ステートチャネルテクノロジーの簡単な紹介

状態チャネルテクノロジーは、トランザクションを実行し、状態の更新をオフチェーンで行うために使用されます。オフチェーンテクノロジーですが、内部チャネルトランザクションは高度に保護されており、一貫性があります。エラーが発生した場合、常にオンチェーンレコードを追跡し、特定のトランザクションの詳細を確認できます。

この概念は数年前に誕生し、ビットコインのLightning Networkによって明らかにされて以来、私たちのほとんどは支払いチャネルに精通しています。ただし、一般的なステートチャネルテクノロジーは単なる支払い方法ではなく、スマートコントラクトの変更など、ブロックチェーンの「状態」を更新することもできます。

したがって、ブロックチェーンの一般的なスケーリングソリューションとして、状態チャネルテクノロジを理解できます。また、現在のブロックチェーン空間で広く採用されているスケーリングソリューションです。以下のパラグラフでは、その背景、実現、および進捗状況により、州チャネルテクノロジを説明します。

I.作成の背景—ブロックチェーンスケーリング

私。スケーリングする理由

ブロックチェーンは非常に速く進化するため、人々がもたらす革命に高い期待を抱いていますが、実際のユースケースでは低いTPSがこの新しいテクノロジーに疑問を投げかけています。 Ethereumは1500以上のdappsを誇っていますが、暗号キティはネットワーク全体を詰まらせました。今年の初め、FCoinの新しいトークンリストルールにより、イーサリアムネットワークが「消化不良」に陥ります。これは後にFomo3Dゲームのハッカーによって利用されました。したがって、現在のブロックチェーンエコシステムは、トランザクションを高速化するためにスケーリングする必要があります。

ii。スケーリング方法

ブロックチェーンのパフォーマンスを制限するボトルネックはどこですか?

1. P2Pネットワーク:ブロックチェーンはピアツーピアネットワークであり、すべてのノードがネットワーク全体のメッセージを同期する必要があります。ネットワークの遅延は効率に影響します。

2.ブロックサイズ:各ブロックのストレージには制限があるため、トランザクションの数が増えると、多くのトランザクションがバッファーに並んで、ブロックで検証されるのを待ちます。

3.コンセンサス:コンセンサスはブロックチェーンの中核です。 PoWメカニズムは、ノード間のコンセンサスに達すると計算能力と時間を消費します。

その結果、ブロックチェーンのスケーリングには2つの主な方向性があります。

1.ブロックチェーン自体を最適化してTPSを増加させる

1)ブロックの再構築

ビットコインは、たとえば、署名データを基本構造(計算サイズで約1M)から新しい構造に移動することにより、ブロックサイズを2Mに増やし、各ブロックのトランザクション量を2倍にし、TPSを引き上げます。このスケーリングソリューションは、ポイントにまっすぐですが、ほとんど効果がありません。無制限のブロックサイズは、多くのセキュリティ問題をもたらします。

2)コンセンサスの変更

PoWの非効率性のため、PoS、DPoS、またはPBFTを使用してコンセンサス効率を向上させるプロジェクトが増えています。たとえば、EOSはブロック生成時間を0.5秒に短縮しました。これは大きな改善です。しかし、地方分権の考えに反するEOSを批判する議論もあります。

3)シャーディング

シャーディングは、データベースのシャードに基づく従来のスケーリングテクノロジーです。シャーディングが行うことは、トランザクションをシャードに分割し、それらを異なるノードに割り当てることです。ネットワーク内のすべてのトランザクションを計算する代わりに、各ノードが処理するのはごく一部です。また、ノードは個々のシャードで並行して動作します。これにより、計算コストが削減され、時間単位とTPSの処理能力が向上します。シャーディングでは、ネットワーク、トランザクション、および状態が考慮されるため、実装は大きな課題となります。

2.第2層のスケーリング

レイヤー2のスケーリングは反対のアプローチを取ります。つまり、オンチェーンプロトコルを変更せずに、トランザクションをオフチェーンにします。これにより、オフチェーンの計算能力を最大限に活用して、オンチェーン操作を削減し、スループットを向上させます。二次層ネットワークには、状態チャネル技術とサイドチェーン構造が含まれます。

1)サイドチェーン

サイドチェーンは、2WPを介してメインブロックチェーンに依存する分離されたネットワークです。サイドチェーンにはブロックチェーンのすべての機能があり、独立したコンセンサスアルゴリズムを採用し、メインチェーンと対話するときにスマートコントラクトまたはトランザクションをペギングします。通常、サイドチェーンは自身の状態を維持するだけで済みます。これにより、ほとんどのトランザクションがサイドチェーンで処理されるため、メインチェーンの負荷が軽減されます。

2)状態チャネル

それに比べて、状態チャネルはスケーリングのより軽い方法です。オンチェーンをロックすることにより、状態チャネルは当事者間でトランザクションをチェーン外に保持し、低コストでトランザクションをより効率的にします。サイドチェーンとは異なり、状態チャネルはコンセンサスを必要とせず、スケーラビリティを実現しながらプロセスを明るくします。

II。ステートチャネルの実装とコアアイデア

状態チャネルの実装

状態チャネルは、基盤となるブロックチェーンプロトコルを同じままにして、プロトコルの使用方法を変更することにより、スケーラビリティの課題を解決することを目的とする戦略です。あらゆる種類のトランザクションのプライマリ処理レイヤーとしてブロックチェーンを使用するのではなく、代わりにブロックチェーンが使用されます純粋に決済レイヤーとして。状態の更新はチェーンからさらに発生し、オフチェーン状態は必要な場合にのみブロックチェーンで更新されます。

トランザクションをチェーンから移動するには、トランザクションの当事者が以下の合意に達する必要があります。

1.トランザクションはチェーン上で発生しますが、発生しません。

2.トランザクションの参加者は、トランザクションがチェーン上で発生することを想定し、トランザクションの結果に異議を唱えません。

3.トランザクションの参加者はいつでもトランザクションをブロックチェーンに送信でき、これらのトランザクションはブロックチェーン上で公平に実行できます。

状態チャネルで発生するトランザクションは、トランザクションの当事者によって合意され、署名によって当事者によって確認されたものです。当事者は、ローカルトランザクションデータを管理している限り、トランザクションをチェーン外で完了することができます。いずれの当事者も、相手方が完全に同意し、ブロックチェーン上でオフチェーントランザクションを移動する必要なく、いつでもブロックチェーン上で自身のトランザクションをブロードキャストできます。オフチェーントランザクションには、次の特性が必要です。

1)オフチェーントランザクションは、オンチェーントランザクションの拡張である必要があります。トランザクションはチェーン上で実行でき、一意かつ確定的な結果を生成できる必要があります。

2)取引当事者の決定論的署名。取引の当事者は、チェーン外の取引について合意に達し、確認済みの取引に署名することで合意する必要があります。

3)オフチェーンで生成された新しいトランザクションは、以前のトランザクションを置き換えることができます。交換には、署名による双方の確認が必要です。

4)オフチェーントランザクションにはペナルティシステムもあります。いずれかの当事者が交換されたトランザクションを誤ってブロードキャストした場合、相手方はペナルティシステムを介して加害者を処罰する場合があります。

5)いずれかの当事者は、他方の当事者に同意するか、オンラインのままでいる必要なく、チェーン上で一方的にトランザクションをブロードキャストすることを許可する必要があります。

上記の特性により、オンチェーントランザクションをオフチェーンに移動できます。両当事者が望むように、すべてのトランザクションはチェーンから記録されるだけで、必ずしもチェーン上に記録されるわけではありません。その効果は、オンチェーントランザクションと同じです。トランザクションはチャネルでのみ発生するため、TPSの問題は解決され、チェーン上のトランザクションの頻度が減少します。これにより、ブロックチェーンのストレスが軽減され、「消化不良」が効果的に軽減されます。

III。状態チャネルの開発履歴

Bitcoinネットワーク上のLightning Networkの支払いチャネル以来、このテクノロジーは急速に進歩しています。異なるチェーンに基づいて、異なるアプローチがあります。昨年から、国営チャンネルのプロジェクトが市場に出始めています。最も人気のあるプロジェクトには、ビットコインネットワーク上のライトニングネットワーク、イーサリアムネットワーク上の雷電ネットワーク、およびトリニティネットワークが含まれます。 Trinityは、Neoネットワーク上のTrintiy-NeoとEthereumネットワーク上のTrinity-Ethの2つのバージョンをリリースしました。その他の新しいプロジェクトには、L4によって起動されるCounterfactualの一般化された状態チャネル(FunFairやSpankChainなどの特定の状態チャネルと呼ばれるDappsに使用される状態チャネル)も含まれます。

支払いチャネル、特定の州チャネル、および一般化された州チャネルとは何ですか?州チャンネルの技術はどのように発展しますか?状態チャネルの開発段階は次のとおりです。

1)支払いチャネル

2)特化した州チャンネル

3)一般化された状態チャネル

4)クロスチェーン状態チャネル

私。支払いチャネル

状態チャネルは、基礎となるブロックチェーンをスケーリングします。それに基づいて、チャネルでサポートされるサービスは、基盤となるブロックチェーンの特性に依存しています。 Lightning Networkは、州チャンネルを最初に提案しました。これは、ビットコインネットワークに基づいたスケーリングソリューションであり、状態チャネルの発祥の地でもあります。ビットコインは支払いネットワークであるため、Lightning Networkが提供するサービスは支払いです。そのため、Lightning Networkの状態チャネルは従来の支払いチャネルです。支払いチャネルでは、支払いのトランザクションを構築することがチャネルの中核です。ここでの状態は、支払い状態を指します。たとえば、Lightning NetworkはBitcoinの支払いチャネルであり、NeoおよびGasのTrintiy-Neoです。

ii。特定の状態チャネル

照明ネットワークの影響の高まりにより、他のブロックチェーンは機能が強化された独自の状態チャネルネットワークの構築を開始します。新しく開発されたブロックチェーンは、スマート契約のより多くの状態変更を誇ります。したがって、対応する状態チャネルは、支払い状態だけでなく、契約の他の状態も伝えます。スマートコントラクトは、まずブロックチェーンで構成され、オフチェーンで保存されます。次に、チャネル関係者がチャネルで対話し、契約の状態を変更します。契約の最終状態は、チェーン上で同期されます。特殊な状態チャネルは、Lightning Network、Trinity-for-Ethereum(ERC20契約用に設計された)、Trinityなどの1つのトークン(トークン契約)または1つのタイプの契約(ERC20)用に設計されたオンチェーン契約に依存します-for-Neo(NEP5契約用に設計されています)。 ERC20およびNEP5標準は主にトランザクションの実行に使用されるため、多くの人々はこれらの標準に基づく州チャネルを支払いチャネルと呼んでいます。

iii。一般化状態チャネル

スマートコントラクトの機能が進化すると、コントラクト自体がより複雑なビジネスロジックを引き受けます。増大するビジネス要件に直面すると、特殊な状態チャネルは、すべてのトークンまたは標準の状態チャネルを構築することができないため、欠点を示し始めます。したがって、人々はすべての契約に適応できる一般化された状態チャネルを期待しています。一般化された状態チャネルは、契約をオフチェーンで実行し、必要に応じてオンチェーンで展開します。基礎となるブロックチェーンは、契約の最終状態のみに焦点を合わせます。このようにして、一般化された状態チャネルは、契約のすべてのビジネスを処理できます。

iv。クロスチェーン状態チャネル

これまで、状態チャネルは、基礎となるブロックチェーンのスケーリングソリューションであり、相互に分離されています。 1つの状態チャネルは特定のブロックチェーンに制限されます。クロスチェーンテクノロジーが成熟するにつれて、クロスチェーンスケーリングはスケーリングの不可欠な方向になりつつあります。

クロスチェーン状態チャネルは、クロスチェーンネットワーク上に構築でき、第3層チャネルとして機能します。

クロスチェーンステートチャネルの利点は、クロスチェーン変換メカニズムを考慮せず、チャネル自体にのみ焦点を当てているため、チャネルアーキテクトが簡素化されることです。ただし、この設計はクロスチェーンネットワークに大きく依存しています。そのため、チャネルの柔軟性と適応性が損なわれます。

別のアイデアは、状態チャネルをプラガブルなコンポーネントにし、クロスチェーン変換をチャネル層の一部として埋め込み、ブロックチェーンアダプタやクロスチェーンコンバータなどの適応コンポーネントからチャネル層を抽象化することです。これにより、チャネルの柔軟性と適応性が向上し、クロスチェーンスケーリングのためにより大きなスペースが提供されます。

概要:

ステートチャネルテクノロジーは、ブロックチェーンで最も広く使用されているオフチェーンスケーリングソリューションです。ブロックチェーンの分散化を維持しながら、トランザクションのスループットを大幅に向上させます。現在の状態のチャネルは主に支払い用ですが、一般化された状態のチャネルの調査は決して終わりません。優れたスケーリングソリューションとして、ステートチャネルテクノロジーは、ブロックチェーンが予測可能な機能でより多くのビジネスシナリオを引き受けることを可能にします。

Trinity Core開発チーム

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