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活動截止於7月25日 24:00 UTC+8
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⏰ 活動時間：截止至 2025年7月11日 24:00（UTC+8）
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⚠️ 活動要求：
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必須使用標籤： #Gate广场征文活动第一期#
每篇文章必須獲得 至少3個點讚，否則無法獲得獎勵
鼓勵圖文並茂、深度分析，觀點獨到。
⏰ 活動時間：2025年7月7日 17:00 - 2025年7月11日 23:59
- 如果你每一季也有關注 Gate 銷毀 GT 的公告，那也請記住這篇文章。在幣圈這個行業裏，從來不缺反復橫跳、承諾落空的項目方與代幣經濟學。只有那些能堅守初心、兌現承諾的平台，才能真正與社群走得長遠。
鏈下擴容技術深度剖析：State Channels和Sidechains的原理與應用
鏈下擴容深度解析
1. 擴容的必要性
區塊鏈的未來願景是去中心化、安全性和可擴展性,但通常只能實現其中兩個,這被稱爲區塊鏈的不可能三角問題。多年來,人們一直在探索如何在保證去中心化和安全性的前提下,提高區塊鏈的吞吐量和交易速度,即解決擴容問題,這是當前區塊鏈發展中的熱點話題之一。
區塊鏈的去中心化、安全性和可擴展性可以定義爲:
去中心化:任何人都可以成爲節點參與區塊鏈系統,節點數量越多,去中心化程度越高,確保網路不受少數中心化參與者控制。
安全性:獲取區塊鏈系統控制權的成本越高,安全性越高,鏈就能抵抗較大比例參與者的攻擊。
可擴展性:區塊鏈處理大量交易的能力。
比特幣網路的第一次重大硬分叉源於擴容問題。隨着用戶數量和交易量增多,1MB區塊上限的比特幣網路開始面臨擁堵。2015年起,比特幣社區就擴容問題存在分歧,一方支持擴大區塊,另一方主張使用隔離見證優化主鏈結構。2017年8月1日,支持擴容的一方自行開發8MB區塊鏈,導致比特幣首次重大硬分叉,誕生了新幣種BCH。
以太坊網路也選擇犧牲部分可擴展性來保障安全性和去中心化,通過燃料費上限來限定交易量。從2017年的CryptoKitties到DeFi、GameFi和NFT的興起,市場對吞吐量需求不斷增加,但以太坊每秒僅能處理15-45筆交易,導致交易成本上升、結算時間變長,大部分DApp難以承受運行成本,整個網路變得又慢又貴,亟需解決擴容問題。理想的擴容方案是在不犧牲去中心化和安全性的前提下,盡可能提高交易速度和吞吐量。
2. 擴容方案的類別
我們可以按照"是否改變一層主網"將擴容方案分爲鏈上擴容和鏈下擴容兩大類。
2.1 鏈上擴容
核心概念:通過改變一層主網協議達到擴容效果的解決方案,目前的主要方案是分片。
鏈上擴容有多種方案,此處簡要列舉兩種:
方案一是擴大區塊空間,增加每個區塊打包的交易數量,但這會提高對高性能節點設備的要求,降低"去中心化"程度。
方案二是分片,將區塊鏈帳本分成若幹部分,由不同分片負責不同記帳,並行計算可同時處理多個交易。這可以降低節點計算壓力和加入門檻,提高交易處理速度和去中心化程度,但意味着全網算力被分散,會降低整個網路的"安全性"。
改變一層主網協議可能產生難以預料的負面影響,底層任何細微的安全漏洞都會嚴重威脅整個網路安全,網路可能被迫分叉或中斷修復升級。
2.2 鏈下擴容
核心概念:不改變現有一層主網協議的擴容解決方案。
鏈下擴容方案可細分爲Layer2和其他方案:
Layer2:
其他:
3. 鏈下擴容的方案
3.1 State Channels
3.1.1 概要
狀態通道規定只有在通道打開、關閉或解決糾紛時,用戶才需要與主網交互,將用戶間交互放在鏈下進行,以降低交易時間和成本,實現不受限制的交易次數。
狀態通道是簡單的P2P協議,適合"基於回合的應用程序",如兩人國際象棋。每個通道由主網上的多籤智能合約管理,控制通道資產,驗證狀態更新,並仲裁爭議(根據帶籤名和時間戳的欺詐證明)。參與者部署合約後,存入資金並鎖定,雙方籤名確認後通道正式開通。通道允許不限次數的鏈下免費交易(只要淨值不超過存入總額)。參與者輪流發送狀態更新並等待對方籤名確認。正常情況下,狀態更新不上傳主網,只在爭議或關閉通道時依賴主網確認。關閉通道時,任一方可在主網提出請求,如獲全員籤名批準則立即執行,否則需等待"挑戰期"結束。
狀態通道可大大減少主網計算量,提升交易速度,降低交易成本。
3.1.2 時間線
2015/02:Joseph Poon和Thaddeus Dryja發布閃電網絡白皮書草案。
2015/11:Jeff Coleman首次系統總結State Channel概念,提出比特幣Payment Channel是State Channel的子案例。
2016/01:Joseph Poon和Thaddeus Dryja正式發表比特幣閃電網絡白皮書,提出Payment Channel擴容方案。
2017/11:首個基於Payment Channel的State Channel設計規範Sprites提出。
2018/06:Counterfactual提出詳細的Generalized State Channels設計,首個完全相關的設計。
2018/10:提出State Channel Networks和Virtual Channels概念。
2019/02:狀態通道擴展到N-Party Channels,Nitro是首個基於該想法的協議。
2019/10:Pisa拓展Watchtowers概念,解決參與者需持續在線問題。
2020/03:Hydra提出Fast Isomorphic Channels。
3.1.3 技術原理
傳統鏈上工作流程:用戶通過向鏈上發送交易來改變智能合約狀態,但會帶來時間和成本問題。
狀態通道工作流程:
悲觀情況下,如一方不響應,另一方可向合約提交最後有效狀態發起挑戰,合約允許對方在一段時間內響應。如無響應,合約自動關閉通道並返還資金。
3.1.4 優缺點
優點:
缺點:
3.1.5 應用
比特幣閃電網絡:
以太坊雷電網絡:
Celer Network:
3.1.6 應用比較
比特幣閃電網絡:
以太坊雷電網絡:
Celer Network:
3.2 Sidechains
3.2.1 概要
側鏈概念首次於2012年比特幣開發人員聊天室中提出,2014年首篇相關文章發表。側鏈是爲加快比特幣交易而出現的區塊鏈形態,可使用更復雜合約或改善共識機制。側鏈交易結果最終傳送回主鏈時,會記錄在驗證者端。這種模式是附着於主鏈並協助解決問題的基礎建設。
3.2.2 時間線
3.2.3 技術原理
側鏈使用雙向錨定(Symmetric Pegged)和不協調錨定(Asymmetric Pegged)兩種方式與主鏈通信。
Symmetric Pegged:
Asymmetric Pegged:
目前多數側鏈使用PoA機制或Relayers中間層來確認主鏈區塊狀態。
側鏈機制總結:
側鏈資產安全性取決於側鏈安全性,即側鏈共識機制。
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