Om du har tittat på kryptovalutor eller blockchain på något sätt, har du förmodligen stött på termer som lager ett och lager två-protokoll. Är du nyfiken på vad dessa lager är och varför de finns? Låt oss diskutera blockchain-lagerarkitektur i den här artikeln.
Blockchain-teknik är en unik blandning av flera aktuella teknologier – kryptografi, spelteori och så vidare – med ett brett utbud av möjliga applikationer såsom kryptovalutor. Kodning och avkodning av data är en matematisk och beräkningsdisciplin som kallas kryptografi. Studiet av de matematiska modellerna för strategisk interaktion mellan rationella beslutsfattare är känd som spelteori. Blockchain eliminerar mellanhänder, sänker kostnaderna och förbättrar effektiviteten genom att ge transparens och säkerhet.
Utan en central myndighets tillsyn håller distribuerad ledger-teknologi (DLT) information verifierad med kryptografi bland en grupp användare som kommit överens genom ett förutbestämt nätverksprotokoll. Att kombinera dessa tekniker främjar förtroende mellan människor eller parter som annars inte skulle ha något motiv att göra det. De gör det möjligt för blockkedjenätverk att utbyta värde och data mellan användare på ett säkert sätt.
På grund av bristen på en centraliserad auktoritet måste blockkedjor vara mycket säkra. De måste också vara extremt skalbara för att hantera ökande användare, transaktioner och annan data. Lager föddes ur kravet på skalbarhet samtidigt som bevarandet av förstklassig säkerhet.
Frasen "skalning" i blockkedjeteknik syftar på en ökning av systemets genomströmningshastighet, som mäts i transaktioner per sekund. Med den utbredda användningen av kryptovalutor i vardagen, krävs nu blockchain-lager för att förbättra nätverkssäkerhet, journalföring och andra funktioner.
Antalet transaktioner som hanteras av ett system per sekund kallas "genomströmning". Medan Visas elektroniska betalningsnätverk VisaNet kan hantera över 20 000 transaktioner per sekund, kan Bitcoins (BTC) huvudkedja inte hantera mer än sju transaktioner per sekund.
Blockkedjan är det första lagret i ett decentraliserat ekosystem. Lager två är en tredjepartsintegration som används tillsammans med lager ett för att öka antalet noder och, som ett resultat, systemgenomströmningen. Många lager två blockchain-teknologier implementeras för närvarande. Smarta kontrakt används i dessa lösningar för att automatisera transaktioner.
Blockchain-utvecklare försöker bredda omfattningen av blockchain-hantering när Bitcoin blir en mer betydande kraft i den kommersiella världen. De hoppas kunna minska bearbetningstiderna och öka TPS genom att utveckla blockchain-lager och optimera lager tvås skalbarhet.
Blockkedjetrilemmat hänvisar till den allmänt hållna uppfattningen att, när det gäller decentralisering, säkerhet och skalbarhet, kan decentraliserade nätverk endast ge två av de tre fördelarna vid varje given tidpunkt.
Dataforskare utarbetade teoremet om konsistens, tillgänglighet och partitionstolerans (CAP) på 1980-talet för att uttrycka den möjligen mest betydande av dessa svårigheter. CAP-teoremet säger att decentraliserad datalagring, såsom blockchain, bara kan uppfylla två av de tre garantierna som nämns ovan samtidigt.
Detta teorem har utvecklats till blockkedjetrilemmat i sammanhanget av de nuvarande distribuerade nätverken. Den utbredda uppfattningen är att offentlig blockchain-infrastruktur måste offra säkerhet, decentralisering eller skalbarhet.
Som ett resultat är blockkedjeteknikens heliga graal att skapa ett nätverk med ogenomtränglig säkerhet över ett brett decentraliserat nätverk samtidigt som man hanterar transaktionsgenomströmning i internetskala.
Innan vi går in i trilemmats dynamik, låt oss definiera skalbarhet, säkerhet och decentralisering i allmänna termer:
Blockkedjans skalbarhet avser dess förmåga att hantera en större volym av transaktioner.
Säkerhet avser förmågan att säkra data på blockkedjan från olika typer av övergrepp och blockkedjans försvar mot dubbelt -utgifter.
Decentralisering är en typ av nätverksredundans som säkerställer att nätverket inte kontrolleras av färre enheter.
För att lösa en transaktion måste nätverket först komma överens om dess giltighet. Avtalet kan ta lite tid om systemet har ett stort antal medlemmar. Som ett resultat kan vi visa att skalbarhet är omvänt proportionell mot decentralisering när säkerhetsparametrarna är identiska.
Antag nu att två proof-of-work blockkedjor har samma grad av decentralisering och anser att säkerhet är blockkedjans hashhastighet. Bekräftelsetiden minskar när hashhastigheten ökar, och skalbarheten ökar när säkerheten förbättras. Som ett resultat är skalbarhet och säkerhet proportionerliga med konstant decentralisering.
Som ett resultat kan en blockkedja inte optimera för alla tre önskade funktionerna samtidigt, vilket tvingar den att göra avvägningar. Ethereum är det senaste exemplet på trilemma i aktion. Ethereum-plattformen har sett en boom i användning på grund av tillväxten av decentraliserade finansieringsapplikationer (DeFi) i somras. Ethereum kan bara växa till en viss punkt.
På grund av den ökade efterfrågan har transaktionsavgifterna stigit till den grad att vissa människor inte kan engagera sig i blockkedjan. Ökade Ethereum-avgifter är ett exempel på trilemma, eftersom vi kan se att Ethereum inte skalade utan att offra säkerhet eller decentralisering.
Ethereums fokus låg på decentralisering och säkerhet, där antalet transaktioner per sekund var begränsat (skalbarhet). För att uppmuntra gruvarbetare att prioritera sina transaktioner betalade användarna högre avgifter. På liknande sätt har decentralisering och säkerhet haft företräde framför skalbarhet i Bitcoin.
Det är ingen hemlighet att skalbarheten för blockkedjor som Bitcoin och Ethereum för närvarande är begränsad. Därför arbetar en global gemenskap av nystartade företag, företag och teknologer frenetiskt på lager ett och lager två lösningar för att lösa blockchain-trilemmat.
Layer one blockchain-nätverk är designade för hastighet, säkerhet och expansion. Lager två hänvisar till teknikförbättringar och produkter som kan användas för att utöka skalbarheten hos befintliga blockkedjenätverk. Att få den perfekta balansen mellan de två skikten kan vara en spelomvandlare för blockchain-adoption och expansion av decentraliserade nätverk.
Utvecklare närmar sig frågan från en mängd olika perspektiv. Den ökade blockstorleken i Bitcoin Cash (BCH) var ett försök att förbättra Bitcoins skalbarhet. Det finns dock inga bevis för att det blir mer populärt.
Bitcoin försöker ta itu med problemet genom att lägga till ett lager till det befintliga blockkedjelagret. Lager två-lösningarna kommer att bunta ihop många transaktioner och frågar bara baslagerblockkedjan då och då, enligt idén bakom skalningslösningar. Ethereum använder sig av ett hybridt tillvägagångssätt, med sharding som skalar baslagerblockkedjan och communityn förutser flera lager två-lösningar för att öka genomströmningen ytterligare.
I fallet med blockchain-arkitekturens distribuerade nätverk underhåller, auktoriserar och uppdaterar varje nätverksdeltagare nya poster. En samling block med transaktioner i en specifik ordning representerar strukturen för blockkedjeteknologi. Dessa listor kan sparas som en platt fil (i txt-format) eller en enkel databas. Blockchain-arkitektur kan ta offentliga, privata eller konsortiumformer.
Den skiktade arkitekturen för blockchain är kategoriserad i sex lager.
Blockkedjans innehåll lagras på en server i ett datacenter någonstans på denna underbara jordglob. Klienter begär innehåll eller data från applikationsservrar när de surfar på webben eller använder appar, vilket kallas klient-serverarkitekturen.
Kunder kan nu ansluta till peer-klienter och dela data. Ett peer-to-peer-nätverk (P2P) är en stor grupp datorer som delar data. Blockchain är ett peer-to-peer-nätverk av datorer som beräknar, validerar och registrerar transaktioner på ett ordnat sätt i en delad reskontra. Som ett resultat skapas en distribuerad databas som lagrar all data, transaktioner och annan relevant data. En nod är en dator i ett P2P-nätverk.
En blockchains datastruktur uttrycks som en länkad lista över block där transaktioner beställs. Blockkedjans datastruktur består av två grundläggande element:pekare och en länkad lista. En länkad lista är en lista över kedjade block med data och pekare till föregående block.
Pekare är variabler som hänvisar till positionen för en annan variabel, och en länkad lista är en lista med kedjade block med data och pekare till föregående block. Merkleträdet är ett binärt träd av hash. Varje block innehåller rothash för Merkle-trädet och information som föregående blocks hash, tidsstämpel, nonce, blockversionsnummer och nuvarande svårighetsmål.
För blockchain-system ger ett Merkle-träd säkerhet, integritet och obestridlighet. Blockkedjesystemet är byggt på Merkle-träd, kryptografi och konsensusalgoritmer. Eftersom det är det första i kedjan, innehåller genesis-blocket, dvs det första blocket, inte pekaren.
För att skydda säkerheten och integriteten för data som finns i blockchain, signeras transaktioner digitalt. En privat nyckel används för att signera transaktioner, och vem som helst med den offentliga nyckeln kan verifiera undertecknaren. Den digitala signaturen upptäcker informationsmanipulation. Eftersom data som är krypterad också är signerad säkerställer digitala signaturer enhet. Som ett resultat kommer all manipulation att göra signaturen ogiltig.
Datan kan inte upptäckas eftersom den är krypterad. Den kan inte manipuleras igen, även om den fångas. Avsändarens eller ägarens identitet skyddas också av en digital signatur. Som ett resultat är en signatur juridiskt kopplad till sin ägare och kan inte ignoreras.
Nätverkslagret, vanligtvis kallat P2P-lagret, ansvarar för kommunikation mellan noder. Upptäckt, transaktioner och blockutbredning hanteras alla av nätverkslagret. Förökningslager är ett annat namn för detta lager.
Detta P2P-lager säkerställer att noder kan hitta varandra och interagera, sprida och synkronisera för att hålla blockchain-nätverket i ett legitimt tillstånd. Ett P2P-nätverk är ett datornätverk där noder är distribuerade och delar nätverkets arbetsbelastning för att uppnå ett gemensamt syfte. Blockkedjans transaktioner utförs av noder.
Konsensusskiktet är viktigt för att blockchain-plattformar ska existera. Konsensuslagret är det mest nödvändiga och mest kritiska lagret i alla blockchain, oavsett om det är Ethereum, Hyperledger eller något annat. Konsensusskiktet ansvarar för att validera blocken, beställa dem och garantera att alla håller med.
Smarta kontrakt, kedjekod och decentraliserade applikationer (DApps) utgör applikationslagret. Applikationsskiktsprotokollen är ytterligare uppdelade i applikations- och exekveringsskikten. Applikationsskiktet omfattar de program som slutanvändare använder för att kommunicera med blockchain-nätverket. Skript, applikationsprogrammeringsgränssnitt (API), användargränssnitt och ramverk är alla en del av det.
Blockkedjenätverket fungerar som back-end-teknik för dessa applikationer, och de kommunicerar med det via API:er. Smarta kontrakt, underliggande regler och kedjekod är alla en del av exekveringsskiktet.
Även om en transaktion flyttas från applikationslagret till exekveringslagret, valideras och exekveras den i det semantiska lagret. Applikationer ger instruktioner till exekveringsskiktet, som exekverar transaktioner och säkerställer blockkedjans deterministiska karaktär.
Blockchain-lager noll består av komponenter som hjälper till att göra blockchain till verklighet. Det är tekniken som gör att Bitcoin, Ethereum och andra blockchain-nätverk kan fungera. Komponenter på lager 0 inkluderar internet, hårdvara och anslutningar som gör att lager ett kan fungera smidigt.
Detta är grundlagret och dess säkerhet är baserad på dess oföränderlighet. Ethereum-nätverket, eller lager ett, är vad folk anspelar på när de säger Ethereum. Detta lager ansvarar för konsensusprocesser, programmeringsspråk, blocktid, tvistlösning och reglerna och parametrarna som upprätthåller ett blockkedjenätverks grundläggande funktionalitet. Det är också känt som implementeringslagret. Bitcoin är ett exempel på en lager ett blockchain.
Dessa skalningslösningar ökar nätverkets genomströmning när de används tillsammans. Men med det växande antalet blockchain-användare tycks lager ett komma till kort. Den ålderdomliga och klumpiga konsensusprocessen för bevis-på-arbete används fortfarande på lager ett-blockkedjan.
Även om detta tillvägagångssätt är säkrare än andra, begränsas det av dess hastighet. Gruvarbetare måste lösa kryptografiska algoritmer med hjälp av beräkningskraft. Som ett resultat krävs mer beräkningskraft och tid på lång sikt. Dessutom har arbetsbelastningen på lager ett blockchain ökat i takt med att antalet användare har växt. Bearbetningshastigheter och kapacitet har minskat som ett resultat.
Proof-of-stake är en alternativ konsensus som Ethereum 2.0 kommer att anta. Denna konsensusstrategi certifierar nya transaktionsdatablock baserade på insatssäkerheter från nätverksdeltagare, vilket resulterar i ett mer effektivt förfarande.
Sharding är en skalningslösning för bördan på blockchain-problemet i lager ett. Enkelt sagt delar sharding upp uppgiften att validera och autentisera transaktioner i mindre, enklare att hantera bitar. Som ett resultat kan arbetsbelastningen fördelas över nätverket för att använda fler noders beräkningskapacitet. Eftersom nätverket bearbetar dessa skärvor parallellt, kan flera transaktioner bearbetas både sekventiellt och samtidigt.
De överlappande nätverken som sitter ovanpå basskiktet kallas L2-lösningar. Protokoll använder lager två för att öka skalbarheten genom att ta bort vissa interaktioner från baslagret. Som ett resultat hanterar smarta kontrakt på det primära blockchain-protokollet endast insättningar och uttag och säkerställer att transaktioner utanför kedjan följer reglerna. Bitcoins Lightning Network är ett exempel på en blockkedja i lager två.
Så, vad är skillnaden mellan lager ett och lager två blockchain? Blockkedjan är det första lagret i ett decentraliserat ekosystem. Lager två är en tredjepartsintegration som används tillsammans med lager ett för att öka antalet noder och, som ett resultat, systemgenomströmningen. Många blockkedjetekniker i lager två implementeras för närvarande.
Layer two-protokoll har exploderat i popularitet de senaste åren, och de har visat sig vara det mest effektiva sättet att lösa skalningsproblem i PoW-nätverk, i synnerhet. Olika lager två skalningslösningar förklaras i avsnitten nedan.
Inkapslad blockkedja
En kapslad blockkedja för lager två körs ovanpå en annan. I huvudsak fastställer lager ett inställningarna, medan lager två utför procedurerna. På en enda huvudkedja kan det finnas flera blockchain-nivåer. Se det som en typisk affärsstruktur.
Istället för att låta en person (t.ex. chefen) sköta allt arbete, delegerade chefen uppgifter till underordnade, som sedan rapporterade tillbaka till ledningen när de var klara. Som ett resultat minskar chefens arbetsbelastning samtidigt som skalbarheten förbättras. OMG Plasma Project, till exempel, fungerar som en nivå två blockchain för Ethereums nivå ett-protokoll, vilket möjliggör billigare och snabbare transaktioner.
Statliga kanaler
En statlig kanal förbättrar total transaktionskapacitet och hastighet genom att underlätta tvåvägskommunikation mellan en blockkedja och transaktionskanaler utanför kedjan via olika tillvägagångssätt. För att validera en transaktion över en statlig kanal behöver gruvarbetaren inte vara inblandad direkt.
Istället är det en nätverksangränsande resurs som är skyddad via en multisignatur eller smart kontraktsmekanism. Det ultimata "tillståndet" för "kanalen" och alla dess inneboende övergångar postas till den underliggande blockkedjan när en transaktion eller batch av transaktioner slutförs på en statlig kanal.
Exempel på statliga kanaler inkluderar Bitcoin Lightning och Ethereums Raiden Network. I trilemmaavvägningen ger statliga kanaler upp viss decentralisering i utbyte mot ökad skalbarhet.
Sidokedjor
En sidokedja är en transaktionskedja som löper vid sidan av blockkedjan och används för massiva masstransaktioner. Sidokedjor har sin konsensusmetod, som kan justeras för hastighet och skalbarhet, och ett verktygstoken används ofta som en del av dataöverföringsmekanismen mellan sidokedjor och huvudkedjor. Huvudkedjans huvudsakliga funktion är att tillhandahålla allmän säkerhet och tvistlösning.
På flera viktiga sätt skiljer sig sidokedjor från statliga kanaler. Till att börja med är sidokedjetransaktioner inte privata mellan deltagare; istället publiceras de öppet på reskontran. Dessutom påverkar säkerhetsintrång på sidokedjor inte huvudkedjan eller andra sidokedjor. Att bygga en sidokedja från grunden kräver en betydande mängd tid och arbete.
Rullups
Rullups är lager två blockchain-skalningslösningar som utför transaktioner utanför lager ett-nätverket och sedan laddar upp data från transaktionerna till lager två blockchain. Lager ett kan hålla sammanslagningar säkra eftersom data finns på baslagret.
Användare drar nytta av sammanslagningar eftersom de hjälper till att öka transaktionsgenomströmningen, öppet deltagande och lägre gaskostnader.
Applikationsskiktet kallas ofta för lager tre eller L3. L3-projekten fungerar som ett användargränssnitt samtidigt som de maskerar de tekniska aspekterna av kommunikationskanalen. L3-applikationer är det som ger blockkedjor deras verkliga tillämplighet, vilket förklaras i blockkedjearkitekturens skiktade struktur.
Problemen med distribuerad datalagring, från vilken blockkedjor uppstod, fördes vidare till blockkedjor. För att bättre förstå dessa svårigheter och relaterade problem myntades termen "blockkedjetrilemma" för att gruppera dem.
Även om ordet "trilemma" har funnits kvar, är blockchain-trilemmat bara en gissning. Denna hypotes misstänks vara korrekt baserat på tidiga data, men den har varken bevisats eller motbevisats. Mer forskning måste göras, även om lösningarna för lager ett och lager två redan har haft en viss framgång.
En av anledningarna till att det nu är omöjligt att använda krypto mainstream i blockkedjebranschen är skalbarhet. I takt med att efterfrågan på kryptovalutor ökar, kommer även trycket att utöka blockchain-protokollen. Eftersom båda blockkedjenivåerna har sina egna begränsningar, blir den slutliga lösningen att utveckla ett system som kan lösa skalbarhetstrilemmat.
Lager ett är avgörande eftersom det fungerar som grunden för decentraliserade system. Den underliggande blockkedjans skalbarhetsproblem åtgärdas via lager två-protokoll. Tyvärr körs de flesta lager tre-protokoll (DApps) för närvarande bara på lager ett, och går förbi lager två. Det är ingen överraskning att dessa system inte fungerar så bra som vi skulle vilja.
Lager tre-applikationer är viktiga eftersom de hjälper till att utveckla verkliga användningsfall för blockkedjor. De kommer dock inte att fånga lika mycket värde som deras grundläggande blockkedja, i motsats till äldre nätverk.
