Jump Crypto: 다양한 블록체인 확장 솔루션에 대한 자세한 설명
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원래 제목: "A Framework for Analyzing L1s》
원문 편집: 후타오, 체인캐처
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Jump Crypto: 레이어 1 분석 프레임워크 구축 방법
소개하다
기사기사에서는 특히 최근에 구축된 수많은 새로운 체인을 고려하여 L1을 분석하기 위한 프레임워크를 개발합니다. 우리는 또한 이러한 많은 새로운 L1의 동기가 주로 블록체인 확장성에 대한 솔루션을 찾는 데 초점을 맞추고 있음을 간략하게 언급합니다. 이러한 솔루션 중 일부를 자세히 살펴보겠습니다. 이 문서에서는 다음을 목표로 합니다.
다양한 Layer 1 및 Layer 2 스케일링 솔루션에 대한 개요를 제공합니다.
몇 가지 핵심 차원에 따라 이러한 다양한 솔루션을 분석하고 비교합니다.
확장성 트릴레마
확장성 트릴레마
2017년 초에블로그 게시물에서 Vitalik Buterin은 블록체인 시스템의 실행 가능성을 정의하는 세 가지 주요 속성인 (1) 탈중앙화, (2) 보안 및 (3) 확장성을 언급하는 확장성 트릴레마를 제안합니다.
이 세 가지 중에서 확장성은 다른 두 기둥을 과도하게 손상시키지 않고 해결하기 가장 어려운 문제로 남아 있다고 생각합니다. 보안 및 분산화는 이러한 시스템의 성능에 여전히 중요하지만 나중에 살펴보겠지만 분산 시스템 확장 문제를 해결하는 것은 매우 근본적인 이유에 의해 추진되는 분산화 및 보안에 대한 주요 혁신을 제공합니다. 따라서 우리는 블록체인을 효율적으로 확장할 수 있는 능력이 보다 일반적으로 암호화폐 산업의 미래 성공을 결정하는 핵심 요소가 될 것임을 강조합니다.
대체로 확장에는 계층 1과 계층 2의 두 가지 주요 범주가 있습니다. 둘 다 블록체인의 처리량을 늘리는 데 관련되고 중요하지만 Web3 스택의 다른 측면 또는 레이어에 중점을 둡니다. 확장성은 확실히 지난 몇 년 동안 많은 관심을 받았고, 특히 소매 사용량이 계속 증가하고 거래량이 증가함에 따라 블록체인 기술의 대량 채택을 위한 핵심 경로로 자주 선전됩니다.
계층 1(L1)
계층 1 몇 가지 주요 확장 아키텍처가 눈에 띕니다.
상태 샤딩
병렬 실행
유효기간 증명서
유효기간 증명서
상태 샤딩
여러 종류의 샤딩이 있지만 핵심 원칙은 항상 동일합니다.
샤딩은 확인 및 계산 비용을 분산하므로 각 노드가 각 트랜잭션을 확인할 필요가 없습니다.
더 큰 체인과 마찬가지로 샤드의 노드는 (1) 트랜잭션을 릴레이하고, (2) 트랜잭션을 확인하고, (3) 샤드 상태를 저장해야 합니다.
샤드 체인은 (1) 효율적인 합의 메커니즘, (2) 보안 증명 또는 서명 집계를 통해 비샤드 체인의 보안 기본 요소를 보존해야 합니다.
샤딩을 사용하면 체인을 K개의 서로 다른 독립적인 하위 네트워크 또는 샤드로 분할할 수 있습니다. 네트워크에 총 N개의 노드가 있는 경우 K개의 서브넷 각각을 운영하는 N/K개의 노드가 있습니다. 주어진 샤드(예: K_1)의 노드 집합이 블록의 유효성을 검사할 때 하위 네트워크가 유효하다는 증거 또는 서명 집합을 제공합니다. 그런 다음 S-{K_1}가 해야 할 다른 모든 노드는 서명 또는 증명을 확인하는 것입니다. (검증은 일반적으로 계산 자체를 다시 실행하는 것보다 훨씬 적은 시간이 걸립니다).
여기여기Vitalik의 보다 자세한 기술 설명은 여기에서 찾을 수 있습니다. 샤딩은 이더리움 2.0의 개발 로드맵과 최근 몇 년 동안 가장 눈에 띄는 기본 구성 요소입니다.
병렬 실행
샤딩과 병렬 실행은 여러 면에서 유사합니다. 샤딩은 서로 다른 서브체인에서 블록을 병렬로 검증하려고 시도하는 반면 병렬 실행은 개별 노드에 대한 트랜잭션 처리 작업을 분리하는 데 중점을 둡니다. 이 아키텍처의 효과는 이제 노드가 수천 개의 계약을 병렬로 처리할 수 있다는 것입니다!
기사기사합의 모델
합의 모델
합의는 레이어 1 블록체인 프로토콜의 핵심입니다. 트랜잭션/데이터가 온체인에서 마무리되기 위해서는 네트워크 참가자가 체인 상태에 대해 상호 동의할 수 있는 방법이 필요합니다. 따라서 합의는 새로운 트랜잭션이 추가되고 체인이 진행됨에 따라 공유 상태의 일관성을 보장하는 수단입니다. 그러나 서로 다른 합의 메커니즘은 보안, 내결함성, 탈중앙화, 확장성 등 블록체인 성능을 측정하는 데 사용하는 주요 메트릭의 근본적인 차이로 이어질 수도 있습니다. 그러나 합의 모델만으로는 블록체인 시스템의 성능을 결정할 수 없습니다. 서로 다른 합의 모델은 궁극적으로 특정 네트워크의 효율성을 결정할 수 있는 서로 다른 확장 메커니즘에 적합합니다.
계층 2(L2)
기본적으로 계층 2 확장은 컴퓨팅이든 아니든 계층 1의 리소스가 엄청나게 비싸다는 전제를 기반으로 합니다. 사용자, 서비스 및 기타 커뮤니티 참가자의 비용을 줄이려면 무거운 계산 부하를 오프체인(계층 2)으로 옮기면서 동시에 계층 1의 암호화 및 게임 이론적 프리미티브가 제공하는 기본 보안 보장을 유지하려고 시도해야 합니다. -개인 키 쌍, 타원 곡선, 합의 모델 등...)
이 기사이 기사제안: 무제한의 사이드 체인 생성을 허용한 다음 사기 증명(PoW, PoS)을 사용하여 레이어 1에서 트랜잭션을 완료합니다.
롤업(무엇에 좋은가)
롤업은 메시지나 트랜잭션을 온체인(레이어 1)에 기록하면서 계산을 오프체인(레이어 2)으로 옮기는 방법이기도 합니다. 그렇지 않으면 레이어 1에서 기록, 채굴 및 확인되는 트랜잭션은 레이어 2에서 기록, 집계 및 확인된 다음 원래 레이어 1에 게시됩니다. 이 모델은 (1) 기본 계층에서 컴퓨팅 리소스를 확보하고 (2) 계층 1의 기본 암호화 보안 보장을 계속 유지하는 두 가지 목표를 달성합니다.
거래는 "집계"된 다음 시퀀서에 의해 정렬된 수집 상자 계약 거래로 전달됩니다.
L2에 저장된 계약은 오프체인 계약 호출을 실행합니다.
그런 다음 계약은 새 상태의 Merkle 루트를 calldata로 L1 체인으로 다시 보냅니다.
Optimistic Rollup
유효성 검사기는 트랜잭션이 유효하다는 선험적 가정에 따라 트랜잭션을 체인에 게시합니다. 다른 유효성 검사기는 원하는 경우 거래에 도전할 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없습니다. (유죄가 입증될 때까지 무고한 모델이라고 생각하십시오). 그러나 챌린지가 시작되면 두 당사자(예: Alice와 Bob)가 분쟁 해결 프로토콜에 강제로 참여해야 합니다.
높은 수준에서 분쟁 해결 알고리즘은 다음과 같이 작동합니다.
Alice는 자신의 주장이 옳다고 주장합니다. 밥은 동의하지 않습니다.
그런 다음 Alice는 어설션을 동일한 부분으로 나눕니다(단순화를 위해 이것이 이등분이라고 가정).
그런 다음 Bob은 주장의 어느 부분(예: 전반부)이 거짓이라고 생각하는지 선택해야 합니다.
1~3단계를 재귀적으로 실행합니다.
Alice와 Bob은 하위 어설션의 크기가 하나의 명령이 될 때까지 이 게임을 합니다. 이제 프로토콜은 이 명령을 실행하기만 하면 됩니다. Alice가 맞다면 Bob은 지분을 잃게 되고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
여기에서 사용 가능Arbitrum Dispute Resolution Agreement에 대한 자세한 설명을 찾아보십시오.
낙관적 사례에서 비용은 작고/일정한 O(1)입니다. 문제가 되는 경우 알고리즘은 O(logn)에서 실행되며 여기서 n은 원래 주장의 크기입니다.
이 낙관적 검증 및 분쟁 해결 아키텍처의 주요 결과는 낙관적 롤업이 정직한 당사자 보증을 갖는다는 것입니다. 즉, 체인이 안전하려면 프로토콜이 사기를 발견하고 보고하기 위해 정직한 당사자 한 명만 있으면 됩니다.
Zero-Knowledge Rollups
오늘날 많은 블록체인 시스템과 레이어 1에서 컨센서스는 트랜잭션 계산을 효과적으로 "재실행"하여 체인에 대한 상태 업데이트를 검증함으로써 달성됩니다. 즉, 네트워크에서 트랜잭션을 완료하려면 네트워크의 노드가 동일한 계산을 수행해야 합니다. 이것은 체인의 이력을 확인하는 순진한 방법처럼 보일 수 있습니다. 그러면 많은 수의 노드에서 계산을 복제하지 않고도 트랜잭션의 정확성을 신속하게 확인할 수 있는 방법이 있는지에 대한 질문이 생깁니다. (복잡성 이론에 대한 배경 지식이 있는 사람들에게 이 아이디어는 P 대 NP의 핵심입니다.) 네, 그렇습니다! 여기서 ZK 롤업이 유용합니다. 사실상 검증 비용이 계산 수행 비용보다 훨씬 낮습니다.
이제 ZK-Rollups가 높은 수준의 보안을 유지하면서 이를 달성하는 방법을 자세히 살펴보겠습니다. 상위 수준 ZK 롤업 프로토콜에는 다음 구성 요소가 포함됩니다.
ZK 검사기- 온체인 검증 증명.
ZK Prover- 애플리케이션 또는 서비스에서 데이터를 가져오고 증명을 출력합니다.
온체인 계약-온체인 데이터를 추적하고 시스템 상태를 확인합니다.
특히 작년에는 영지식 증명 시스템이 넘쳐났습니다. (1) SNARKs (2) STARKs의 두 가지 주요 증거가 있지만 이들 사이의 경계는 매일 흐려지고 있습니다.
ZK 증명 시스템이 어떻게 작동하는지에 대한 기술적인 세부 사항은 다루지 않겠지만, 스마트 계약에서 효율적으로 검증 가능한 증명과 유사한 것을 얻을 수 있는 방법에 대한 멋진 다이어그램이 있습니다.
속도
속도
은둔
은둔
ZK 증명은 이를 확인하기 위해 계산의 기본 매개변수에 액세스할 필요가 없기 때문에 본질적으로 개인 정보를 보호합니다. 다음의 구체적인 예를 생각해 보십시오. 내가 자물쇠와 상자의 조합을 알고 있다는 것을 증명하고 싶다고 가정해 보십시오. 순진한 접근 방식은 조합을 공유하고 상자를 열어 보라고 요청하는 것입니다. 상자가 열리면 분명히 이 콤보를 알고 있습니다. 그러나 내가 그 조합에 대해 아무 것도 밝히지 않고 그 조합을 알고 있다는 것을 증명해야 한다고 가정해 봅시다. 작동 방식을 보여주기 위해 간단한 ZK 방지 프로토콜을 설계해 보겠습니다.
나는 당신에게 종이에 문장을 쓰라고 요청합니다
나는 당신에게 상자를 건네주고 상자의 작은 구멍을 통해 종이를 찢으라고 말합니다.
너에게 등을 돌리고 콤보를 상자에 찔러넣어
메모를 열어서 돌려드렸습니다.
메모가 귀하의 것임을 확인했습니다!
그게 다야! 간단한 영지식 증명. 메모가 상자에 넣은 메모와 실제로 동일한지 확인하면 상자를 열 수 있으므로 상자의 조합을 선험적으로 알 수 있음을 보여 주었습니다.
이런 식으로 영지식 증명은 상대방이 가지고 있지 않을 정보를 공개하지 않고 한 당사자가 상대방에게 진술의 진실을 증명할 수 있도록 하는 데 특히 좋습니다.
EVM 호환성
EVM(Ethereum Virtual Machine)은 기본 컴퓨터 및 블록체인 관련 작업을 구현하기 위한 일련의 명령 또는 opcode를 정의합니다. Ethereum의 스마트 계약은 이 바이트코드로 컴파일됩니다. 그런 다음 바이트코드는 EVM opcode로 실행됩니다. EVM 호환성은 실행 중인 가상 머신의 명령어 세트와 EVM 명령어 세트 사이에 1:1 매핑이 있음을 의미합니다.
오늘날 시장에서 가장 큰 레이어 2 솔루션은 이더리움 위에 구축됩니다. Ethereum 네이티브 프로젝트가 레이어 2로 마이그레이션하려는 경우 EVM 호환성은 원활한 최소 코드 확장 경로를 제공합니다. 프로젝트는 L2에서 계약을 재배포하고 L1에서 토큰을 연결하기만 하면 됩니다.
브리징
브리징
L2는 별도의 체인이므로 기본 L1 토큰을 자동으로 상속하지 않습니다. 이더리움의 네이티브 L1 토큰은 그곳에 배포된 dApp 및 서비스와 상호 작용하기 위해 해당 L2에 연결되어야 합니다. 토큰을 원활하게 연결하는 기능은 다양한 아키텍처를 탐색하는 여러 프로젝트에서 핵심 과제로 남아 있습니다. 일반적으로 사용자가 depositL1을 호출하면 L2 측에서 동등한 토큰을 발행해야 합니다. 이 프로세스를 위한 매우 일반적인 아키텍처를 설계하는 것은 광범위한 토큰 및 토큰 표준 기반 프로토콜로 인해 특히 어려울 수 있습니다.
최종성
완결성은 온체인 트랜잭션의 유효성을 확인하는 능력을 의미합니다. 레이어 1에서 사용자가 트랜잭션을 제출하면 거의 즉각적입니다. (노드가 mempool에서 트랜잭션을 처리하는 데 시간이 걸리지만). 레이어 2에서는 반드시 그런 것은 아닙니다. 낙관적 롤업 프로토콜을 실행하는 레이어 2 체인에 제출된 상태 업데이트는 먼저 업데이트가 유효하다고 가정합니다. 그러나 이 업데이트를 제출하는 유효성 검사기가 악의적인 경우 정직한 당사자가 주장에 이의를 제기할 수 있는 충분한 시간이 필요합니다. 일반적으로 이 챌린지 기간은 약 7일로 설정됩니다. 평균적으로 L2에서 자금을 인출하려는 사용자는 약 2주를 기다려야 할 수 있습니다!
반면에 ZK 롤업은 각 상태 업데이트가 증명 시스템을 사용하여 확인되기 때문에 그렇게 긴 챌린지 기간이 필요하지 않습니다. 따라서 ZK 롤업 프로토콜의 트랜잭션은 기본 레이어 1의 트랜잭션만큼 최종적입니다. 당연히,ZK 롤업이 제공하는 즉각적인 완결성은 L2 스케일링 우세를 위한 전투에서 핵심 이점이 되었습니다.
낙관적 롤업이 반드시 L1에서 빠른 완결성을 보장하지는 않지만 빠른 인출은 사용자가 챌린지 기간이 끝나기 전에 자금에 액세스할 수 있도록 함으로써 명확하고 사용하기 쉬운 솔루션을 제공한다고 주장하는 사람들도 있습니다. 이것은 사용자가 유동성에 액세스할 수 있는 방법을 제공하지만 이 접근 방식에는 몇 가지 문제가 있습니다.
L2에서 L1로의 인출을 위한 유동성 풀을 유지하기 위한 추가 오버헤드.
빠른 인출은 보편적이지 않습니다. 코인 인출만 지원됩니다. L2에서 L1로의 임의 통화는 지원되지 않습니다.
유동성 공급자는 도전 기간이 끝날 때까지 거래의 유효성을 보장할 수 없습니다.
유동성 공급자는 (1) 유동성을 제공하는 사람들을 신뢰하여 분권화의 이점을 제한하고, (2) 자체 사기/유효성 증명을 구성하여 계약의 L2 체인 목적에 내장된 사기 증명/합의를 활용하여 효과적으로 대응해야 합니다.
시퀀싱
분류기는 다른 풀 노드와 비슷하지만 받은 편지함 대기열의 트랜잭션 정렬을 임의로 제어할 수 있습니다. 이 순서가 없으면 네트워크의 다른 노드/참가자는 특정 트랜잭션 배치의 결과를 결정할 수 없습니다. 이러한 의미에서 이는 트랜잭션을 실행할 때 사용자에게 어느 정도의 확실성을 제공합니다.
여기여기그리고여기분산 공정 분류에 대해 많은 작업/연구가 수행되고 있다는 사실에 안심하십시오.
자본 효율성
자본 효율성
낙관적 롤업과 ZK 롤업 간의 또 다른 비교 포인트는 자본 효율성입니다. 앞서 언급한 바와 같이 낙관적 L2는 사기 증명에 의존하여 체인을 보호하는 반면 ZK 롤업은 유효성 증명을 활용합니다.
사기 증명이 제공하는 보안은 간단한 게임 이론 원칙에 기반합니다. 공격자가 체인을 포크하려고 시도하는 비용은 네트워크에서 추출할 수 있는 가치를 초과해야 합니다. 낙관적 롤업의 경우 유효성 검사기는 체인이 진행됨에 따라 유효할 것이라고 믿는 롤업 블록에 일정량의 토큰(예: ETH)을 스테이킹합니다. 악의적인 행위자(정직한 노드에 의해 유죄 판결을 받고 보고된 행위자)는 벌금이 부과됩니다.
따라서 자본 효율성과 안전성 사이에는 근본적인 트레이드 오프가 있습니다. 자본 효율성을 개선하려면 대기 시간/챌린지 기간을 줄이는 동시에 사기 주장이 네트워크의 다른 검증자에 의해 감지되거나 도전받지 않을 가능성을 높여야 할 수 있습니다.
지연 기간을 이동하는 것은 자본 효율성 대 지연 기간 곡선을 따라 이동하는 것과 같습니다. 그러나 대기 시간이 변경되면 사용자는 안전성과 완결성 간의 균형에 미치는 영향을 고려해야 합니다. 그렇지 않으면 변경 사항에 무관심할 것입니다.
이것은이것은Offchain Labs의 Ed Felten이 지연 기간의 최적 길이를 결정한 방법에 대해 자세히 설명합니다.
첫 번째 레벨 제목
앱별 체인/확장
다중 체인 미래에 대해 이야기할 때 정확히 무엇을 의미합니까? 아키텍처가 다른 많은 수의 고성능 레이어 1, 더 많은 레이어 2 스케일링 솔루션 또는 맞춤형 사용 사례를 위한 맞춤형 최적화가 포함된 몇 개의 레이어 3 체인이 있습니까?
우리는 블록체인 기반 서비스에 대한 수요가 근본적으로 특정 유형의 애플리케이션에 대한 사용자 수요에 의해 주도될 것이라고 믿습니다. NFT 채굴이든 대출, 스테이킹 등을 위한 DeFi 프로토콜이든 장기적으로 보면 우리는 사용자가 기본 기본 요소(이 경우 정착, 확장성 및 보안을 위한 핵심 인프라를 제공하는 L1 및 L2)에서 추상화하기를 원할 것으로 예상합니다.
애플리케이션별 체인은 좁은 최적화를 활용하여 고성능 서비스를 배포하는 메커니즘을 제공합니다. 따라서 우리는 이러한 유형의 체인이 대량 채택을 유도하도록 설계된 Web3 인프라의 핵심 구성 요소가 될 것으로 기대합니다.
이러한 체인이 나타나는 두 가지 주요 방법이 있습니다.
자체 기본 요소가 있는 별도의 생태계는 매우 특정한 애플리케이션에 중점을 둡니다.
기존 L1 및 L2 체인 위에 구축된 추가 계층이지만 특정 사용 사례에 대한 성능을 최적화하도록 미세 조정되었습니다.
이러한 독립적인 체인은 중단기적으로 상당한 성장을 보일 가능성이 있지만 이는 지속 가능한 관심과 사용의 신호라기보다는 단기적인 참신함의 기능이라고 생각합니다. 지금도 Celo와 같은 더 성숙한 애플리케이션 특정 체인은 상대적으로 드문 것 같습니다. 이러한 독립형 애플리케이션별 체인 생태계는 특정 사용 사례에 대해 우수한 성능을 제공하지만 다른 범용 생태계를 매우 강력하게 만드는 기능이 부족한 경우가 많습니다.
유연성 및 사용 용이성
고도로 구성 가능
유동성 집계 및 기본 자산에 대한 액세스
차세대 확장 인프라는 이 두 가지 접근 방식 사이에서 균형을 유지해야 합니다.
프랙탈 확장 방법
어떻게 작동합니까?
어떻게 작동합니까?
트랜잭션은 제공하려는 시나리오에 따라 로컬 인스턴스 간에 분할됩니다.
기본 L1/L2 계층의 보안, 확장성 및 개인 정보 보호 속성을 활용하면서 고유한 사용자 지정 요구 사항에 맞게 최적화
증명 및 재귀 증명을 기반으로 한 새로운 아키텍처(저장 및 계산용)를 활용합니다.
이것은
이것은Starkware의 훌륭한 기사는 프랙탈 스케일링의 아키텍처에 대해 설명합니다.
생각을 끝내다
블록체인 확장은 지난 몇 년 동안 더욱 두드러지게 나타났습니다. 그만한 이유가 있습니다. 이더리움과 같이 고도로 분산된 체인에서 유효성을 검사하는 계산 비용이 불가능해졌습니다. 블록체인의 인기와 함께 체인에서 트랜잭션의 계산 복잡성도 빠르게 증가하여 체인 보안 비용이 더욱 증가합니다. 동적 샤딩과 같은 기존 레이어 1 및 아키텍처에 대한 최적화는 매우 가치가 있을 수 있지만 수요가 급격히 증가함에 따라 안전하고 확장 가능하며 지속 가능한 분산 시스템을 개발하기 위한 보다 미묘한 접근 방식이 필요합니다.
우리는 이 접근 방식이 특정 응용 프로그램에 대한 범용 계산 및 개인 정보 보호 논리를 포함하여 특정 동작에 최적화된 체인 계층을 구축하는 데 기반을 두고 있다고 생각합니다. 따라서 롤업 및 기타 레이어 2 기술은 오프체인 계산/저장 및 빠른 검증을 가능하게 하여 처리량을 확장하는 데 핵심적인 역할을 합니다.
인용하다
인용하다
