《off-chain genişletme Derinlik analizi》

Yazar: Araştırma Ekibi

1. Büyümenin Gerekliliği

Blokzincirin geleceği büyük bir vizyon: merkeziyetsizlik, güvenlik ve ölçeklenebilirlik; ancak genellikle blokzincir yalnızca bu üçünden ikisini gerçekleştirebilir, bu üç talebi aynı anda karşılamanın imkansızlık üçgeni sorunu olarak adlandırıldığı bilinmektedir. Yıllardır, bu zorluğun nasıl çözüleceğini keşfetmeye çalışılıyor, merkeziyetsizlik ve güvenliği sağlarken blokzincirin işlem hacmini ve işlem hızını artırmak, yani ölçeklendirme sorununu çözmek, şu anda blokzincir gelişim sürecinin tartışılan sıcak konularından biridir.

Öncelikle, blockchain'in merkeziyetsizliğini, güvenliğini ve ölçeklenebilirliğini genel hatlarıyla tanımlayalım:

• Merkeziyetsizlik: Herkes, blok zinciri sisteminin üretim ve doğrulamasına katılmak için bir düğüm olabilmektedir. Düğüm sayısı arttıkça, merkeziyetsizlik derecesi de artar ve böylece ağın küçük bir grup büyük merkezi katılımcının kontrolüne girmesi engellenir.
• Güvenlik: Bir blockchain sisteminin kontrolünü elde etmek için ödenen maliyet ne kadar yüksekse, güvenlik de o kadar yüksek olur, böylece zincir, katılımcıların ona yönelik saldırılarına karşı daha büyük bir oranla direnir.
• Ölçeklenebilirlik: Blok zincirinin büyük miktarda işlemi işleme yeteneği.

Bitcoin ağının ilk büyük sert çatalı, ölçeklenme sorunlarından kaynaklanıyordu. Bitcoin kullanıcı sayısı ve işlem hacmi arttıkça, her blok için 1MB'lık üst sınır, Bitcoin ağının tıkanıklık problemiyle karşı karşıya kalmasına neden oldu; 2015 yılından itibaren, Bitcoin topluluğu ölçeklenme konusunda ayrışmaya başladı, bir tarafı Bitcoin ABC'yi temsil eden blok genişletme yanlıları, diğer tarafı ise Bitcoin Core'u temsil eden küçük blok yanlılarıydı ve ana zincir yapısını optimize etmek için Segwit ayrık tanık (Segwit) çözümünün kullanılmasını savunuyorlardı. 1 Ağustos 2017'de, Bitcoin ABC kendi geliştirdiği 8MB'lık istemci sistemini çalıştırmaya başladı ve bu, Bitcoin tarihindeki ilk büyük sert çatalın ortaya çıkmasına neden oldu, aynı zamanda yeni bir kripto para birimi olan BCH'nin doğuşunu da sağladı.

Aynı şekilde, Ethereum ağı da güvenlik ve merkeziyetsizlik sağlamak için bir miktar ölçeklenebilirlikten feragat etmeyi seçmiştir; Ethereum ağı, Bitcoin ağı gibi blok boyutunu sınırlayarak işlem hacmini kısıtlamamış, bunun yerine tek bir blok için yakıt ücretine üst sınır koyma yoluna gitmiştir, ancak amaç yine de Trustless Consensus'u gerçekleştirmek ve düğümlerin geniş dağılımını sağlamaktır. ( Sınırın kaldırılması veya artırılması, birçok bant genişliği, depolama ve işlem gücü yetersiz küçük düğümün elenmesine neden olacaktır. ).

2017 yılındaki CryptoKitties, DeFi yazı, ardından GameFi ve NFT gibi zincir üzerindeki uygulamaların yükselişi ile birlikte, piyasanın throughput talebi sürekli artıyor. Ancak, Turing tam olan Ethereum bile saniyede yalnızca 15~45 işlem (TPS) gerçekleştirebiliyor. Bu durum, işlem maliyetlerinin sürekli artmasına, uzlaşma süresinin uzamasına ve çoğu Dapp'in işletme maliyetlerini karşılamada zorlanmasına neden oluyor. Tüm ağ, kullanıcılar için hem yavaş hem de pahalı hale geliyor ve blockchain ölçeklenebilirlik sorunu acil olarak çözülmesi gerekiyor. İdeal bir ölçeklenebilirlik çözümü, merkeziyetsizlik ve güvenlikten ödün vermeden, blockchain ağının işlem hızını ( daha kısa finalite süresi) ve işlem throughput'unu ( daha yüksek TPS) seviyelerine çıkarabilmektir.

2. Ölçeklenebilirlik çözüm türleri

"Ana ağda bir katmanın değişip değişmeyeceği" kriterine göre, genişletme planlarını on-chain genişletme ve off-chain genişletme olmak üzere iki ana kategoriye ayırdık.

2.1 Zincir üstü genişleme

Temel kavram: Bir ana ağ protokolünün bir katmanını değiştirerek ölçeklenme etkisi yaratan çözüm, mevcut ana çözüm parçalama (sharding) olarak bilinmektedir.

Zincir üzerinde ölçeklendirme için çeşitli çözümler vardır, bu makalede bunlar üzerinde durulmayacak, aşağıda iki çözüm kısaca listelenmiştir:

• Plan bir, blok alanını genişletmek yani her bloğun paketlediği işlem sayısını artırmaktır, ancak bu, yüksek performanslı düğüm cihazları için gereksinimleri artıracak, düğümlerin katılım eşiğini yükseltecek ve "merkeziyetsizlik" derecesini azaltacaktır.
• İkinci seçenek parçalama, blok zinciri defterini birkaç parçaya ayırmak, artık her düğümün tüm hesaplamalara katılmadığı, bunun yerine farklı parçaların yani farklı düğümlerin farklı hesaplamaları üstlendiği ve aynı anda birden fazla işlemi işleyebilen paralel hesaplama yapmaktır; bu, düğümlerin hesaplama üzerindeki baskısını ve katılım eşiğini düşürerek işlem işleme hızını ve merkeziyetsizlik düzeyini artırabilir; ancak bu, ağın toplam hesaplama gücünün dağılmasına neden olur ve bu da tüm ağın "güvenliğini" azaltır.

Ana ağ protokolünün kodunu değiştirmek, alt yapıda herhangi bir ince güvenlik açığının tüm ağın güvenliğini ciddi şekilde tehdit edebileceği için öngörülemeyen olumsuz etkiler yaratabilir. Ağ, bir çatala gitmek veya kesintili onarım güncellemelerine zorlanabilir. Örneğin, 2018'deki Zcash enflasyon açığı olayı: Zcash'in kodu Bitcoin 0.11.2 sürüm kodu üzerinde değiştirilmişti, 2018 yılında bir mühendis, alt yapısındaki yüksek riskli bir açığı keşfetti; yani tokenlerin sınırsız bir şekilde çıkarılabileceği, ardından ekip bu açığı gizlice düzeltmek için 8 ay harcadı ve düzeltme tamamlandıktan sonra bu olayı kamuoyuna açıkladı.

2.2 off-chain genişleme

Temel kavram: Mevcut birinci katman ana ağ protokolünü değiştirmeden ölçeklendirme çözümü.

off-chain ölçeklendirme çözümleri ayrıca Layer2 ve diğer çözümler olarak alt bölümlere ayrılabilir:

3. off-chain genişleme planı

3.1 Eyalet Kanalları

3.1.1 Özet

Durum kanalı, kullanıcıların yalnızca kanal açıldığında, kapandığında veya anlaşmazlık çözüldüğünde ana ağ ile etkileşime girmesi gerektiğini belirtir ve kullanıcılar arası etkileşimi off-chain gerçekleştirmeyi sağlamakta, böylece kullanıcıların işlem süreleri ve maliyetlerini azaltmakta ve işlem sayısında bir kısıtlama olmaksızın gerçekleştirilmesine olanak tanımaktadır.

Durum kanalları, "tur bazlı uygulamalar" için uygun olan basit bir P2P protokolüdür, örneğin, iki kişilik satranç oyunu. Her kanal, ana ağda çalışan çok imzalı akıllı sözleşmeler tarafından yönetilir; bu sözleşme, kanala yatırılan varlıkları kontrol eder, durum güncellemelerini doğrular ve katılımcılar arasındaki anlaşmazlıkları ( imzalı ve zaman damgalı dolandırıcılık kanıtına dayanarak hakemlik eder. Katılımcılar, blok zinciri ağında sözleşmeyi dağıttıktan sonra bir miktar fon yatırır ve kilitler; her iki tarafın imzalı onayı sonrasında, kanal resmi olarak açılır. Kanal, katılımcılar arasında sınırsız sayıda off-chain ücretsiz işlem yapılmasına izin verir ) sadece transfer net değerleri yatırılan token toplamını aşmadığı sürece (. Katılımcılar sırayla birbirlerine durum güncellemeleri gönderir, diğerinin imzalı onayını bekler. Diğer taraf imzalı onayı verdiğinde, bu durum güncellemesi tamamlanmış sayılır. Normal şartlar altında, her iki tarafın kabul ettiği durum güncellemeleri ana ağa yüklenmez; yalnızca bir anlaşmazlık ortaya çıktığında veya kanal kapatıldığında ana ağ onayına başvurulur. Kanal kapatılması gerektiğinde, herhangi bir katılımcı ana ağda bir işlem talebinde bulunabilir; eğer çıkış talebi tüm katılımcıların imzalı onayı alırsa, zincir üzerinde hemen uygulanır; yani akıllı sözleşme, kanalın son durumundaki her katılımcının bakiyesine göre kalan kilitli fonları dağıtır; diğer katılımcılar imzalı onay vermezse, herkes kalan fonları almak için "mücadele süresi"nin sona ermesini beklemek zorundadır.

Yukarıda belirtildiği gibi, durum kanalı çözümü ana ağın hesaplama yükünü önemli ölçüde azaltabilir, işlem hızını artırabilir ve işlem maliyetlerini düşürebilir.

)# 3.1.2 Zaman Çizgisi

• 2015/02, Joseph Poon ve Thaddeus Dryja, Lightning Network beyaz kağıdının taslağını yayınladılar.
• 2015/11, Jeff Coleman, State Channel kavramını sistematik olarak ilk kez özetledi ve Bitcoin'in Payment Channel'ının State Channel kavramının bir alt durumu olduğunu öne sürdü.
• 2016/01, Joseph Poon ve Thaddeus Dryja resmi olarak "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments" başlıklı beyaz kitabı yayımlayarak Bitcoin Lightning Network'ün genişleme planını Payment Channel### ödeme kanalı( olarak önerdiler. Bu plan yalnızca Bitcoin ağı üzerindeki transfer ödemelerini işlemek için kullanılır.
• 2017/11, Payment Channel çerçevesine dayanan ilk State Channel tasarım standardı Sprites ortaya konmuştur.
• 2018/06, Counterfactual çok detaylı bir Genelleşmiş Durum Kanalları tasarımı sundu, bu durum kanallarıyla tamamen ilgili olan ilk tasarımdır.
• 2018/10, makale Generalised State Channel Networks, State Channel Networks ve Virtual Channels kavramlarını ortaya koymuştur.
• 2019/02, durum kanallarının kavramı N-Party Channels'a genişletildi, Nitro bu fikir üzerine inşa edilen ilk protokoldür.
• 2019/10, Pisa, tüm katılımcıların sürekli çevrimiçi olma gereksinimini çözmek için Watchtowers kavramını genişletti.
• 2020/03, Hydra Hızlı İzomorfik Kanallarını önerdi.

)# 3.1.3 Teknik Prensip

Şekil 1, geleneksel zincir üzerindeki iş akışını göstermektedir: Alice ve Bob, ana ağda dağıtılan akıllı sözleşmelerle etkileşimde bulunur, kullanıcılar akıllı sözleşmenin durumunu değiştirmek için zincire işlem gönderir. Dezavantajı, yukarıda tartışılan zaman ve maliyet sorunlarını beraberinde getirmesidir.

![Binlerce Derinlik Araştırma Raporu: Off-chain Ölçeklenmenin Kapsamlı Analizi]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ead28de03be9fc22dcfe3f679ee36bc5.webp(

Şekil 2, çoğu durum kanalı protokolünün izlediği genel iş akışını göstermektedir: İyimser bir durumda, Alice ve Bob daha önceki aynı işlemleri gerçekleştirmeleri gerekiyor, ancak bu sefer durum kanalı kullanıyorlar, blok zinciri üzerindeki sözleşmelerle etkileşimde bulunmak yerine.

• İlk adım, Alice ve Bob kişisel EOA'larından ) adresine fon yatırarak etkileşime geçerler 1,2(, bu fonlar sözleşmede kilitlenir ve yalnızca kanal kapandığında bakiyeler kullanıcıya geri döner; ikili imzayı onayladıktan sonra, ikili arasındaki durum kanalı resmi olarak açılır.
• İkinci adım, Alice ve Bob bu kanal aracılığıyla teorik olarak off-chain sınırsız sayıda işlem gerçekleştirebilirler ) mavi kesikli çizgi (, katılımcılar şifreli imza mesajlarıyla birbirleriyle iletişim kurarlar ) ve blok zincir ağıyla iletişim kurmazlar (. Her iki kullanıcı da her işlem için imza atmalıdır, böylece çift harcama kötü niyetinin önüne geçilir. Bu mesajlar aracılığıyla, hesaplarının durum güncellemelerini önerirler ve karşı tarafın önerdiği durum güncellemelerini kabul ederler.
• Üçüncü adım, eğer Alice, Bob ile olan işlemini kapatmak istiyorsa, Alice, sözleşmeye kendi hesabının son durumunu ) etkileşim 3( sunmalıdır, eğer Bob imzayı onaylarsa, sözleşme son duruma göre kilitli fonları ilgili kullanıcıya geri serbest bırakacaktır ) etkileşim 4,5(. Eğer Bob imzaya yanıt vermezse, sözleşme, itiraz süresi sona erdikten sonra kilitli fonları ilgili kullanıcıya geri serbest bırakacaktır.

![Binlerce Derinlikte Araştırma Raporu: Off-chain Ölçeklenmenin Kapsamlı Analizi])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(

Şekil 3, olumsuz durumda bir durum kanalının iş akışını göstermektedir: Öncelikle, iki katılımcı ) etkileşim 1,2( miktarını yatırır ve ardından durum güncellemelerini ) mavi kesikli çizgi ( ile değiştirmeye başlar. Diyelim ki bir noktada, Bob kendi sırası içinde Alice tarafından gönderilen durum güncellemesi imzasına ) etkileşim 3( yanıt vermez, bu durumda Alice, sözleşmeye kendi son geçerli durumunu sunarak bir meydan okuma başlatabilir ) etkileşim 4(, bu geçerli durum aynı zamanda Bob'un önceki imzasını da içerir ve böylece son işlemin Bob'un onayı alındığı kanıtlanır, son durum Bob'un onayı alınmıştır. Ardından, sözleşme Bob'un bir süre içinde sözleşmeye bir sonraki durumu sunarak yanıt vermesine izin verir; Eğer Bob yanıt verirse, ikili durum kanalında işlem yapmaya devam edebilir; Eğer Bob bu süre zarfında yanıt vermezse, sözleşme otomatik olarak durum kanalını kapatır ve fonları Alice'e iade eder ) etkileşim 5(.

![Binlerce Derinlik Araştırması: Off-chain Ölçeklenmenin Kapsamlı Analizi])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-815c5eb2bdba725e04eebe67b22d42aa.webp(

)# 3.1.4 Artılar ve Eksiler

Avantajları:

• İşlem anlık, yüksek frekanslı küçük ödemeler için uygundur.
• Düşük işlem ücretleri
• Gizlilik yüksek, off-chain işlemler açık olmayacak
• Yüksek ölçeklenebilirlik, teorik olarak sonsuz TPS

Eksiler:

• Fonların kilitlenmesi gerekiyor
• Kanal kapandığında on-chain onayı gereklidir
• Katılımcıların çevrimiçi kalması gerekmektedir.
• Büyük tutar veya düşük frekanslı işlemler için uygun değildir
• Fon hırsızlığı riski

3.1.5 Uygulama

Bitcoin Lightning Network

Özet:

Lightning Network, Bitcoin ağı için bir mikro ödeme kanalıdır ve genel teknik evrimi şunları içerir: 2/2 çoklu imza ile tek yönlü ödeme kanalı oluşturma, RSMC###Revocable Sequence Maturity Contract( eklenerek çift yönlü ödeme kanalı oluşturma, ardından ekleme.