Analisis Kedalaman Ekspansi off-chain

1. Kebutuhan untuk Memperluas Kapasitas

Visi masa depan blockchain adalah untuk mencapai desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas. Namun, biasanya blockchain hanya dapat mencapai dua dari tiga, yang dikenal sebagai masalah segitiga ketidakmungkinan blockchain. Selama bertahun-tahun, orang telah menjelajahi cara untuk meningkatkan throughput dan kecepatan transaksi blockchain sambil menjaga desentralisasi dan keamanan, yaitu untuk menyelesaikan masalah skalabilitas.

Definisi desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas:

• Desentralisasi: Siapa pun dapat menjadi node yang berpartisipasi dalam produksi dan verifikasi sistem blockchain, semakin banyak jumlah node, semakin tinggi tingkat desentralisasinya.
• Keamanan: Semakin tinggi biaya yang dikeluarkan untuk mendapatkan kontrol atas sistem blockchain, semakin tinggi keamanannya.
• Skalabilitas: Kemampuan blockchain untuk memproses sejumlah besar transaksi.

Fork besar pertama dalam jaringan Bitcoin berasal dari masalah skalabilitas. Pada 1 Agustus 2017, Bitcoin ABC mulai menjalankan sistem klien yang dikembangkan sendiri hingga 8MB, yang mengakibatkan fork besar pertama dalam sejarah Bitcoin dan melahirkan mata uang baru BCH.

Jaringan Ethereum juga memilih untuk mengorbankan sebagian dari skalabilitasnya, demi menjaga keamanan dan desentralisasi jaringan. Dari CryptoKitties pada tahun 2017, musim DeFi, hingga munculnya aplikasi on-chain seperti GameFi dan NFT, permintaan pasar terhadap throughput terus meningkat, tetapi Ethereum hanya dapat memproses 15-45 transaksi per detik, mengakibatkan peningkatan biaya transaksi dan waktu penyelesaian yang lebih lama, sehingga sebagian besar Dapps kesulitan menanggung biaya operasional. Solusi skalabilitas yang ideal adalah meningkatkan kecepatan transaksi dan throughput jaringan blockchain tanpa mengorbankan desentralisasi dan keamanan.

2. Jenis Rencana Perluasan

Berdasarkan "apakah mengubah satu lapisan jaringan utama" sebagai standar, solusi skalabilitas dapat dibagi menjadi dua kategori besar: skalabilitas on-chain dan skalabilitas off-chain.

2.1 ekspansi on-chain

Konsep inti: solusi untuk mencapai efek skalabilitas dengan mengubah satu lapisan protokol jaringan utama, saat ini solusi utama adalah sharding.

Ada berbagai solusi untuk meningkatkan kapasitas di on-chain, di sini kami mencantumkan dua di antaranya:

• Opsi Satu: Memperluas ruang blok, meningkatkan jumlah transaksi yang dikemas dalam setiap blok, tetapi ini akan meningkatkan tuntutan pada perangkat node berkinerja tinggi, menurunkan tingkat desentralisasi.
• Opsi dua: Sharding, membagi buku besar blockchain menjadi beberapa bagian, di mana setiap shard bertanggung jawab untuk pencatatan yang berbeda, dan perhitungan paralel dapat menangani beberapa transaksi secara bersamaan; ini dapat mengurangi tekanan komputasi pada node dan ambang batas untuk bergabung, meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi dan tingkat desentralisasi; tetapi akan mengurangi keamanan seluruh jaringan.

Mengubah protokol jaringan utama lapisan satu dapat menghasilkan dampak negatif yang sulit diprediksi, dan setiap celah keamanan kecil di lapisan bawah dapat mengancam keamanan seluruh jaringan secara serius.

2.2 off-chain ekspansi

Konsep inti: solusi skalabilitas yang tidak mengubah protokol jaringan utama lapisan satu yang ada.

Rencana perluasan off-chain dapat dibagi lagi menjadi Layer2 dan rencana lainnya:

• Layer2: saluran status, Plasma, Optimistic Rollups, ZK Rollups
• Lainnya: sidechain, Validium

3. Solusi Perluasan off-chain

3.1 Saluran Negara

3.1.1 Ringkasan

Saluran status menetapkan bahwa pengguna hanya perlu berinteraksi dengan jaringan utama saat saluran dibuka, ditutup, atau menyelesaikan sengketa, dengan interaksi antar pengguna dilakukan off-chain untuk mengurangi waktu dan biaya transaksi, serta memungkinkan jumlah transaksi tidak terbatas.

Saluran status cocok untuk "aplikasi berbasis putaran", seperti permainan catur internasional dua orang. Setiap saluran dikelola oleh kontrak pintar multisig yang berjalan di jaringan utama, yang mengontrol aset yang disimpan dalam saluran, memverifikasi pembaruan status, dan mengadili sengketa di antara para peserta.

3.1.2 Garis Waktu

• 2015/02: Joseph Poon dan Thaddeus Dryja merilis draf whitepaper jaringan Lightning.
• 2015/11: Jeff Coleman pertama kali merangkum secara sistematis konsep State Channel.
• 2016/01: Joseph Poon dan Thaddeus Dryja secara resmi menerbitkan buku putih jaringan Lightning Bitcoin.
• 2017/11: Spesifikasi desain State Channel pertama yang didasarkan pada kerangka Payment Channel, yaitu Sprites, diusulkan.
• 2018/06: Counterfactual mengusulkan desain Saluran Status Umum yang terperinci.
• 2018/10: Mengusulkan konsep Jaringan Saluran Negara dan Saluran Virtual.
• 2019/02: Konsep saluran status diperluas ke N-Party Channels, Nitro adalah protokol pertama yang dibangun berdasarkan ide tersebut.
• 2019/10: Pisa memperluas konsep Watchtowers, menyelesaikan masalah peserta yang perlu tetap online.
• 2020/03: Hydra mengajukan Fast Isomorphic Channels.

3.1.3 Prinsip Teknologi

Alur kerja saluran status:

1. Peserta menyetor dana ke dalam kontrak pintar di jaringan utama dan menguncinya, setelah kedua belah pihak menandatangani konfirmasi, saluran dibuka.
2. Peserta melakukan transaksi gratis tanpa batasan jumlah di off-chain.
3. Peserta secara bergiliran mengirimkan pembaruan status dan menandatangani konfirmasi.
4. Saat menutup saluran, salah satu peserta dapat mengajukan permintaan transaksi di mainnet. Jika disetujui dengan tanda tangan semua pihak, eksekusi segera; jika tidak, tunggu hingga "masa tantangan" berakhir.

Saluran status dapat secara signifikan mengurangi beban perhitungan di jaringan utama, meningkatkan kecepatan transaksi, dan menurunkan biaya transaksi.

3.1.4 Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan:

• Konfirmasi transaksi instan
• Tingkat melalui tinggi
• Biaya rendah
• Privasi Tinggi

Kekurangan:

• Perlu mengunci dana
• Mendirikan dan menutup saluran memerlukan biaya Gas
• Peserta harus terus-menerus memantau secara online
• Sulit untuk melakukan transaksi multi pihak

3.1.5 Aplikasi

1. Jaringan Lightning Bitcoin

   • Saluran pembayaran kecil, membangun jaringan transaksi melalui saluran pembayaran kecil off-chain
   • Diajukan pada tahun 2015, versi mainnet dirilis pada tahun 2018
   • Hingga November 2022, ada 76.236 saluran pembayaran, 5049 BTC terkunci

2. Jaringan Lightning Ethereum

   • Saluran pembayaran kecil berbasis Ethereum, mirip dengan jaringan Lightning
   • Didirikan pada tahun 2017, tetapi belum diadopsi secara luas
   • Saat ini sedang dalam proses transformasi, direncanakan untuk berjalan di jaringan L2

3. Celer Network

   • Menambahkan lapisan insentif jaringan Lightning
   • Cocok untuk aplikasi interaksi frekuensi tinggi, seperti platform e-sports
   • Telah diluncurkan protokol DeFi Layer2.finance, protokol lintas rantai informasi Celer IM, dan jembatan lintas rantai aset cBridge

3.1.6 Perbandingan Aplikasi

Jaringan Lightning Bitcoin, Jaringan Lightning Ethereum, dan Jaringan Celer memiliki perbedaan dalam pemikiran desain, skenario aplikasi, dan kondisi pengembangan. Jaringan Lightning Bitcoin telah berkembang dengan cukup matang, sementara Jaringan Lightning saat ini digunakan lebih sedikit, dan Jaringan Celer telah meluas ke lebih banyak skenario aplikasi.

3.2 Sidechains

3.2.1 Ringkasan

Konsep sidechain diperkenalkan pada tahun 2012 dan artikel terkait pertama kali diterbitkan pada tahun 2014. Sidechain adalah bentuk blockchain yang muncul untuk mempercepat transaksi Bitcoin, dapat menggunakan kontrak yang lebih kompleks atau meningkatkan mekanisme konsensus. Hasil transaksi sidechain akhirnya akan dicatat di sisi validator mainchain.

3.2.2 Garis Waktu

• 2012/01: Konsep sidechain Bitcoin diajukan di ruang obrolan
• 2014/10: Makalah sidechain Bitcoin pertama kali diterbitkan
• 2017/04: Jaringan POA meluncurkan jaringan uji coba sidechain berbasis konsensus Proof of Authentication Ethereum
• 2017/10: Jaringan Matic diluncurkan
• 2017/12: Peluncuran mainnet POA Network
• 2018/01: Skales testnet diluncurkan
• 2018/10: Peluncuran jaringan pengujian xDai Chain
• 2020/06: Skale mainnet diluncurkan, mainnet Matic PoS Chain di sisi Ethereum diluncurkan
• 2021/02:Matic Network berganti nama menjadi Polygon Network
• 2021/02: Jaringan utama Ronin, sisi permainan Axie Infinity, mulai beroperasi
• 2021/12:xDai Chain bergabung dengan Gnosis Dao menjadi Gnosis Chain
• 2022/03: POA Network bergabung dengan Gnosis Chain

3.2.3 Prinsip Teknologi

Ada dua cara utama bagi sidechain untuk berkomunikasi dengan mainchain:

1. Double Pegged ( Symmetric Pegged ): Validator utama dan sisi secara real-time mencatat keadaan satu sama lain.

2. Ketidakcocokan jangkar ( Asymmetric Pegged ): Validator sidechain memantau aktivitas mainchain, tetapi mainchain tidak dapat mengonfirmasi status sidechain, perlu diperkenalkan mekanisme Certifiers.

Ringkasan mekanisme sidechain:

• Aset dari main chain ke side chain: main chain mengunci aset, side chain menghasilkan wrapped asset
• Aset dari sidechain ke mainchain: sidechain menghancurkan wrapped asset, mainchain membuka kunci aset

Keamanan aset di sidechain tergantung pada keamanan sidechain itu sendiri, terutama mekanisme konsensus sidechain.

3.2.4 Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan:

• Skalabilitas Tinggi
• Konfirmasi cepat
• Biaya transaksi rendah
• Dapat mewujudkan kontrak cerdas yang kompleks

Kekurangan:

• Keamanan bergantung pada mekanisme konsensus sidechain
• Tingkat desentralisasi yang lebih rendah
• Transfer lintas rantai memerlukan waktu tunggu yang lama
• Terdapat risiko kegagalan titik tunggal

3.2.5 Aplikasi

1. xDai ( sekarang berganti nama menjadi Gnosis Chain )

   • Token $xDai terikat 1:1 dengan dolar AS
   • Mengadopsi mode verifikasi PoSDAO
   • Jaringan utama diluncurkan pada September 2018, bergabung dengan Gnosis pada April 2022
   • Saat ini TVL sekitar $53 juta, dengan 35 proyek yang sedang berlangsung

2. Polygon

   • Didirikan pada tahun 2017, peluncuran mainnet pada bulan Juni 2020
   • Menyediakan solusi Matic PoS Chain dan Matic Plasma Chain
   • Pada bulan Februari 2021, merek diupgrade menjadi Polygon, bertransformasi menjadi agregator solusi skala.
   • Saat ini memiliki 37k+DApp, 1.8B total transaksi, 135M+ pengguna

3. Ronin

   • Sidechain khusus untuk permainan Axie Infinity
   • Menggunakan mekanisme konsensus PoA(Proof of Authority)
   • Peluncuran mainnet pada Maret 2021
   • Diserang hacker senilai 624 juta dolar AS pada Maret 2022

3.2.6 Perbandingan Aplikasi

xDai, Polygon, dan Ronin memiliki perbedaan dalam pemikiran desain, skenario aplikasi, dan keadaan perkembangan. xDai fokus pada pembayaran stablecoin, Polygon menawarkan berbagai solusi skalabilitas, sedangkan Ronin berfokus pada skenario permainan. Masing-masing memiliki ciri khas dan keunggulan.

3.3 Plasma

3.3.1 Ringkasan

Plasma adalah sebuah kerangka kerja untuk membangun DApp yang dapat diskalakan, yang bertujuan untuk meminimalkan kepercayaan pengguna terhadap Operator sidechain. Bahkan jika Operator berbuat jahat, Plasma dapat mencegah pencurian dana pengguna. Prinsip dasar Plasma adalah, jika terjadi kegagalan keamanan pada rantai Plasma, semua aset pengguna masih dapat ditarik dan dikembalikan ke mainnet.

3.3.2 Garis Waktu

• 2017/08:Vitalik dan Joseph Poon menerbitkan whitepaper Plasma
• 2018/01:Vitalik mengusulkan Plasma MVP
• 2018/03: Vitalik mengusulkan Plasma Cash
• 2018/06: Dan Robinson mengusulkan Plasma Debit
• 2018/11: BANKEX Foundation mengajukan Plasma Prime
• Sejak tahun 2019: komunitas Ethereum mulai