Розвиток нових технологій Біткойн: на порозі нового сплеску

Технологія Біткойна завжди стикалася з проблемою конфлікту між масштабним застосуванням та можливостями, які повинні бути в Біткойна. Чи означає масштабне застосування та обсяг транзакцій більш складні транзакційні інструкції та більший обсяг транзакцій? Чи означає це, що потрібно реалізувати всі функції в єдиній системі Біткойна? З розвитком технологій багато питань отримають більш чіткі відповіді.

У цій статті буде наведено деякі пов'язані питання, а також процес виникнення та вирішення цих питань. Завдяки цій статті можна побачити зв'язок між цими питаннями та технологією, а також зміни в основній ланцюгу Біткойн та відповідних "тестових ланцюгах". Технологія Біткойн завжди досліджувалася різними проектами та командами, але зміни, що відбувалися в основній мережі Біткойн, залишалися недостатньо помітними, поки не з'явилися такі технології, як Taproot, які сприяли виникненню протоколів, таких як Ordinals, і не запустили нову хвилю розвитку.

Загалом, аналізуючи ці процеси розвитку та пов'язані з ними технології, ми можемо побачити їхню взаємозв'язок і припустити більше напрямків розвитку та загальну архітектуру.

1. Основні дослідження та конфлікти існуючих технологій Біткойну

1.1 Скриптова мова Біткойн та кілька видалених команд

Мова програмування Біткойн є скриптовою мовою з оберненим польським форматом, без циклічних та умовних операторів. Тому люди часто кажуть: скриптова мова Біткойн не є тюрінгово повною, що призводить до певних обмежень скриптової мови Біткойн.

Через ці обмеження, хакери не можуть використовувати цю скриптову мову для написання безкінечних циклів або шкідливого коду, здатного призвести до DOS-атак, що запобігає атакам DOS на мережу Біткойн. Розробники Біткойн вважають, що основна блокчейн не повинна мати Тюрінгівської повноти, щоб уникнути деяких атак і завантаження мережі.

Однак саме через ці обмеження мережа Біткойн не може виконувати інші складні програми, не може реалізувати деякі "корисні" функції. А деякі з наступних розроблених блокчейн-систем, щоб вирішити конкретні проблеми та задовольнити потреби користувачів, прямо змінили цю ситуацію. Наприклад, мова, що використовується в Ефірі, є тюрінгом повною.

Типові команди скриптів Біткойн включають: константи, управління потоком, стек, рядки, бітову логіку, арифметичну логіку, шифрування тощо.

В історії Біткойна відбувалися численні випадки видалення команд. Причини видалення команд включають міркування безпеки, а також бажання зробити базовий протокол більш простим і стабільним. Це призвело до факту, що лише Біткойн підходить в якості мережевої інфраструктури першого рівня. З точки зору основних характеристик Біткойна та багаторівневої архітектури, майже лише Біткойн може служити основою мережевої інфраструктури першого рівня, навіть якщо є альтернативні ланцюги, вони є продуктом 1.5 рівня.

1.2 Історія, причини та значення Біткойн-форків

В історії розвитку Біткойну, окрім проблеми зі скороченням команд, з іншого боку, існує суперечка щодо розміру блоку, що часто призводить до жорстких форків Біткойну.

На початку створення BTC не було обмежень на розмір блоку. Але коли рання ціна BTC була дуже низькою, вартість зловмисних транзакцій також була дуже низькою. Щоб вирішити цю проблему, Сатоші Накамото 12 вересня 2010 року провів м'який форк, додавши обмеження на обсяг блоку не більше 1 МБ. Сатоші зазначив, що це обмеження є тимчасовим, і в майбутньому його можна буде підвищити контролюючим і поступовим способом, щоб задовольнити потреби в розширенні.

З ростом популярності Біткойна проблема заторів у мережевих транзакціях і збільшення часу підтвердження стає все більш серйозною. У 2015 році Гевін Андресен і Майк Хірн оголосили, що в новій версії BitcoinXT буде реалізовано пропозицію BIP-101, сподіваючись підвищити ліміт блоку до 8MB. Проте Ґрег Максвелл, Люк Джр, Пітер Вуйле та інші основні розробники висловили заперечення, вважаючи, що такий підхід підвищить поріг для роботи з повними вузлами і призведе до неконтрольованих наслідків. Ця дискусія врешті-решт розширилася як за тематикою, так і за колом учасників.

У постійних суперечках виникло безліч випадків. Наприклад, розмір блоку BCH становить 8M, потім його збільшили до 32M. Розмір блоку BSV становить 128M. А крім BCH( та наступного BSV), в цей період також з'явилося багато інших форк монет BTC, за даними BitMEXResearch, лише протягом року після форку BCH з'явилося щонайменше 50 нових форк монет.

Біткойн's форк є формою розвитку, що досліджує намагання підтримати більше запитів через власні зміни. Серед них є запити користувачів, запити майнерів, запити інвесторів, запити розробників тощо.

1.3 Різні типові дослідження в розвитку Біткойна

Після того, як Сатоші Накамото пішов, його наступник Гавін Андресен очолив створення Bitcoin Core та Фонду Біткойну. У цей час дослідження масштабованості BTC завжди було актуальним, особливо в сфері випуску активів.

Colored Coins(Біткойн)

Генеральний директор eToro Йоні Ассія вперше представив кольорові монети 27 березня 2012 року. Ця ідея постійно розвивалася, і на форумах, таких як Bitcointalk, почала формуватися концепція кольорових монет і отримала увагу. Врешті-решт, Мені Розенфельд 4 грудня 2012 року опублікував детальну білу книгу, що описує кольорову валюту.

Уявлення про кольорові монети полягає в тому, щоб додавати спеціальні позначки до певних частин Біткойна (, тобто кольорових ), щоб представляти більш широкі активи та цінності. В реалізації кольорові монети з'явилися в ряді сутностей, які приблизно поділяються на дві категорії:

1. На основі OP_RETURN: як запропонував Флавієн Шарлон у 2013 році, Open Assets використовує OP_RETURN для зберігання в сценарії та завершення "фарбування" та транзакцій через зовнішнє зчитування.

2. На основі OP_RETURN: типовим представником є ChromaWay, який у 2014 році представив протокол EPOBC. Додаткова інформація про активи EPOBC зберігається у полі nSequence транзакції Біткойн, кожна категорія та легітимність активів EPOBC потребують відстеження до генезис-транзакції для визначення.

MasterCoin(OMNI)

JR Willett 6 січня 2012 року опублікував концепцію MasterCoin, назвавши її "другою білою книгою Біткойна", і в липні 2013 року офіційно запустив проект через ICO, в результаті чого було залучено 5120 BTC. Відмінність MasterCoin від Colored Coins полягає в тому, що він створив повний рівень вузлів, підтримуючи модель бази даних стану шляхом сканування блоків Біткойна, яка розміщується на вузлах поза блокчейном. Цей дизайн може надати більш складні функції, ніж Colored Coins, наприклад, створення нових активів, децентралізовані біржі, автоматизований зворотний зв'язок цін тощо. У 2014 році Tether також запустила стабільну монету на Біткойні через протокол Mastercoin, тобто відомий нам Tether USD (OMNI).

Контрагент

Counterparty було офіційно запущено в 2014 році. Counterparty також використовує OP_RETURN для зберігання даних в мережі BTC. Але на відміну від кольорових монет, активи в Counterparty не існують у формі UTXO, а передаються шляхом завантаження інформації через OP_RETURN, щоб вказати на переміщення активу. Коли власник активу підписує транзакцію з особливими даними, використовуючи адресу володіння, актив завершує свій перехід. Таким чином, Counterparty може реалізувати випуск, торгівлю активами та бути сумісним з платформою смарт-контрактів Ethereum.

Окрім цього, існує думка, що Ethereum, Ripple та BitShares також належать до більш широкого поняття "Біткойн 2.0".

1.4 Неперфектність Біткойну та шарові протоколи

Недосконалість системи Біткойн ( або її обмеження ) в основному проявляється в кількох аспектах:

1. Система облікових записів Біткойн UTXO

У поточних проектах блокчейн основними є два способи збереження записів: один — це модель рахунків/балансів, інший — це модель UTXO. Біткойн використовує саме модель UTXO, тоді як Ethereum, EOS тощо використовують модель рахунків/балансів.

UTXO(Невитрачені виходи транзакцій) є невитраченими виходами транзакцій, що є основним концептом генерації та верифікації Біткойн-транзакцій. Транзакції формують набір ланцюгової структури, всі легітимні Біткойн-транзакції можуть бути відстежені до попередніх виходів однієї або кількох транзакцій, джерелом яких є винагорода за майнінг, а кінцевою точкою є поточні невитрачені виходи транзакцій.

Якщо потрібно реалізувати смарт-контракти, модель облікового запису UTXO має дуже великі проблеми. Розробник жовтої книги Ефіріуму Гевін Вуд глибоко розуміє UTXO. Найбільша нова функція Ефіріуму - це смарт-контракти, через розгляд смарт-контрактів Гевін Вуд вважає, що реалізувати тьюрінг-повні смарт-контракти на основі UTXO важко. Модель облікового запису природно орієнтована на об'єкти, кожна транзакція буде фіксуватися на відповідному обліковому записі (nonce++). Для зручності управління обліковими записами було введено глобальний стан, кожна транзакція змінює цей глобальний стан.

Іншим серйозним недоліком UTXO є те, що він не може забезпечити точний контроль за лімітом зняття коштів для рахунку.

2. Скриптова мова Біткойну, не Тюрінгова повнота

Хоча мова сценаріїв Біткойна може підтримувати різноманітні обчислення, вона не може підтримувати всі обчислення. Головною втратою є те, що мова сценаріїв Біткойна не має операторів циклів і умовних операторів. Тому ми говоримо: мова сценаріїв Біткойна не є тюрінгом повною. Це призводить до того, що мова сценаріїв Біткойна має певні обмеження.

Для безпеки, аргумент щодо непідтримки Тюрінг-повних мов є недостатнім. Крім того, можливості мов, які не є Тюрінг-повними, дуже обмежені.

3. Інші недоліки Біткойна: безпека, масштабованість

Проблема централізації в майнінгу, алгоритм майнінгу Біткойн в основному полягає в тому, що майнери мільйони разів легенько змінюють заголовок блоку, поки хеш модифікованої версії певного вузла не стане меншим за цільове значення. Проте, цей алгоритм майнінгу піддається двом формам атак централізації. Перша, екосистема майнінгу спеціально розроблена, тому на цьому специфічному завданні з майнінгу Біткойн ефективність підвищується тисячі разів за рахунок ASIC( спеціалізованих інтегральних схем) і комп'ютерних чіпів. Це означає, що майнінг Біткойн більше не є високо децентралізованим і не прагне до рівності, а натомість вимагає значних капіталовкладень для ефективної участі. Друга, більшість майнерів Біткойн насправді більше не виконують верифікацію блоків на місці; натомість вони покладаються на централізовані майнінгові пулі для надання заголовків блоку. Цю проблему можна вважати серйозною: нині три найбільші майнінгові пули опосередковано контролюють близько 50% обчислювальної потужності мережі Біткойн.

Проблема масштабованості є важливою проблемою Біткойна. При використанні Біткойна обсяг даних зростає приблизно на 1 МБ щогодини. Якщо мережа Біткойн обробляє 2000 транзакцій на секунду, то кожні три секунди обсяг зросте на 1 МБ(, що складає 1 ГБ щогодини, а за рік - 8 ТБ). Менша кількість транзакцій також викликає суперечки в спільноті Біткойн, оскільки великі блоки можуть покращити продуктивність, але проблема полягає в ризику централізації.

Шарова архітектура

Шарова архітектура є способом і методологією, за допомогою яких людина обробляє складні системи, розділяючи систему на кілька рівневих структур і визначаючи відносини та функції між цими шарами, аби досягти модульності, обслуговуваності та масштабованості системи, що, в свою чергу, підвищує ефективність та надійність проектування систем.

Для великої та обширної системи протоколів використання ієрархії має очевидні переваги. Це дозволяє людям легше розуміти, легше розподіляти реалізацію та легко покращувати модулі. Як в семишаровій моделі ISO/OSI в комп'ютерних мережах, але в конкретній реалізації можна об'єднати деякі шари, наприклад, конкретний мережевий протокол TCP/IP є чотирирівневим протоколом. Конкретно, переваги ієрархії протоколів: незалежність між рівнями, хороша гнучкість, можливість структурного розділення, легкість реалізації та обслуговування, здатність сприяти стандартизації.

З точки зору багатошарових протоколів, Біткойн, оскільки має перебувати на найнижчому рівні, його UTXO, не Тюрінгова повнота, тривалий час блокування, мала ємність блоку, зникнення засновника тощо, не є недоліками, а, навпаки, є характеристиками, якими повинна володіти мережа першого рівня.

2. Важливі нові технології в розвитку Біткойна ( Розширення блоків та розширення можливостей )

На самій блокчейні Біткойн це дослідження також дало багато результатів, в основному це розширення блоків і потужностей. Вони в основному проявляються в наступних кількох аспектах.

2.