Hvis du på nogen måde har undersøgt kryptovalutaer eller blockchain, er du sikkert stødt på udtryk som lag et og lag to protokoller. Er du nysgerrig efter, hvad disse lag er, og hvorfor de eksisterer? Lad os diskutere blockchain-lagarkitektur i denne artikel.
Blockchain-teknologi er en unik blanding af flere aktuelle teknologier - kryptografi, spilteori og så videre - med en bred vifte af mulige applikationer såsom kryptovalutaer. Kodning og afkodning af data er en matematisk og beregningsmæssig disciplin kendt som kryptografi. Studiet af de matematiske modeller for strategisk interaktion blandt rationelle beslutningstagere er kendt som spilteori. Blockchain eliminerer mellemled, sænker omkostningerne og forbedrer effektiviteten ved at bringe gennemsigtighed og sikkerhed.
Uden en central myndigheds tilsyn holder distribueret ledger-teknologi (DLT) information verificeret ved kryptografi blandt en gruppe brugere, som er blevet enige gennem en forudbestemt netværksprotokol. Kombinationen af disse teknologier fremmer tillid mellem mennesker eller parter, som ellers ikke ville have noget motiv til at gøre det. De gør det muligt for blockchain-netværk at udveksle værdi og data mellem brugere sikkert.
På grund af manglen på en centraliseret myndighed skal blockchains være meget sikre. De skal også være ekstremt skalerbare til at håndtere stigende brugere, transaktioner og andre data. Lag blev født ud af kravet om skalerbarhed samtidig med bevarelsen af førsteklasses sikkerhed.
Udtrykket "skalering" i blockchain-teknologi henviser til en stigning i systemets gennemløbshastighed, som måles i transaktioner per sekund. Med den udbredte anvendelse af kryptovalutaer i hverdagen, er blockchain-lag nu påkrævet for at forbedre netværkssikkerhed, registrering og andre funktioner.
Antallet af transaktioner, der håndteres af et system pr. sekund, omtales som "gennemstrømning". Mens Visas elektroniske betalingsnetværk VisaNet kan behandle over 20.000 transaktioner i sekundet, kan Bitcoins (BTC) hovedkæde ikke håndtere mere end syv transaktioner i sekundet.
Blockkæden er det første lag i et decentraliseret økosystem. Lag to er en tredjepartsintegration, der bruges sammen med lag et for at øge antallet af noder og som et resultat af systemets gennemløb. Mange lag to blockchain-teknologier er i øjeblikket ved at blive implementeret. Smarte kontrakter bruges i disse løsninger til at automatisere transaktioner.
Blockchain-udviklere forsøger at udvide omfanget af blockchain-styring, efterhånden som Bitcoin bliver en mere betydningsfuld kraft i den kommercielle verden. De håber at reducere behandlingstiden og øge TPS ved at udvikle blockchain-lag og optimere skalerbarheden af lag to.
Blockchain-trilemmaet refererer til den gængse opfattelse, at decentraliserede netværk med hensyn til decentralisering, sikkerhed og skalerbarhed kun kan give to af de tre fordele på et givet tidspunkt.
Computerforskere udtænkte konsistens, tilgængelighed og partitionstolerance (CAP) teoremet i 1980'erne for at udtrykke den muligvis mest betydningsfulde af disse vanskeligheder. CAP-sætningen siger, at decentral datalagring, såsom blockchain, kun kan opfylde to af de tre ovennævnte garantier samtidigt.
Dette teorem har udviklet sig til blockchain-trilemmaet i sammenhæng med de nuværende distribuerede netværk. Den udbredte opfattelse er, at offentlig blockchain-infrastruktur skal ofre sikkerhed, decentralisering eller skalerbarhed.
Som et resultat er blockchain-teknologiens hellige gral at skabe et netværk med uigennemtrængelig sikkerhed over et bredt decentraliseret netværk, samtidig med at man håndterer transaktionsgennemstrømning i internetskala.
Før vi dykker ned i trilemmaets dynamik, lad os definere skalerbarhed, sikkerhed og decentralisering i generelle vendinger:
Blockchains skalerbarhed henviser til dens evne til at håndtere en større mængde transaktioner.
Sikkerhed henviser til evnen til at sikre data på blockchain fra forskellige typer overfald og blockchains forsvar mod dobbelt -forbrug.
Decentralisering er en type netværksredundans, der sikrer, at netværket ikke kontrolleres af færre enheder.
For at afvikle en transaktion skal netværket først blive enige om dens gyldighed. Aftalen kan tage noget tid, hvis systemet har et stort antal medlemmer. Som et resultat kan vi vise, at skalerbarhed er omvendt proportional med decentralisering, når sikkerhedsparametrene er identiske.
Nu, forudsat at to proof-of-work blockchains har samme grad af decentralisering og anser sikkerhed for at være blockchains hash-rate. Bekræftelsestiden falder, efterhånden som hashhastigheden stiger, og skalerbarheden stiger, efterhånden som sikkerheden forbedres. Som et resultat er skalerbarhed og sikkerhed proportionale med konstant decentralisering.
Som et resultat kan en blockchain ikke optimere til alle tre ønskede funktioner samtidigt, hvilket tvinger den til at foretage afvejninger. Ethereum er det seneste eksempel på trilemmaet i aktion. Ethereum-platformen har oplevet et boom i brugen på grund af væksten i decentraliserede finansieringsapplikationer (DeFi) denne sommer. Ethereum kan kun vokse til et vist punkt.
På grund af den øgede efterspørgsel er transaktionsgebyrer steget til det punkt, hvor nogle mennesker ikke kan engagere sig i blockchain. Forhøjede Ethereum-gebyrer er et eksempel på trilemmaet, da vi kan se, at Ethereum ikke skalerede uden at ofre sikkerhed eller decentralisering.
Ethereums fokus var på decentralisering og sikkerhed, hvor antallet af transaktioner pr. sekund var begrænset (skalerbarhed). For at tilskynde minearbejdere til at prioritere deres transaktioner betalte brugerne højere gebyrer. På samme måde har decentralisering og sikkerhed haft forrang over skalerbarhed i Bitcoin.
Det er ingen hemmelighed, at skalerbarheden af blockchains som Bitcoin og Ethereum i øjeblikket er begrænset. Derfor arbejder et globalt fællesskab af nystartede virksomheder, virksomheder og teknologer febrilsk på lag et og lag to-løsninger for at løse blockchain-trilemmaet.
Layer one blockchain-netværk er designet til hastighed, sikkerhed og udvidelse. Lag to refererer til teknologiforbedringer og produkter, der kan bruges til at udvide skalerbarheden af eksisterende blockchain-netværk. At få den perfekte balance mellem de to lag kan være en game-changer for blockchain-adoption og udvidelsen af decentraliserede netværk.
Udviklere nærmer sig problemet fra en række forskellige perspektiver. Den øgede blokstørrelse i Bitcoin Cash (BCH) var et forsøg på at forbedre Bitcoins skalerbarhed. Der er dog ingen beviser for, at det bliver mere populært.
Bitcoin søger at løse problemet ved at tilføje et lag til det eksisterende blockchain-lag. Lag to-løsningerne vil samle adskillige transaktioner sammen og kun forespørge basislagets blockchain en gang imellem, ifølge ideen bag skaleringsløsninger. Ethereum har en hybrid tilgang, hvor sharding skalerer basislagets blockchain, og fællesskabet forventer flere lag to-løsninger for at øge gennemløbet endnu mere.
I tilfælde af blockchain-arkitekturs distribuerede netværk vedligeholder, autoriserer og opdaterer hver netværksdeltager nye poster. En samling af blokke med transaktioner i en bestemt rækkefølge repræsenterer strukturen af blockchain-teknologi. Disse lister kan gemmes som en flad fil (i txt-format) eller en simpel database. Blockchain-arkitektur kan antage offentlige, private eller konsortiumformer.
Den lagdelte arkitektur af blockchain er kategoriseret i seks lag.
Blockchainens indhold er gemt på en server i et datacenter et sted på denne dejlige jordklode. Klienter anmoder om indhold eller data fra applikationsservere, mens de surfer på nettet eller bruger apps, som er kendt som klient-server-arkitekturen.
Kunder kan nu oprette forbindelse til peer-klienter og dele data. Et peer-to-peer (P2P) netværk er en stor gruppe af computere, der deler data. Blockchain er et peer-to-peer-netværk af computere, der beregner, validerer og registrerer transaktioner på en velordnet måde i en delt hovedbog. Som følge heraf oprettes en distribueret database, der gemmer alle data, transaktioner og andre relevante data. En node er en computer i et P2P-netværk.
En blockchains datastruktur er udtrykt som en sammenkædet liste over blokke, hvori transaktioner er bestilt. Blockchainens datastruktur består af to grundlæggende elementer:pointere og en sammenkædet liste. En sammenkædet liste er en liste over kædede blokke med data og pointere til den forrige blok.
Pegere er variabler, der refererer til positionen af en anden variabel, og en sammenkædet liste er en liste over kædede blokke med data og pointere til den forrige blok. Merkle-træet er et binært træ af hash. Hver blok indeholder rodhashen til Merkle-træet og information som den foregående bloks hash, tidsstempel, nonce, blokversionsnummer og aktuelle sværhedsgradsmål.
For blockchain-systemer giver et Merkle-træ sikkerhed, integritet og uigendrivelighed. Blockchain-systemet er bygget på Merkle-træer, kryptografi og konsensusalgoritmer. Fordi det er den første i kæden, indeholder genesis-blokken, dvs. den første blok, ikke pointeren.
For at beskytte sikkerheden og integriteten af de data, der er indeholdt i blockchain, signeres transaktioner digitalt. En privat nøgle bruges til at signere transaktioner, og alle med den offentlige nøgle kan bekræfte underskriveren. Den digitale signatur registrerer informationsmanipulation. Fordi de data, der er krypteret, også er signeret, sikrer digitale signaturer enhed. Som et resultat vil enhver manipulation gøre signaturen ugyldig.
Dataene kan ikke opdages, fordi de er krypteret. Der kan ikke pilles ved den igen, selvom den bliver fanget. Afsenderens eller ejerens identitet er også beskyttet af en digital signatur. Som følge heraf er en signatur juridisk knyttet til sin ejer og kan ikke ses bort fra.
Netværkslaget, almindeligvis omtalt som P2P-laget, er ansvarlig for kommunikation mellem knudepunkter. Opdagelse, transaktioner og blokudbredelse håndteres alle af netværkslaget. Formeringslag er et andet navn for dette lag.
Dette P2P-lag sikrer, at noder kan finde hinanden og interagere, sprede og synkronisere for at holde blockchain-netværket i en legitim tilstand. Et P2P-netværk er et computernetværk, hvor noder er fordelt og deler netværkets arbejdsbyrde for at opnå et fælles formål. Blockchains transaktioner udføres af noder.
Konsensuslaget er afgørende for, at blockchain-platforme kan eksistere. Konsensuslaget er det mest nødvendige og kritiske lag i enhver blockchain, uanset om det er Ethereum, Hyperledger eller en anden. Konsensuslaget er ansvarlig for at validere blokkene, bestille dem og garantere, at alle er enige.
Smarte kontrakter, kædekode og decentraliserede applikationer (DApps) udgør applikationslaget. Applikationslagsprotokollerne er yderligere opdelt i applikationslagene og udførelseslagene. Applikationslaget omfatter de programmer, som slutbrugere bruger til at kommunikere med blockchain-netværket. Scripts, applikationsprogrammeringsgrænseflader (API'er), brugergrænseflader og rammer er alle en del af det.
Blockchain-netværket fungerer som back-end-teknologi for disse applikationer, og de kommunikerer med det via API'er. Smarte kontrakter, underliggende regler og kædekode er alle en del af udførelseslaget.
Selv om en transaktion flyttes fra applikationslaget til eksekveringslaget, valideres og udføres den i det semantiske lag. Applikationer giver instruktioner til eksekveringslaget, som udfører transaktioner og sikrer blockchains deterministiske karakter.
Blockchain-lag nul består af komponenter, der er med til at gøre blockchain til en realitet. Det er teknologien, der tillader Bitcoin, Ethereum og andre blockchain-netværk at fungere. Layer 0-komponenter omfatter internettet, hardware og forbindelser, der gør det muligt for lag et at køre problemfrit.
Dette er grundlaget, og dets sikkerhed er baseret på dets uforanderlighed. Ethereum-netværket, eller lag et, er, hvad folk hentyder til, når de siger Ethereum. Dette lag er ansvarlig for konsensusprocesser, programmeringssprog, bloktid, tvistløsning og de regler og parametre, der opretholder et blockchain-netværks grundlæggende funktionalitet. Det er også kendt som implementeringslaget. Bitcoin er et eksempel på en lag 1 blockchain.
Disse skaleringsløsninger øger netværkets gennemløb, når de bruges sammen. Men med det voksende antal blockchain-brugere ser lag et ud til at komme til kort. Den arkaiske og klodsede proof-of-work konsensusproces er stadig i brug på lag 1 blockchain.
Selv om denne tilgang er mere sikker end andre, er den begrænset af dens hastighed. Minearbejdere er forpligtet til at løse kryptografiske algoritmer ved hjælp af beregningskraft. Som følge heraf kræves der mere regnekraft og tid i det lange løb. Også arbejdsbyrden på lag 1 blockchain er steget i takt med, at antallet af brugere er vokset. Behandlingshastigheder og -kapaciteter er aftaget som følge heraf.
Proof-of-stake er en alternativ konsensus, som Ethereum 2.0 vil vedtage. Denne konsensustilgang certificerer nye transaktionsdatablokke baseret på netværksdeltagernes indsatssikkerhed, hvilket resulterer i en mere effektiv procedure.
Sharding er en skaleringsløsning til byrden på lag 1 blockchain-problemet. Simpelthen sagt deler sharding opgaven med at validere og autentificere transaktioner i mindre, lettere at administrere bidder. Som et resultat kan arbejdsbyrden fordeles over netværket for at bruge flere noders computerkapacitet. Fordi netværket behandler disse shards parallelt, kan flere transaktioner behandles både sekventielt og samtidigt.
De overlappende netværk, der sidder på toppen af basislaget, er kendt som L2-løsninger. Protokoller gør brug af lag to til at øge skalerbarheden ved at fjerne nogle interaktioner fra basislaget. Som følge heraf omhandler smarte kontrakter på den primære blockchain-protokol kun ind- og udbetalinger og sikrer, at transaktioner uden for kæden følger reglerne. Bitcoins Lightning Network er et eksempel på en lag to blockchain.
Så hvad er forskellen mellem lag et og lag to blockchain? Blockchain er det første lag i et decentraliseret økosystem. Lag to er en tredjepartsintegration, der bruges sammen med lag et for at øge antallet af noder og som et resultat af systemets gennemløb. Mange lag to blockchain-teknologier bliver implementeret i øjeblikket.
Layer two-protokoller er eksploderet i popularitet i de seneste år, og de har vist sig at være den mest effektive tilgang til at løse skaleringsproblemer i især PoW-netværk. Forskellige lag to-skaleringsløsninger er forklaret i afsnittene nedenfor.
Indlejret blockchain
En indlejret lag to blockchain kører oven på en anden. I bund og grund bestemmer lag et indstillingerne, mens lag to udfører procedurerne. På en enkelt hovedkæde kan der være flere blockchain-niveauer. Betragt det som en typisk forretningsstruktur.
I stedet for at have én person (f.eks. lederen) til at udføre alt arbejdet, delegerede lederen opgaver til underordnede, som derefter rapporterede tilbage til ledelsen, når de var færdige. Som et resultat reduceres lederens arbejdsbyrde, mens skalerbarheden forbedres. OMG Plasma Project fungerer for eksempel som en niveau to blockchain for Ethereums niveau et protokol, hvilket giver mulighed for billigere og hurtigere transaktioner.
Statskanaler
En statskanal forbedrer den samlede transaktionskapacitet og hastighed ved at lette tovejskommunikation mellem en blockchain og transaktionskanaler uden for kæden via forskellige tilgange. For at validere en transaktion over en statskanal, behøver minearbejderen ikke at blive involveret med det samme.
I stedet er det en netværkstilstødende ressource, der er beskyttet via en multi-signatur eller smart kontraktmekanisme. Den ultimative "tilstand" for "kanalen" og alle dens iboende overgange sendes til den underliggende blockchain, når en transaktion eller batch af transaktioner er gennemført på en statskanal.
Eksempler på statskanaler inkluderer Bitcoin Lightning og Ethereums Raiden Network. I trilemmaafvejningen opgiver statskanaler en vis decentralisering i bytte for øget skalerbarhed.
Sidekæder
En sidekæde er en transaktionskæde, der løber sammen med blockchain og bruges til massive bulktransaktioner. Sidekæder har deres konsensusmetode, som kan justeres for hastighed og skalerbarhed, og et utility-token bruges ofte som en del af dataoverførselsmekanismen mellem side- og hovedkæder. Hovedkædens hovedfunktion er at levere generel sikkerhed og tvistbilæggelse.
På flere vigtige måder adskiller sidekæder sig fra statskanaler. Til at begynde med er sidekædetransaktioner ikke private mellem deltagere; i stedet offentliggøres de åbent på hovedbogen. Ydermere påvirker sikkerhedsbrud på sidekæder ikke hovedkæden eller andre sidekæder. At bygge en sidekæde fra bunden af kræver en betydelig mængde tid og arbejde.
Rollups
Rollups er lag to blockchain-skaleringsløsninger, der udfører transaktioner uden for lag et-netværket og derefter uploader data fra transaktionerne til lag to blockchain. Layer one kan holde rollups sikre, fordi dataene er på basislaget.
Brugere drager fordel af rollups, da de hjælper med at øge transaktionsgennemstrømningen, åben deltagelse og lavere gasomkostninger.
Ansøgningslaget omtales ofte som lag tre eller L3. L3-projekterne fungerer som en brugergrænseflade, mens de maskerer de tekniske aspekter af kommunikationskanalen. L3-applikationer er det, der giver blockchains deres anvendelighed i den virkelige verden, som forklaret i den lagdelte struktur af blockchain-arkitekturen.
Problemerne i forbindelse med distribueret datalagring, hvorfra blockchains opstod, blev videregivet til blockchains. For bedre at forstå disse vanskeligheder og relaterede problemer blev udtrykket "blockchain-trilemma" opfundet for at gruppere dem.
Selv om ordet "trilemma" er forblevet, er blockchain-trilemmaet blot en formodning. Denne hypotese mistænkes for at være nøjagtig baseret på tidlige data, men den er hverken bevist eller modbevist. Der skal laves mere forskning, selvom lag et og lag to løsninger allerede har haft en vis succes.
En af grundene til, at det nu er umuligt at anvende krypto mainstream i blockchain-branchen, er skalerbarhed. Efterhånden som efterspørgslen efter kryptovalutaer vokser, vil presset for at udvide blockchain-protokoller også vokse. Fordi begge blockchain-niveauer har deres eget sæt af restriktioner, vil den endelige løsning være at udvikle et system, der kan løse skalerbarhedstrilemmaet.
Lag et er kritisk, da det tjener som grundlaget for decentraliserede systemer. Den underliggende blockchains skalerbarhedsproblemer løses via lag to-protokoller. Desværre kører de fleste lag tre-protokoller (DApps) i øjeblikket kun på lag et og omgår lag to. Det er ingen overraskelse, at disse systemer ikke yder så godt, som vi ønsker.
Lag tre-applikationer er essentielle, fordi de hjælper med at udvikle virkelige use cases til blockchains. De vil dog ikke fange nær så meget værdi som deres grundlæggende blockchain, i modsætning til ældre netværk.