Analisis Kedalaman Ekspansi off-chain

1. Kebutuhan untuk Memperbesar Kapasitas

Masa depan blockchain adalah visi yang megah: desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas. Namun, biasanya blockchain hanya dapat memenuhi dua dari ketiga hal tersebut, dan memenuhi ketiga persyaratan ini dikenal sebagai masalah segitiga tak mungkin dalam blockchain. Selama bertahun-tahun, orang-orang telah menjelajahi bagaimana menyelesaikan tantangan ini, bagaimana meningkatkan throughput dan kecepatan transaksi blockchain sambil memastikan desentralisasi dan keamanan, yaitu menyelesaikan masalah skalabilitas, adalah salah satu topik hangat yang dibahas dalam proses perkembangan blockchain saat ini.

Mari kita secara umum mendefinisikan desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas blockchain:

• Desentralisasi: Siapa pun dapat menjadi node untuk berpartisipasi dalam produksi dan verifikasi sistem blockchain, semakin banyak jumlah node, semakin tinggi tingkat desentralisasi, sehingga memastikan jaringan tidak berada di bawah kendali sekelompok kecil peserta terpusat yang besar.
• Keamanan: Semakin tinggi biaya yang dikeluarkan untuk mendapatkan kendali atas sistem blockchain, semakin tinggi keamanannya, sehingga rantai dapat menahan serangan dari proporsi peserta yang lebih besar.
• Skalabilitas: kemampuan blockchain untuk memproses banyak transaksi.

Fork besar pertama di jaringan Bitcoin berasal dari masalah skalabilitas. Seiring bertambahnya jumlah pengguna dan volume transaksi Bitcoin, jaringan Bitcoin yang memiliki batas maksimum 1MB per blok mulai menghadapi masalah kemacetan; sejak tahun 2015, komunitas Bitcoin telah memiliki perbedaan pendapat tentang masalah skalabilitas, satu pihak adalah kaum pro-skala yang diwakili oleh Bitcoin ABC yang mendukung perluasan blok, sementara pihak lain adalah kaum blok kecil yang diwakili oleh Bitcoin Core, yang berpendapat bahwa seharusnya menggunakan solusi Segwit untuk mengoptimalkan struktur rantai utama. Pada 1 Agustus 2017, Bitcoin ABC mulai menjalankan sistem klien yang dikembangkan sendiri hingga 8MB, yang menyebabkan munculnya fork besar pertama dalam sejarah Bitcoin, dan juga melahirkan jenis koin baru BCH.

Demikian juga, jaringan Ethereum memilih untuk mengorbankan sebagian dari skalabilitas untuk menjaga keamanan dan desentralisasi jaringan; meskipun jaringan Ethereum tidak membatasi jumlah transaksi dengan membatasi ukuran blok seperti jaringan Bitcoin, tetapi secara tidak langsung berubah menjadi menetapkan batas pada biaya bahan bakar yang dapat ditampung dalam satu blok, tetapi tujuannya tetap untuk mencapai Konsensus Tanpa Kepercayaan dan memastikan distribusi node yang luas ( baik menghapus maupun meningkatkan batasan akan menghapus banyak node kecil yang kekurangan bandwidth, penyimpanan, dan komputasi ).

Dari CryptoKitties pada tahun 2017, musim DeFi, hingga kebangkitan aplikasi on-chain seperti GameFi dan NFT, pasar terus meningkat permintaan terhadap throughput. Namun, bahkan Ethereum yang Turing-complete hanya dapat menangani 15~45 transaksi per detik ( TPS ), yang mengakibatkan biaya transaksi terus meningkat, waktu penyelesaian menjadi lebih lama, dan sebagian besar Dapps sulit untuk menanggung biaya operasional. Seluruh jaringan juga menjadi lambat dan mahal bagi pengguna, sehingga masalah skalabilitas blockchain mendesak untuk diselesaikan. Solusi skalabilitas dalam keadaan ideal adalah: tanpa mengorbankan desentralisasi dan keamanan, juga dapat meningkatkan kecepatan transaksi jaringan blockchain ( waktu finalitas yang lebih pendek ) dan throughput transaksi ( TPS yang lebih tinggi ).

2. Jenis Rencana Perluasan

Kami membagi rencana perluasan menjadi dua kategori besar, yaitu perluasan on-chain dan perluasan off-chain, berdasarkan "apakah akan mengubah satu lapisan mainnet" sebagai standar.

2.1 ekspansi on-chain

Konsep inti: solusi untuk mencapai efek skalabilitas dengan mengubah lapisan protokol jaringan utama, saat ini solusi utama adalah sharding.

Ada berbagai solusi untuk skalabilitas on-chain, artikel ini tidak akan membahas lebih lanjut, berikut adalah dua solusi yang dijelaskan secara singkat:

• Opsi satu adalah memperluas ruang blok, yaitu meningkatkan jumlah transaksi yang dikemas dalam setiap blok, tetapi ini akan meningkatkan tuntutan terhadap perangkat node berkinerja tinggi, meningkatkan ambang batas untuk bergabung sebagai node, dan mengurangi tingkat "desentralisasi".
• Rencana kedua adalah sharding, membagi buku besar blockchain menjadi beberapa bagian, bukan setiap node berpartisipasi dalam semua pencatatan, tetapi berbagai shard atau node yang berbeda bertanggung jawab untuk pencatatan yang berbeda, komputasi paralel dapat memproses beberapa transaksi secara bersamaan; ini dapat mengurangi tekanan komputasi pada node dan ambang batas untuk bergabung, meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi dan tingkat desentralisasi; tetapi ini berarti kekuatan komputasi di seluruh jaringan terdistribusi, yang akan mengurangi "keamanan" seluruh jaringan.

Mengubah kode protokol jaringan utama dapat menghasilkan dampak negatif yang tidak terduga, karena setiap celah keamanan kecil pada lapisan dasar dapat mengancam keamanan seluruh jaringan secara serius, dan jaringan mungkin terpaksa melakukan fork atau interupsi untuk perbaikan upgrade. Contohnya, insiden celah inflasi Zcash pada tahun 2018: Kode Zcash didasarkan pada modifikasi kode versi Bitcoin 0.11.2, pada tahun 2018 seorang insinyur menemukan adanya celah berbahaya pada kode dasarnya, yaitu token dapat diterbitkan tanpa batas, dan tim kemudian menghabiskan waktu 8 bulan untuk memperbaiki secara rahasia, insiden tersebut baru diumumkan setelah perbaikan celah.

2.2 off-chain ekspansi

Konsep inti: solusi skalabilitas yang tidak mengubah protokol jaringan utama lapisan satu yang ada.

Solusi peningkatan off-chain dapat dibagi lagi menjadi Layer2 dan solusi lainnya:

3. Solusi Ekspansi off-chain

3.1 Saluran Negara

3.1.1 Ringkasan

Saluran status mengatur bahwa hanya saat saluran dibuka, ditutup, atau menyelesaikan sengketa, pengguna perlu berinteraksi dengan jaringan utama, dan interaksi antara pengguna dilakukan off-chain, untuk mengurangi waktu dan biaya transaksi pengguna, serta untuk mencapai jumlah transaksi yang tidak terbatas.

Saluran status adalah protokol P2P sederhana yang cocok untuk "aplikasi berbasis giliran", misalnya, permainan catur dua orang. Setiap saluran dikelola oleh kontrak pintar multi-tanda tangan yang berjalan di jaringan utama, yang mengontrol aset yang disimpan dalam saluran, memverifikasi pembaruan status, dan mengadili sengketa antara peserta ( berdasarkan bukti penipuan dengan tanda tangan dan cap waktu ). Setelah peserta menerapkan kontrak di jaringan blockchain, mereka menyetor sejumlah dana dan menguncinya, setelah kedua belah pihak menandatangani dan mengonfirmasi, saluran secara resmi dibuka. Saluran memungkinkan transaksi gratis tanpa batas antara peserta secara off-chain ( selama nilai bersih transfer mereka tidak melebihi total token yang disetor ). Peserta secara bergiliran mengirimkan pembaruan status kepada satu sama lain, menunggu konfirmasi tanda tangan dari pihak lain. Setelah pihak lain menandatangani dan mengonfirmasi, pembaruan status ini dianggap selesai. Dalam keadaan normal, pembaruan status yang disepakati oleh kedua belah pihak tidak diunggah ke jaringan utama, hanya dalam kasus sengketa atau penutupan saluran, baru akan bergantung pada konfirmasi jaringan utama. Ketika perlu menutup saluran, salah satu peserta dapat mengajukan permintaan transaksi di jaringan utama, jika permintaan keluar mendapatkan persetujuan tanda tangan secara konsensus, maka di jaringan utama akan segera dieksekusi, yaitu kontrak pintar akan mendistribusikan sisa dana yang terkunci berdasarkan saldo setiap peserta pada status akhir saluran; jika peserta lain tidak menyetujui dengan tanda tangan, maka semua orang harus menunggu berakhirnya "masa tantangan" untuk menerima sisa dana.

Dengan demikian, skema saluran status dapat secara signifikan mengurangi beban perhitungan jaringan utama, meningkatkan kecepatan transaksi, dan mengurangi biaya transaksi.

3.1.2 Garis Waktu

• 2015/02, Joseph Poon dan Thaddeus Dryja merilis draf buku putih jaringan Lightning.
• 2015/11, Jeff Coleman pertama kali merangkum secara sistematis konsep State Channel, mengusulkan bahwa Payment Channel Bitcoin adalah salah satu sub-kasus dari konsep State Channel.
• 2016/01, Joseph Poon dan Thaddeus Dryja secara resmi menerbitkan makalah berjudul "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments" yang mengusulkan solusi skalabilitas jaringan Bitcoin dengan Payment Channel( saluran pembayaran), solusi ini hanya digunakan untuk memproses pembayaran transfer di jaringan Bitcoin.
• 2017/11, spesifikasi desain pertama tentang State Channel yang berbasis pada kerangka Payment Channel, Sprites, diajukan.
• 2018/06, Counterfactual mengajukan desain Generalized State Channels yang sangat rinci, ini adalah desain pertama yang sepenuhnya terkait dengan saluran status.
• 2018/10, artikel Generalised State Channel Networks mengajukan konsep State Channel Networks dan Virtual Channels.
• 2019/02, konsep saluran status diperluas menjadi N-Party Channels, Nitro adalah protokol pertama yang dibangun berdasarkan ide tersebut.
• 2019/10, Pisa memperluas konsep Watchtowers untuk mengatasi masalah semua peserta yang perlu tetap online.
• 2020/03, Hydra mengajukan Fast Isomorphic Channels.

3.1.3 Prinsip Teknologi

Prinsip teknis dari saluran status adalah sebagai berikut:

1. Alice dan Bob menyetorkan dana dari EOA pribadi mereka ke alamat kontrak on-chain, dana ini dikunci dalam kontrak sampai saldo dikembalikan kepada pengguna saat saluran ditutup; setelah kedua pihak menandatangani konfirmasi, saluran status antara keduanya resmi dibuka.

2. Alice dan Bob secara teoritis dapat melakukan transaksi tanpa batas melalui saluran ini di off-chain, peserta berkomunikasi satu sama lain melalui pesan tanda tangan terenkripsi ( daripada berkomunikasi dengan jaringan blockchain ). Kedua pengguna perlu menandatangani setiap transaksi untuk mencegah penipuan double spend. Melalui pesan-pesan ini, mereka mengusulkan pembaruan status akun mereka dan menerima pembaruan status yang diusulkan oleh pihak lain.

3. Jika Alice ingin menutup saluran dan mengakhiri transaksi dengan Bob, Alice perlu mengirimkan status akhir dari akunnya ke kontrak. Jika Bob menandatangani persetujuan, kontrak akan melepaskan dana yang terkunci berdasarkan status akhir dan mengembalikannya kepada pengguna yang bersangkutan. Jika Bob tidak merespons tanda tangan, kontrak akan melepaskan dana yang terkunci dan mengembalikannya kepada pengguna yang bersangkutan setelah periode tantangan berakhir.

3.1.4 Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan:

• Konfirmasi Instan
• Biaya rendah
• Privasi baik
• Skalabilitas tinggi
• Cocok untuk perdagangan kecil yang sering

Kekurangan:

• Memerlukan penguncian dana sebelumnya
• Pihak yang terlibat perlu tetap online
• Tidak cocok untuk pembayaran besar
• Jumlah saluran dan jumlah peserta terbatas
• Memerlukan pemantauan pihak ketiga untuk menjamin keamanan

3.1.5 Aplikasi

1. Jaringan Lightning Bitcoin

Ringkasan: Jaringan Lightning adalah saluran pembayaran kecil untuk jaringan Bitcoin, yang mengalami evolusi teknologi secara keseluruhan: membangun saluran pembayaran satu arah dengan tanda tangan 2/2, setelah menambahkan RSMC dapat membangun saluran pembayaran dua arah, dan setelah menambahkan HTLC dapat menghubungkan saluran pembayaran untuk memperluas ke pembayaran multi-pihak, akhirnya membangun jaringan pembayaran yaitu Jaringan Lightning. Melalui saluran pembayaran kecil off-chain, lalu dengan bantuan perantara membentuk jaringan transaksi, dapat menyelesaikan masalah skalabilitas jaringan Bitcoin. Penggunaan keseluruhan Jaringan Lightning mengikuti proses "setoran ( membangun saluran ) → transaksi Jaringan Lightning ( memperbarui status saluran ) → pengembalian dana/penyelesaian ( mengakhiri saluran )"; secara teori, Jaringan Lightning dapat memproses satu juta transaksi per detik.

Garis waktu:

• Pada bulan Februari 2015, Joseph Poon dan Thaddeus Dryja merilis draf buku putih jaringan Lightning;
• Pada Januari 2016, versi resmi buku putih dirilis dan Lightning Labs didirikan;
• Pada 15 Maret 2018, Lightning Labs merilis versi utama pertama dari jaringan Lightning, Lightning Network Daemon (LND) versi 0.4.
• Pada awal tahun 2021, kapasitas publik jaringan Lightning (TVL) hanya sekitar 40 juta dolar, dengan kurang dari 100 ribu pengguna yang menggunakan jaringan Lightning.
• Juni 2021, El Salvador mengumumkan penggunaan Bitcoin sebagai mata uang resmi, dan pada bulan September meluncurkan dompet Chivo yang berbasis pada jaringan Lightning.
• Pada tahun 2022, Cash App dan 26 platform perdagangan cryptocurrency termasuk OKX, Kraken, Bitfinex mengumumkan dukungan untuk jaringan Lightning, memungkinkan fungsi penyetoran dan penarikan BTC yang instan dan murah.
• Pada Oktober 2022, Lightning Labs merilis protokol baru yang berbasis Taproot—Taro protocol(versi alpha), yang saat ini sedang dalam pengujian di jaringan pengujian, dan di masa depan akan dapat digunakan untuk mencetak, mengirim, dan menerima aset di jaringan Bitcoin, serta melakukan transaksi instan, berkapasitas besar, dan biaya rendah melalui jaringan Lightning.
• Pada 23 November 2022, menurut 1ml.com, jaringan Lightning memiliki total 76.236 saluran pembayaran, dengan dana saluran sebesar 5049 $.