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研究|侧链介绍
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研究|侧链介绍

导图

Etherum->Layer 2->side chain

简介

侧链是与以太坊兼容的独⽴区块链,它们采⽤⾃⼰的共识模型和区块参数来有效处理交易。公共EVM 侧链旨在与以太坊进⾏互操作。合约通常是可移植的,资产和数据可以跨链传输。公共侧链在许多不同的环境中都很有⽤,包括微交易、稳定交易和特定于应⽤程序的交易(基于 NFT 的艺术品、DAO 投 票、社区货币等)。

如何运作侧链是分布式账本,独⽴运⾏并与以太坊主⽹并⾏运⾏。侧链⽹络中的节点负责确认和处理交易、将交易写⼊区块以及维持整个侧链⽹络的共识。安全是每个侧链的责任,侧链的安全性不是直接从以太坊继承的。侧链通常包含替代验证器选择和共识机制,以提供更快的交易时间。

安全与共识算法

侧链负责⾃⼰的安全和共识算法。允许创新和优化,为⽤⼾提供增加交易吞吐量和更⾼速度/更低成本交易的机会。侧链使⽤各种验证器选择⽅法来实现这些⽬标,同时保持安全性。较⼩的验证器集更容易受到基于共谋的攻击,因此必须采取强有⼒的激励措施来⿎励诚实验证并阻⽌恶意⾏为。例⼦包括:PoA, PoS 等。

侧链还依赖于不同的拜占庭容错⽅法来确保共识。

最终,特定于应⽤程序的交易可能更适合侧链采⽤。⽰例包括DAO投票、⼩额现⾦转账、加密艺术品和NFT、社区货币、⼩盘交易以及许多其他可能不需要与⾼价值⾦融交易相同的安全保证的⽤例。在侧链上,交易可以针对速度和成本进⾏优化。处理后,它们可以通过互操作性机制移动并存储在以太坊上。

操作性

在链之间移动资产和数据的能⼒是评价侧链的⼀个重要⽅⾯。应⽤程序使⽤侧链进⾏快速且廉价的交易,但这些交易的结果应该很容易跨链转移。这有时被称为双向挂钩。由于链相互独⽴,资源通常被锁定在⼀条链上,并在另⼀条链上铸造(创建)。当它们被转回时,它们会被烧毁(销毁)并解锁。

与状态通道⽐较

因为侧链与状态通道不仅名字相似,还有很多共同点,这⾥给出⼀个较为详细的侧链与状态通道的优 劣势分析⽐较。

状态通道

优势

状态通道具有很强的隐私属性:这是因为⼀切都发⽣在参与者之间的通道“内部”,⽽不是公开⼴播和记录在链上。只有开盘和收盘交易必须是公开的。⽽在侧链中,每笔交易都发布在侧链上,侧链上的每个参与者都会收到这些交易,⽽不管您没有与侧链上的所有参与者进⾏交互。

状态通道具有即时确定性,这意味着⼀旦双⽅签署状态更新,它就可以被认为是最终的。双⽅都有很⾼的保证,如有必要,他们可以在链上“强制执⾏”该状态。

当参与者将在很⻓⼀段时间内交换许多状态更新时,状态通道特别有⽤:这是因为在部署状态存款合约时创建通道会产⽣初始成本。但是⼀旦部署,该通道内每个状态更新的成本⾮常低。

劣势

状态通道需要所有参与者 100% 的在线:正如我们上⾯所讨论的,如果任何参与者不在线,那么这对他来说可能代价⾼昂。如果他不在线,参与者可以使⽤第三⽅服务来代表他,但代表被攻击或贿赂的可能性是状态通道的问题。⽽在侧链中,您不必⼀直在侧链上在线。

状态通道最适⽤于具有⼀组已定义参与者的应⽤程序:这是因为状态存款合约(⽤于锁定状态的合 约)必须始终知道作为给定通道⼀部分的参与者/实体(即地址)。我们可以添加和删除⼈员,但每次都需要更改合同。⽽在侧链中,参与者的移动没有这样的限制。

当参与者将在很⻓⼀段时间内交换很少状态更新时,状态通道基本没有⽤。

侧链

优势

侧链是永久性的。如果存在侧链,则您没有为特定⽬的创建⾃⼰的侧链:侧链是在创建后创建和维护的。我们不关闭侧链,⽽是锁定侧链上的资产以返回主链。这对于在区块链/主链之外执⾏特定任务(例如在狗狗币中进⾏交易)的任何⼈都将进⼊同⼀个侧链很有帮助。因此,您不必为每个新参与者创建单独的链。⽽在状态通道中,需要通过链上操作将参与者添加到现有通道。但是诸如 Raiden ⽹络之类的项⽬,以及更普遍的元通道技术,为此提供了部分解决⽅案。它们创建了⼀个参与者⽹格,因此您不必为与您交互的每个新参与者创建⼀个新频道。

侧链允许加密货币交互:它们增加了灵活性,并允许开发⼈员在将它们推送到主链之前试验⼭寨币的Beta版本或软件更新。传统的银⾏功能,如发⾏和跟踪股票所有权,可以在侧链上进⾏测试, 然后再将它们转移到主链上。

劣势

侧链⽆法从主链的安全性中受益。在侧链上交互的⽤⼾必须信任该侧链的安全属性,因为如果它受到威胁或恶意,⽤⼾⽆法保证撤回主链。相⽐之下,状态通道的参与者只要遵守协议,就可以随时返回主链。

侧链需要⼤量初始投资才能开始:要创建侧链,我们需要有⾜够的矿⼯,以便⽹络免受攻击者的侵害。此外,我们必须确保它们正常运⾏。⽽状态通道中不涉及区块链。所以,不需要这样的要求。

侧链需要联盟:这在主链和侧链之间增加了另⼀层。这可能被证明是攻击者通过贿赂或攻击联盟进⾏攻击的另⼀个弱点。⽽在状态通道中,我们只需要⼀个智能合约来为我们做这件事。中⼼化程度将会被降低。

实例:Polygon

Polygon(之前叫Matic)是⼀个什么样的区块链?它将如何帮助以太坊进⾏扩展?为什么它声称是以太坊的区块链互联⽹?⾸先,让我们来看看Polygon是如何产⽣的。

Matic Network

在更名为Polygon之前,该项⽬被称为Matic或Matic Network。

Matic于2017年由3位创始⼈创⽴,创始⼈是印度加密货币社区的积极参与者,他们三⼈决定联合起来解决以太坊的扩展问题。

该团队主要致⼒于两种解决⽅案:Plasma Chains⸺基于Matic的Plasma实现和PoS链的第2层扩展解决⽅案(权益证明以太坊的侧链)。

Matic Network背后的代币Matic⸺在2019年4⽉通过币安的⾸次交易所发⾏(IEO)推出,该团队筹集到了560万美元。

经过2年半的努⼒,Matic主⽹于2020年年中上线,并迅速开始吸引越来越多的关注。以太坊⽇益增⻓ 的gas费⽤进⼀步加剧了这种情况,这表明⼈们迫切需要找到强⼤的扩展解决⽅案。

Matic更名为Polygon

2021年初,Matic团队决定扩⼤他们的项⽬范围,并将⾃⼰更名为Polygon。

Polygon图标。 图片来源:https://www.8btc.com/article/6609793

Polygon的⽬标是创建⼀个更⼴泛的扩展解决⽅案。

说到扩展,⽬前主要有两种⽅法:Layer2和侧链。Layer2的扩展⽅式依赖于主要层,即以太坊区块链的安全性。Plasma、Optimistic rollps和ZK rollps 是最流⾏的选择。⽽侧链依赖于它们⾃⼰的安全模型,它们通常有⼀个单独的共识机制。Matic PoS Chain或xDai就是很好的例⼦。

Polygon的⽬标不是提供⼀两个扩展解决⽅案,⽽是创建⼀个⽣态系统,使其能够轻松连接多个不同的扩展解决⽅案⸺从具有不同共识机制的侧链到第⼆层⽹络,如Plasma、Optimistic rollps和ZK rollps。

我们可以考虑现有的Matic扩展解决⽅案⸺PoS和Plasma Chain已经基本上成为了整个Polygon⽣态系统中可⽤的扩展选项之⼀。

Polygon还提供了⼀个框架,如果新项⽬决定这是它们想要选择的路径,那么它可以很容易地快速构建⾃⼰⾼度可定制的扩展解决⽅案

现在,让我们来仔细看看Polygon背后的技术,从⽽可以更好地理解这个项⽬。

Polygon的架构

Polygon⽀持与以太坊兼容的两种区块链⽹络:独⽴⽹络(stand-alone network)和安全链 (secured chain)⸺利⽤“安全即服务”模型的⽹络

独⽴⽹络依赖于它们⾃⼰的安全性,例如,它们可以有⾃⼰的共识模型,如权益证明(PoS)或委托权益证明(DPoS)。这类⽹络是完全独⽴的,这使它们具有最⾼⽔平的独⽴性和灵活性,但这也让它们更难建⽴可靠的安全模型。例如,PoS需要⼤量可靠的验证节点。这种模式通常适⽤于企业区块链和已经建⽴强⼤社区的项⽬。

安全链使⽤“安全即服务”模型。它可以由以太坊直接提供,例如通过Plasma使⽤的欺诈证明 (fraud proofs),或由专业验证节点提供。这些验证节点运⾏在Polygon⽣态系统中,可以被多个项⽬共享⸺这个概念类似于波卡的共享安全模型。安全链提供了最⾼级别的安全性,但牺牲了独⽴性和灵活性。这种模式通常是初创公司和以安全为重点的项⽬的⾸选。

正如我们可能已经注意到的,独⽴链和安全链之间的区别与我们前⾯描述的侧链和第2层解决⽅案⽐起来更加明显。这使得Polygon能够适应⼏乎所有可能的扩展解决⽅案。现在,我们已经知道了Polygon⽀持什么样的解决⽅案了,接下来让我们深⼊了解⼀下Polygon的架构。

Polygon架构由4个抽象和可组合的层组成。

Polygon层级。图片来源:https://www.8btc.com/article/6609793

1. 以太坊层。Polygon Chain可以使⽤以太坊作为其基础层,并利⽤以太坊的⾼安全性。这⼀层是作 为以太坊上的⼀组智能合约实现的,可以⽤于检查点、staking、争议解决以及以太坊和Polygon链之间的消息传递。这个层是可选的,因为基于Polygon的链没有义务使⽤它。

2. 安全层。这是另⼀个可以提供“验证节点即服务”功能的⾮强制层。该功能允许Polygon Chain使⽤⼀组验证节点,这些验证节点可以定期检查任何Polygon Chain的有效性,并收取⼀定的费⽤。这⼀层通常作为⼀个元区块链实现,与以太坊并⾏运⾏,负责验证节点的管理⸺注册/注销、奖 励、重新分配和Polygon Chain的验证。安全层是完全抽象的,可以有多个具有不同特征的实现。这⼀层也可以直接在以太坊上实现,并利⽤以太坊的矿⼯作为验证节点。

3. Polygon⽹络层。这是Polygon架构中的第⼀个强制层。这⼀层由最⾼级别的区块链⽹络组成,每个⽹络可以维护以下功能:交易顺序、本地共识和区块的产出。

4. 执⾏层。这⼀层负责解释和执⾏包含在Polygon Chain中的事务。它由执⾏环境和执⾏逻辑⼦层组成。

这⾥的架构很像是HTTP/HTTPs,分成4层,每层有⾃⼰的作⽤。有些层在实际使⽤过程中可以省略等。当谈到Polygon的架构时,我们需要关注的主要要点是它被刻意地设计成通⽤和抽象的。这允许其他希望扩展的应⽤程序选择最适合其需求的扩展解决⽅案。

不同的应⽤程序可能想要针对不同的⽅⾯进⾏优化,⽐如安全性、交易速度、交易成本或优先性,⽽要在其中⼀个⽅⾯做得更好通常意味着要在其他⽅⾯做出牺牲。

举个例⼦,⼀个旨在智能合约中锁定数⼗亿美元的DeFi协议,可能想要在牺牲优先性的情况下优化安全性。这样的协议很可能使⽤以太坊层。另⼀个项⽬,⽐如说⼀个NFT的交易市场可能想要优化超低的交易成本,那么它就可能就会愿意牺牲安全性,把安全级别从极⾼降低到⾼。这样的项⽬可以跳过以太坊层,依赖于安全层,并使⽤⼀组共享的验证节点。

或者基于区块链的游戏想要依靠⾃⼰的共识机制,拥有超快的出块时间。在这种情况下,他们可以完全跳过以太坊和安全层,使⽤Polygon⽹络层。

正如我们所看到的,Polygon可以提供多种选择,不同应⽤程序背后的团队可以决定选择⼀个完全适合他们的⽤例。它还旨在简化从⼀个可扩展解决⽅案迁移到另⼀个解决⽅案的过程。如果项⽬背后的环境发⽣了变化,或者出现了另⼀个更好的扩展解决⽅案,这可能是必需的。

这种架构还允许多个不同的基于Polygon的扩展解决⽅案进⾏相互通信。这⼀点⾮常重要,因为它可以防⽌创建封闭系统。

⽬前,Polygon⽣态系统中唯⼀可⽤的扩展解决⽅案是Matic PoS Chain和Matic Plasma Chain解决⽅案。该团队还在积极添加其他多个选项,如ZK rollups、Optimistic rollups、企业链和其他侧链。

⽬前,在Polygon上启动的项⽬有Matic PoS和Matic Plasma链。

⼩结

就想法⽽⾔,侧链与状态通道等其他第⼆层解决⽅案并⽆太⼤差别,甚⾄更为简单。就安全性和实⽤性⽽⾔,需要具体例⼦具体分析。与状态通道相⽐,各有利弊,但是就作者⻆度⽽⾔,其前景相⽐于 Rollup,或者更进⼀步,ZK Rollup来说要小一些。

参考⽂献

1. 侧链:Sidechains — Ethhub

2. 状态通道,侧链区别:https://docs.ethhub.io/ethereum-roadmap/layer-2-scaling/state-chan nels/

3. Polygon: DeFi之道 | ⼀⽂了解Polygon(Matic)⸺以太坊的区块链互联⽹

4. Polygon⽩⽪书:maticnetwork/whitepaper