くの人が協力し、継続的に改善されるプロジェクトを扱うための一般的で効果的な方法です。

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2. ビットコインLayer2のいくつかの構築思路

ビットコインの二層建設には三つの顕著なルートがあります:

(1) チェーンに基づく拡張ルート、EVMに似たレイヤー2、これはブロックチェーンの構造です；

(2) 分散型のルートに基づいて、ライトニングネットワークを代表とする、分散型構造です;

(3) 中央集権的なシステムに基づくルートは、中央集権的なインデックスを代表とし、中央集権的な構造です。

前二つの方法はそれぞれ特徴があり、すでにいくつかの使用中および探索中の製品があります。第一の方法は、イーサリアムの活発な発展と他のビットコイン模倣チェーンの探索により、比較的容易です。第二の分散型の方法は通常、難易度が高く、発展も遅いです。第三の方法はかなりの論争を呼んでいますが、二層の構築を完了した機能を果たしているようです。

私たちは市場の検証結果を使用して測定します: どのレイヤー2ネットワークの総ロック価値TVL(Total Value Locked)が高いか、そのソリューションが最適なソリューションです。時間と技術の進展に伴い、最適なソリューションは変化します。

ビットコインの二層ネットワークの定義: ビットコインネットワークに依存し、技術的な関連を築けば、ビットコイン1層ネットワークより優れた特性を持つものであれば、すべてビットコインの二層ネットワークの構築と見なされる。

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2.1 チェーンに基づくレイヤー2の構築

初期のビットコインの模倣チェーンは、"Colorcoin"(カラーニュース)、"CovertCoins"、および"MasterCoin"など、さまざまな探索を行いました; BCH(ビットコインキャッシュ)、BSV(ビットコインSV)、BTG(ビットコインゴールド)のような、さまざまなスケーラビリティのビットコイン模倣チェーン; さまざまなサイドチェーン技術は、チェーンの拡張構築のケースに基づいており、広義の二層と見なすことができます。

イーサリアムもビットコインの改善探索に基づいています。ヴィタリックはビットコインの不完全さ、UTXOのアカウントのないシステム、実行言語のチューリング完全性の不足、スケーラビリティの問題などに対して、ホワイトペーパーを発表し、新しい世代のブロックチェーンシステムを開発しました。

イーサリアムのビットコインに対する改善探索、そしてイーサリアム上のレイヤー2の発展と検証は、ビットコイン上のチェーンベースのレイヤー2ネットワークの発展に参考を提供しました。さまざまなRollupソリューション、クロスチェーンソリューション、メッセージチャネル技術、さらにイーサリアムのシャーディング技術により、イーサリアムの技術エコシステムは繁栄しています。

ビットコイン中基于链の二層建设は、大致包含二种典型链类型: 一种はEVMに対応したアカウントモデル、もう一种はビットコインに類似したUTXOモデル。既存のケース(広義の二層定義)には: イーサリアム、Polygon、Bsc、ArbitrumなどがEVMのアカウントモデルであり、CKB(Nervos)、ChiaはUTXOモデルです。

チェーンに基づくレイヤー2の利点と欠点:

欠点:一般的にはブロックチェーンの制限に依存しており、性能向上には限界があり、システムがより中央集権化されるか、ブロック生成間隔を短縮し、ブロック容量を増加させると、通常はセキュリティが低下します。

利点:ブロックチェーンの大多数の基本特性を保持し、一般的にチューリング完全性の問題を解決し、取引手数料を大幅に削減し、ある程度ネットワーク能力を拡張しました。構築事例が豊富で、技術実装が比較的容易で、上層アプリケーションの移行が便利で、より迅速な実現方法です。

大まかな判断として、拡張の限界により、チェーン構造に基づく第2層には多くのプロジェクトが存在するべきであり、各垂直分野には1つ以上の第2層が存在する可能性があります。各プロジェクトは独自の特徴を持つ第2層の構築を完了し、特定のアプリケーションニーズを満たす必要があります。その価値は、上にあるアプリケーションの数と総価値によって決まります。

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2.2 分散システムに基づくレイヤー2の構築

いくつかの二層構築は分散システムに基づいています。このようなスキームでは、二層の構造とフレームワークはブロックチェーン構造ではなく、Channelに基づく分散システムです。ライトニングネットワークが典型的な代表です。

分散システムは、有限のプロセスのグループと有限のチャネルのグループで構成されています。ここで言うチャネルは、上位のチャネル概念を指し、例えば、ライトニングネットワークの支払いチャネルやNostrのメッセージチャネルであり、分散ネットワークにおける具体的な技術チャネルの基礎概念ではありません。

分散型の二層構築は二つのタイプに分かれます:

(1) 価値の移転のみを完了し、ライトニングネットワークに似ています;

(2) 価値の移転を完了し、さらにTuring完全な技術を実現する、例えばRGB。

分散型の二層構築は価値の伝達に関わるため、従来のメッセージ伝達を超える多くの難点が存在します。たとえば、チャネル内の総価値容量、トランザクションの厳密性、二次消費ができないなどの問題は、メッセージ伝達の難しさを超えています。そのため、この種の二層構築の発展は、チェーンに基づく二層構築よりも遅く、成熟した事例もあまりありません。

このような第2層上でチューリング完全な計算を完了するには、つまりChannel上にチューリング完全な仮想マシンシステムを構築することは、より困難になります。RGBプロトコルはクライアントによる検証を通じて、一度に密封することで分散型システム上でのチューリング完全な計算を実現します。

ビットコイン中基于分布式系统の二層建設, 既存のケースには: ライトニングネットワーク, RGB。広義の二層建設基準によれば, NostrはChannelメカニズムの分散システムの二層建設に含まれるのか?

分散型システムに基づくレイヤー2の利点と欠点:

利点: システムはより分散化され、第二層ネットワークは無数のノードを収容でき、プライバシーと検閲耐性が向上し、無限のスケーラビリティがあり、理論的には性能が非常に高い。

欠点: 技術実装が複雑で、大規模分散システムにおけるルーティングアルゴリズム、価値の分割およびパッケージングアルゴリズムは非常に複雑です。情報伝達に対して、価値伝達においてはエンジニアリング実装経験とインフラがまだ不足しています。このようなシステムでチューリング完全なシステムを実現することは大きな挑戦です。

大まかな判断として、Channelに基づく分散型構造の二層は一般的にいくつかの並行プロジェクトしか存在せず、主にその無限の拡張能力と実現技術の難しさから来ています。このようなシステムは、設計と理念がよりオープンであり、より多くの人々やチームの参加を受け入れることができることを要求します。

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2.3 中央集権型システムに基づくレイヤー2の構築

Ordinalsのような中央集権型インデックス構造や、特定の機能ノードのインデクサーは中央集権型構造であり、これは一種のレイヤー2構築の考え方です。しかし、この構築の考え方はあまり認められていません。なぜなら、レイヤー2があまりにも中央集権的であり、レイヤー1ネットワークの拡張に非常に限られているからです。この中央集権型構造のレイヤー2の構築は、その様々なブロックチェーンの基礎的な特性がレイヤー1ネットワークに依存しており、レイヤー2は単なる簡単な計算や統計機能として存在することが多いです。レイヤー2は時には可有可無の一時的な存在のようであり、いつでも別のレイヤー2に置き換えられる可能性があり、その重要性はそれほど高くないように見えます。しかし、オンチェーンとオフチェーンの観点から、またレイヤー1ネットワークの能力を向上させることができる観点から見ると、この中央集権型構造も一種のレイヤー2拡張と言えます。

このシステムのケースはOrdinalsの他に、どのような中央集権型取引所がありますか。

中央集権型システムに基づくレイヤー2の利点と欠点:

利点: 中央集権型システムは非常に成熟しており、無数の利用ケースと最適化ソリューションがあり、完全にチューリング完全で卓越した性能を持っています。

欠点:第二層は極度に中央集権化されており、すべてのブロックチェーンの基本的な特性が第一層のネットワークに依存している。

大まかな判断として、中央集権的な構造に基づく二層は、少数のプロジェクトしか存在せず、さらには段階的に存在する可能性があります。チェーン型構造とチャネルの分散型構造が成熟・完備した後、ほとんどの中央集権的構造の二層の構築は消滅し、または特定のシナリオにおいて少数の中央集権的二層が残るでしょう。現在の段階では、中央集権的なシステムが非常に成熟しており、基盤となるチェーン上にデータを書き込むことができる場合、On-ChainデータとOff-Chain計算のシナリオにうまく対応できるため、現在のビットコインエコシステムの初級アプリケーションとして最も実現しやすいモデルであり、大量に使用されています。

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