Kênh trạng thái: tương tác ngoài chuỗi và thanh lý trên chuỗi, đi bằng hai chân

Đồng sản xuất bởi Viện nghiên cứu Tongzhengtong × FENBUSHI DIGITAL

Văn bản: Song Shuangjie, CFA; Cheng Dongfeng

Văn bản: Song Shuangjie, CFA; Cheng Dongfeng

hướng dẫn

hướng dẫn

Bản tóm tắt

Các kênh trạng thái là một giải pháp mở rộng phổ biến. Quỹ Ethereum gần đây đã tiết lộ ngân sách hàng năm là 30 triệu đô la Mỹ, trong đó 19 triệu đô la Mỹ được sử dụng để phát triển Ethereum 2.0 bao gồm các kênh trạng thái và Plasma. Kênh trạng thái dự kiến ​​sẽ thúc đẩy ứng dụng thương mại quy mô lớn của chuỗi khối.

Bản tóm tắt

Tam giác bất khả thi của chuỗi khối có nghĩa là ba đặc điểm phân cấp, bảo mật và khả năng mở rộng không thể được thỏa mãn cùng một lúc.

Bằng cách cô lập tương tác ngoài chuỗi và thanh toán bù trừ trên chuỗi, giải pháp kênh trạng thái có thể đạt được các giao dịch nhanh hơn và chi phí thấp hơn trong khi vẫn đảm bảo một mức độ phân cấp nhất định và bảo mật tài sản. Là một giải pháp mở rộng ngoài chuỗi, kênh trạng thái được chia thành ba cấp độ từ chung đến đặc biệt: kênh trạng thái chung, kênh trạng thái và kênh thanh toán.

Các vấn đề chính mà kênh trạng thái gặp phải bao gồm sự cố định tuyến, sự cố cân bằng kênh, sự cố ngoại tuyến nút và sự cố khóa ký gửi.

So với sơ đồ mở rộng trên chuỗi, kênh trạng thái tách biệt khéo léo các chức năng trên chuỗi và ngoài chuỗi. Việc áp dụng sơ đồ này không cần thay đổi cấu trúc của chuỗi công khai và kết hợp các tính năng bảo mật và phân quyền trên chuỗi và khả năng mở rộng của chuỗi ngoại tuyến, nhưng từ góc độ của hệ sinh thái tổng thể, do các vấn đề có thể xảy ra trong quá trình giao tiếp giữa chuỗi và chuỗi, kênh trạng thái vẫn thuộc về sự cân bằng mới về bảo mật, phân cấp và khả năng mở rộng. So với các giải pháp mở rộng ngoài chuỗi khác, kênh trạng thái có quyền riêng tư tốt hơn và có thể đạt được hiệu quả ngay lập tức. Nó đặc biệt phù hợp với tương tác tần suất cao giữa các bên cố định. Nhược điểm của nó là yêu cầu các nút trung gian "ứng trước" tiền, yêu cầu các nút phải được trực tuyến theo thời gian thực Giới thiệu bên thứ ba để giám sát.

Mục lục

Cảnh báo rủi ro: độc quyền nút trung gian, lỗ hổng bảo mật

Mục lục

1 Tổng quan về kênh trạng thái

2 Ba cấp kênh trạng thái

2.1 Kênh trạng thái chung

2.2 Kênh trạng thái

2.3 Kênh thanh toán

3 vấn đề chính cần khắc phục trong kênh nhà nước

3.1 Vấn đề định tuyến

3.1.1 Hợp đồng khóa thời gian băm (HTLC, Hợp đồng khóa thời gian băm)

3.1.2 Kênh ảo (Virtual Channel)

3.1.3 Siêu kênh

3.2 Vấn đề cân bằng kênh

3.3 Sự cố ngoại tuyến nút

3.4 Vấn đề khóa ký quỹ

4.1 So sánh với các giải pháp mở rộng trên chuỗi

chữ

chữ

State Channel (Kênh trạng thái) là một trong những giải pháp mở rộng blockchain off-chain, hiện nay rất nhiều dự án nổi tiếng đã áp dụng giải pháp công nghệ State Channel.

tiêu đề phụ

1 Tổng quan về kênh trạng thái

Tất cả các nút trong chuỗi khối thực hiện các tính toán giống nhau và lưu trữ cùng một dữ liệu.Cấu trúc dự phòng như vậy đảm bảo tính bảo mật và phân cấp, nhưng cũng khiến chuỗi khối xử lý các giao dịch rất chậm và tốn kém.

Mở rộng ngoài chuỗi, còn được gọi là mở rộng lớp 2, là một giải pháp mở rộng lớp ứng dụng không thay đổi giao thức cơ bản của chuỗi công khai. Lớp 1 (lớp 1) cung cấp bảo mật và lớp 2 (lớp 2) cung cấp khả năng mở rộng . Việc mở rộng ngoài chuỗi hiện chủ yếu bao gồm các giải pháp như kênh trạng thái, chuỗi bên (hoặc chuỗi phụ) và điện toán ngoài chuỗi.

Trạng thái trong kênh trạng thái đề cập đến trạng thái hiện tại của sổ cái chuỗi khối, bao gồm tên tài khoản (hoặc địa chỉ trong mô hình UTXO), số dư (hoặc đầu ra giao dịch chưa chi tiêu trong mô hình UTXO), dữ liệu hợp đồng, v.v. Kênh trạng thái là mở một kênh ngoại tuyến giữa hai hoặc nhiều bên để trao đổi trạng thái, để đạt được phí xử lý thấp hơn và đến nơi ngay lập tức.

Quy trình sử dụng giao dịch kênh trạng thái nói chung như sau:

① Bên giao dịch khóa một lượng tài sản nhất định trên chuỗi, ghi lại và mở một kênh trạng thái trên chuỗi khối;

② Các giao dịch lẫn nhau và cập nhật trạng thái được thực hiện trong kênh, nhưng không được gửi tới chuỗi;

③Khi bất kỳ bên nào muốn đóng kênh, hãy gửi trạng thái cuối cùng tới chuỗi khối để thanh lý. Nếu bên kia phản đối, họ có thể đăng ký phân xử trực tiếp trên chuỗi trong thời gian quy định.

Khi một bên cố gắng gian lận và gửi trạng thái không phải là cuối cùng có lợi cho chuỗi, bên kia có thể khiếu nại chuỗi bằng cách gửi trạng thái mới nhất có dấu thời gian. Sau khi được xác nhận, kẻ gian lận sẽ phải đối mặt với hình phạt tịch thu tài sản thế chấp. Tuy nhiên, điều này yêu cầu người dùng của kênh trạng thái phải trực tuyến trong thời gian thực, nếu một bên ngoại tuyến trong thời gian dài, việc thanh lý trên chuỗi sẽ được thực thi, điều này có thể gây ra tổn thất. Trong trường hợp này, một bên thứ ba thường được giới thiệu để giám sát xem có bất kỳ gian lận nào hay không, nhưng điều này đòi hỏi phải thiết kế một cơ chế khuyến khích kinh tế bên thứ ba hợp lý.

Sơ đồ kênh trạng thái phù hợp hơn cho các tình huống mà người tham gia cần trao đổi trạng thái nhiều lần trong một khoảng thời gian tương đối dài và nhạy cảm với phí giao dịch cho một lần chuyển. Ví dụ: trò chơi cờ vua và bài, thanh toán thông minh Internet of Things (M2M), nền tảng trò chơi, phần thưởng phát sóng trực tiếp, v.v.

tiêu đề phụ

2 Ba cấp kênh trạng thái

Là một giải pháp mở rộng ngoài chuỗi, các kênh trạng thái được chia thành ba cấp độ từ chung đến đặc biệt: Kênh trạng thái tổng quát, Kênh trạng thái và Kênh thanh toán.

2.1 Kênh trạng thái chung

Kênh trạng thái chung là một khung phát triển kênh trạng thái theo mô-đun và được tiêu chuẩn hóa, trở thành kênh trạng thái hoặc kênh thanh toán sau khi khởi tạo. Các nhà phát triển có thể dễ dàng phát triển các ứng dụng dựa trên các kênh trạng thái mà không cần nắm rõ các chi tiết kỹ thuật liên quan của các kênh trạng thái và người dùng cũng có thể cài đặt, chạy và chấm dứt DApps trong các kênh mà không cần thực hiện bất kỳ thao tác nào trên chuỗi.

Các dự án tiêu biểu bao gồm Counterfactual (khung phát triển để xây dựng các ứng dụng dựa trên các kênh trạng thái ngoài chuỗi) và Celer Network (nền tảng mở rộng lớp 2 giúp các nhà phát triển nhanh chóng xây dựng và chạy các ứng dụng phi tập trung).

2.2 Kênh trạng thái

Kênh trạng thái là kênh tương tác trạng thái trong chuỗi. Mục đích của việc trao đổi trạng thái và mở rộng ngoài chuỗi đạt được bằng cách đưa hợp đồng thông minh hoàn chỉnh Turing trên chuỗi vào thực thi ngoài chuỗi. Ví dụ game cờ vây phát triển dựa trên kênh trạng thái là trao đổi trạng thái liên tục theo chuỗi.

Các dự án tiêu biểu bao gồm Perun Network (hỗ trợ thực hiện các hợp đồng thông minh ngoài chuỗi) và FunFair (trò chơi đánh bạc dựa trên các kênh của nhà nước).

Kênh thanh toán thuộc ứng dụng cụ thể của kênh nhà nước trong lĩnh vực thanh toán. Cả hai bên tham gia giao dịch có thể thực hiện nhiều giao dịch trong kênh trạng thái cho đến khi kênh được đóng và xóa trên chuỗi. Chuyển khoản ngoài chuỗi diễn ra nhanh chóng và miễn phí. Khi một bên cố gắng thực hiện hành vi gian lận trong quá trình thanh lý trên chuỗi, sẽ có cơ chế phân xử và trừng phạt để đảm bảo an toàn cho tài sản của cả hai bên.

Các dự án tiêu biểu bao gồm Lightning Network (mạng thanh toán kênh trạng thái BTC), Raiden (phiên bản Ethereum của Lightning Network), Trinity (phiên bản Neo của Lightning Network), Liquidity Network (mạng kênh thanh toán dựa trên giao thức NOCUST).

tiêu đề phụ

3 vấn đề chính cần khắc phục trong kênh nhà nước

3.1 Vấn đề định tuyến

Để mở rộng kênh thanh toán thành mạng thanh toán, chắc chắn sẽ tiết kiệm hơn nếu thiết lập kết nối giữa hai nút không quen thuộc thông qua một nút định tuyến trên kênh trạng thái đã mở. Theo lý thuyết về sáu mức độ kết nối, chúng ta có thể kết nối với bất kỳ ai khác trên thế giới thông qua sáu mức độ kết nối. Hiện tại, chủ yếu có ba sơ đồ định tuyến:

3.1.1 Hợp đồng khóa thời gian băm (HTLC, Hợp đồng khóa thời gian băm)

Dự án tiêu biểu: Lightning Network

Người gửi gửi BTC cho người nhận đến địa chỉ đa chữ ký 1/2. Nếu người nhận không thể mở khóa BTC trong thời gian quy định trong hợp đồng bằng "chữ ký + bản mã băm", thì BTC sẽ được trả lại cho người gửi .

Như trong hình, A muốn gửi 1 BTC cho D thông qua B và C. Với tư cách là người nhận, đầu tiên D tạo một khóa riêng ngẫu nhiên r (tương đương với một khóa) và khóa chung R (tương đương với một khóa), sau đó gửi R đến A.

Trước tiên, A và B thiết lập hợp đồng khóa thời gian băm và R là "khóa", trong đó "thời gian" là 3 ngày và "bản mã băm" là khóa riêng r mà chỉ D biết. Hợp đồng này có nghĩa là miễn là B có thể nhận được khóa riêng r để mở khóa R trong vòng 3 ngày, anh ta có thể nhận được 1 BTC do A gửi trong hợp đồng thông minh, nếu không thì 1 BTC sẽ được trả lại cho A.

B cần lấy khóa riêng r để mở khóa R. Theo cùng một ý tưởng, hợp đồng thông minh giữa B và C quy định rằng miễn là C có thể lấy khóa riêng r để mở khóa R trong vòng 2 ngày, anh ta có thể nhận được 1 lần gửi bởi B trong hợp đồng thông minh. BTC, nếu không thì 1 BTC sẽ được trả lại cho B.

Cuối cùng, hợp đồng thông minh giữa C và D cũng giống nhau, miễn là D có thể mở khóa R bằng khóa riêng r trong vòng 1 ngày, anh ta có thể nhận được 1 BTC. Nó tương đương với việc D đổi private key r lấy 1 BTC "advanced" của C, C lấy private key r rồi dùng nó để mở khóa và đổi lấy 1 BTC "advanced" của B, sau đó B dùng r để unlock 1 của A BTC.

Điều đó có nghĩa là, trước tiên D tạo ra "khóa" và "chìa khóa" tương ứng, sau đó khóa lần lượt được chuyển cho A, B và C; sau khi D nhận được BTC, "khóa" được chuyển cho C, lần lượt là B và A. Theo cách này, một số nút thực hiện chuyển giao an toàn từ A sang D mà không cần tin tưởng lẫn nhau. Trong hoạt động thực tế, các nút trung gian sẽ nhận được phí dịch vụ bổ sung dưới dạng ưu đãi kinh tế (điều này cũng có nghĩa là càng nhiều nút trung gian được thông qua thì phí dịch vụ càng cao).

3.1.2 Kênh ảo (Virtual Channel)

Dự án đại diện: Perun Network

Như thể hiện trong hình, cả A và B đã mở các kênh trạng thái với I, đó là kênh X và kênh Y tương ứng. Bây giờ A và B gửi một ứng dụng đến nút trung gian I thông qua hợp đồng thông minh để thiết lập kênh ảo Z giữa A và B (được hiển thị bằng đường chấm chấm).

A đã khóa mã thông báo Z(A) trên kênh X và tương ứng tôi đã khóa mã thông báo Z(A) trên kênh Y;

B đã khóa mã thông báo Z(B) trên kênh Y và tương ứng tôi đã khóa mã thông báo Z(B) trên kênh X.

Sau khi khóa, nó tương đương với việc thiết lập một kênh ảo Z giữa A và B và hạn ngạch khả dụng tương ứng của A và B trong kênh này lần lượt là Z(A) và Z(B). Nếu A muốn chuyển 1 đường chuyền cho B, thì 1 đường chuyền sẽ được thêm vào bên trái của I, đồng thời giảm 1 đường chuyền ở bên phải và 1 đường chuyền đã giảm sẽ được chuyển cho B. Hiệu ứng đạt được chẳng khác nào tiểu thuyết võ hiệp Trong trận “đấu bò vượt núi”, A chuyển 1 quân bài cho B thông qua I để làm “bàn đạp”. Các kênh ảo cũng có thể được mở rộng hơn nữa để tạo thành các mạng lớn hơn.

So với sơ đồ hợp đồng khóa thời gian băm, các nút trung gian của sơ đồ này không cần tham gia vào mọi giao dịch và chỉ cần được thực hiện tự động thông qua hợp đồng thông minh, vì vậy nó riêng tư hơn và độ trễ thấp hơn, nhưng nó yêu cầu các nút trung gian để khóa đủ số Pass nhằm cung cấp "dịch vụ trung gian" ở cả hai đầu của kênh ảo. Ví dụ: trong ví dụ trên, nút I cần khóa ít nhất mã thông báo Z(A)+Z(B).

3.1.3 Siêu kênh

Dự án tiêu biểu: Counterfactual

Sơ đồ tương tự như kênh ảo, nhưng cấu trúc hơi khác một chút. Ví dụ: Counterfactual, sau khi khởi tạo kênh trạng thái chung, sẽ thiết lập các kênh trạng thái ủy quyền của A và I, B và I tương ứng, đồng thời thiết lập các kênh thanh toán của A và B trên cơ sở này để đạt được hiệu quả tương tự như kênh ảo.

3.2 Vấn đề cân bằng kênh

Trong mạng kênh trạng thái, việc sử dụng chiến lược định tuyến theo đường dẫn ngắn nhất của mạng máy tính truyền thống sẽ khiến kênh bị mất cân bằng, do đó sẽ khiến chiến lược định tuyến không hợp lệ và quá trình tìm đường gặp phải "ngõ cụt" và không thể chuyển giao hiệu quả giá trị. Như trong Hình 8, kênh trạng thái hai chiều bao gồm ba nút A, B và C sử dụng đường đi ngắn nhất để làm cho đường chuyền có sẵn của nút trong một kênh nhất định trở thành 0 và kênh hai chiều trở thành một. -đường kênh. Hình phía trên bên trái là trạng thái cân bằng, tương ứng với kênh hai chiều được hiển thị trong hình phía dưới bên trái. Các chứng chỉ trong hình ở giữa phía trên và hình phía trên bên phải được tập trung sang một bên, tương ứng với các kênh một chiều ở giữa phía dưới và phía dưới bên phải.

Celer Network đề xuất thuật toán định tuyến ngược áp (BackPressure), đo lường mức độ tắc nghẽn và mất cân bằng kênh của mạng cục bộ trong từng lát thời gian, sau đó thực hiện chuyển định tuyến theo hướng có trọng số áp suất ngược lớn nhất, giúp giảm tắc nghẽn mạng đồng thời đạt được sự cân bằng kênh . Sau khi thử nghiệm mạng thanh toán bao gồm 77 nút và 254 kênh trạng thái, người ta nhận thấy rằng hiệu suất của thuật toán định tuyến áp lực ngược cao hơn 15 lần so với thuật toán định tuyến đường đi ngắn nhất của Lightning Network và tỷ lệ sử dụng kênh cao hơn 20 lần.

Liquidity Network đề xuất một giao thức Revive cho phép tái cân bằng các kênh thanh toán ngoài chuỗi. Giao thức cân bằng lại số lượng tài sản mã thông báo của mỗi nút trong nhiều kênh bằng cách cho phép một nhóm các nút kênh thanh toán thực hiện một tập hợp các giao dịch, ngăn chặn việc hình thành các kênh một chiều. Cấu trúc mạng hình cây hiển thị trong hình bên trái bên dưới không thể được cân bằng lại, trong khi mạng hiển thị trong hình bên phải được Revive sử dụng chứa cấu trúc vòng, có thể nhận ra việc phân phối lại mã thông báo của các nút trong nhiều kênh từ tập trung sang thống nhất. Ví dụ: B có 200 mã thông báo trong kênh được tạo bằng D và 0 mã thông báo trong kênh được tạo bằng E. Đối với hình ảnh bên phải, nó có thể được triển khai lại thông qua cấu trúc vòng (B, D, E, B), vì vậy rằng có 100 mã thông báo trong mỗi kênh trong số hai kênh bao gồm B và D, B và E.

3.3 Sự cố ngoại tuyến nút

Như đã đề cập ở trên, kênh trạng thái là một tương tác trong chuỗi và thanh lý trên chuỗi, bất kỳ bên nào cũng có thể đóng kênh trạng thái để đạt được thanh lý và giao hàng cuối cùng. Khi cả hai bên trực tuyến cùng một lúc và đạt được thỏa thuận, có thể đạt được kết quả cuối cùng ngay lập tức. Tuy nhiên, khi một bên ngoại tuyến hoặc bên kia khởi xướng một cuộc tấn công (chẳng hạn như tấn công DDoS, phá hủy cáp mạng, v.v.), nó sẽ gây tổn thất tài sản cho bên ngoại tuyến và làm tổn hại đến tính công bằng và bảo mật của kênh trạng thái.

Trong trường hợp này, người ta nghĩ đến việc thuê ngoài nhiệm vụ giám sát cho bên thứ ba, chẳng hạn như Lightning Network monitor (Màn hình), Pisa caretaker (Người giám sát), Celer Network's State Guardian Network (Mạng Giám hộ Nhà nước).

Người theo dõi nhận được phần thưởng thông qua bằng chứng, Người giám sát có được cơ hội theo quy định thông qua tiền gửi bảo đảm cầm cố, State Guardian Network là một chuỗi bên tương tự như Plasma bao gồm những người giám hộ của bang, chủ sở hữu CELR pass (pass trong mạng Celer Network) vượt qua thế chấp Mã thông báo trở thành người giám hộ của trạng thái ngoại tuyến và càng nhiều mã thông báo được thế chấp, xác suất được ủy quyền để bảo vệ nhiệm vụ trạng thái ngoại tuyến càng lớn và do đó xác suất nhận được nhiều lợi ích càng lớn.

Với sự phát triển của việc mở rộng ngoài chuỗi và sử dụng thương mại quy mô lớn, thông qua việc thiết kế cơ chế khuyến khích kinh tế hợp lý của bên thứ ba, nó sẽ mang lại cơ hội cho các nhà cung cấp dịch vụ lớp 2.

3.4 Vấn đề khóa ký quỹ

Sơ đồ định tuyến được đề cập trong Chương 3.1, cho dù đó là hợp đồng bị khóa hàm băm, kênh ảo hay siêu kênh, đều yêu cầu một nút trung gian để "ứng trước" tiền hoặc khóa tiền gửi. Quy mô mạng càng lớn, số tiền chuyển trung bình càng lớn và khoản tiền gửi bảo đảm bị khóa trong toàn bộ mạng càng lớn thì chi phí cơ hội càng cao.

Hình dưới đây cho thấy mô hình kinh tế của Celer Network, chủ yếu bao gồm cơ chế đấu giá hỗ trợ quỹ thanh khoản (LiBA, Đấu giá hỗ trợ thanh khoản), cơ chế khai thác đảm bảo quỹ thanh khoản (Khai thác PoLC, Khai thác bằng chứng cam kết thanh khoản) và người bảo vệ trạng thái ngoài chuỗi mạng ba Thành phần một phần. Trong số đó, cơ chế Khai thác PoLC là nguồn quỹ thanh khoản chính cho mạng Celer. Nói một cách đơn giản, nó thu tiền nhàn rỗi từ các nhà cung cấp thanh khoản thông qua các hợp đồng bảo lãnh cầm cố, tương tự như cách các ngân hàng nhận tiền từ người gửi tiền, sau đó phục vụ các kênh của nhà nước thông qua Cơ chế LiBA.Các nhà cung cấp cung cấp các quỹ thanh khoản, tương tự như cho vay của ngân hàng.

Mạng Thanh khoản dựa trên trung tâm thanh toán đa bên của NOCUST, giúp giảm tình trạng khóa vốn bằng cách gộp và chia sẻ các khoản tiền thế chấp. Lightning Network yêu cầu 100% tài sản thế chấp cho tất cả các giao dịch và tài sản thế chấp bị cô lập với nhau và có tính thanh khoản kém.

tiêu đề phụ

4 So sánh kênh trạng thái và các sơ đồ mở rộng khác

4.1 So sánh với các giải pháp mở rộng trên chuỗi

So với sơ đồ mở rộng trên chuỗi, kênh trạng thái tách biệt khéo léo các chức năng trên chuỗi và ngoài chuỗi. Việc áp dụng sơ đồ này không cần thay đổi cấu trúc của chuỗi công khai và kết hợp các tính năng bảo mật và phân quyền trên chuỗi và khả năng mở rộng của chuỗi ngoại tuyến, nhưng từ góc độ của hệ sinh thái tổng thể, do các vấn đề có thể xảy ra trong quá trình giao tiếp giữa chuỗi và chuỗi, kênh trạng thái vẫn là một sự cân bằng mới về bảo mật, phân cấp và khả năng mở rộng.

4.2 So sánh với các giải pháp ngoài chuỗi khác

Ghi chú:

Ghi chú:

Vì một số lý do nên một số danh từ trong bài chưa chính xác lắm, chủ yếu như: chứng chỉ chung, chứng chỉ số, tiền kỹ thuật số, tiền tệ, token, crowdsale, v.v. Nếu bạn đọc có thắc mắc gì có thể gọi điện hoặc viết thư để cùng thảo luận .

Bài viết này ban đầu được tạo bởi Viện nghiên cứu TokenRoll (ID: TokenRoll). In lại trái phép đều bị cấm. Để in lại, vui lòng trả lời các từ khóa trong nền【Tái bản】