Tongzhengtong Research Institute × FENBUSHI DIGITAL 공동 제작

글: Song Shuangjie, CFA, Cheng Dongfeng

글: Song Shuangjie, CFA, Cheng Dongfeng

가이드

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요약

스테이트 채널은 인기있는 확장 솔루션입니다.이더리움 재단은 최근 미화 3000만 달러의 연간 예산을 공개했으며, 이 중 미화 1900만 달러는 스테이트 채널과 플라즈마를 포함한 이더리움 2.0 개발에 사용됩니다. 주 채널은 블록체인의 대규모 상용화를 촉진할 것으로 예상됩니다.

요약

블록체인의 Impossible Triangle은 탈중앙화, 보안성, 확장성의 세 가지 특성을 동시에 잘 만족시킬 수 없다는 것을 의미합니다.

오프체인 상호작용과 온체인 청산을 분리함으로써 상태 채널 솔루션은 어느 정도의 탈중앙화와 자산 보안을 보장하면서 더 빠르고 저렴한 거래를 달성할 수 있습니다. 오프 체인 확장 솔루션으로 상태 채널은 일반 상태 채널, 상태 채널 및 지불 채널의 세 가지 수준으로 일반에서 특수로 나뉩니다.

상태 채널이 직면한 주요 문제에는 라우팅 문제, 채널 균형 문제, 노드 오프라인 문제 및 보증금 잠금 문제가 포함됩니다.

온체인 확장 방식과 비교하여 상태 채널은 온체인과 오프체인 기능을 영리하게 분리합니다.이 방식을 채택하면 퍼블릭 체인의 구조를 변경할 필요가 없으며 체인의 보안 및 분산 기능을 결합합니다. 오프 체인의 확장성, 그러나 전체 생태계의 관점에서 볼 때 체인과 체인 간의 통신 프로세스에서 발생할 수 있는 문제로 인해 상태 채널은 여전히 ​​보안, 분산 및 확장성의 새로운 균형에 속합니다. 다른 오프 체인 확장 솔루션과 비교할 때 상태 채널은 프라이버시가 더 좋고 즉시성을 달성할 수 있습니다.특히 고정 당사자 간의 고주파 상호 작용에 적합합니다.단점은 자금을 "진행"하기 위해 중간 노드가 필요하고 노드가 실시간으로 온라인에 있어야 합니다. 모니터링할 타사를 소개합니다.

목차

위험 경고: 중간 노드 독점, 보안 허점

목차

1 상태 채널 개요

2 세 가지 수준의 상태 채널

2.1 일반 상태 채널

2.2 상태 채널

2.3 결제 채널

상태 채널에서 극복해야 할 3가지 주요 문제

3.1 라우팅 문제

3.1.1 해시 시간 잠금 계약(HTLC, 해시 시간 잠금 계약)

3.1.2 가상채널(Virtual Channel)

3.1.3 메타 채널

3.2 채널 밸런스 문제

3.3 노드 오프라인 문제

3.4 여백 잠금 문제

4.1 온체인 확장 솔루션과의 비교

텍스트

텍스트

State Channel(State Channel)은 블록체인 오프체인 확장 솔루션 중 하나로 현재 많은 유명 프로젝트에서 State Channel 기술 솔루션을 채택하고 있습니다.

보조 제목

1 상태 채널 개요

블록체인의 모든 노드는 동일한 계산을 수행하고 동일한 데이터를 저장합니다.이러한 중복 아키텍처는 보안 및 탈중앙화를 보장하지만 블록체인이 트랜잭션을 매우 느리고 비싸게 처리하게 합니다.

레이어 2 확장이라고도 하는 오프체인 확장은 퍼블릭 체인의 기본 프로토콜을 변경하지 않는 응용 레이어 확장 솔루션으로, 레이어 1(레이어-1)은 보안을 제공하고 레이어 2(레이어-2)는 확장성을 제공합니다. . 오프 체인 확장은 현재 상태 채널, 사이드 체인(또는 하위 체인) 및 오프 체인 컴퓨팅과 같은 솔루션을 주로 포함합니다.

상태 채널의 상태는 계정 이름(또는 UTXO 모델의 주소), 잔액(또는 UTXO 모델의 미사용 트랜잭션 출력), 계약 데이터 등 블록체인 원장의 현재 상태를 나타냅니다. 상태 채널은 상태 교환을 위해 두 개 이상의 당사자 간에 오프체인 채널을 열어 취급 수수료를 낮추고 즉시 도착하도록 하는 것입니다.

상태 채널 트랜잭션을 사용하는 프로세스는 일반적으로 다음과 같습니다.

① 거래 당사자는 일정량의 자산을 체인에 잠그고 블록체인에 상태 채널을 기록하고 엽니다.

② 상호 거래 및 상태 업데이트는 채널에서 수행되지만 체인에 제출되지 않습니다.

③ 어느 당사자가 채널을 닫고자 할 때 최종 상태를 블록체인에 제출하여 청산합니다. 상대방이 이의가 있는 경우 지정된 시간 내에 온체인 중재를 신청할 수 있습니다.

한 당사자가 속임수를 시도하고 자신에게 유리한 최종 상태가 아닌 상태를 체인에 제출하면 상대방은 타임 스탬프가 있는 최신 상태를 제출하여 체인에 이의를 제기할 수 있습니다. 담보물 압수. 그러나 이것은 상태 채널의 사용자가 실시간으로 온라인 상태여야 하며, 당사자가 오랫동안 오프라인 상태이면 온체인 청산이 시행되어 손실이 발생할 수 있습니다. 이 경우 일반적으로 제3자를 도입하여 사기 여부를 모니터링하지만 이를 위해서는 합리적인 제3자 경제적 인센티브 메커니즘의 설계가 필요합니다.

상태 채널 방식은 참여자가 비교적 긴 시간 동안 상태를 여러 번 교환해야 하고 단일 전송에 대한 거래 수수료에 민감한 시나리오에 더 적합합니다. 예를 들어 체스 및 카드 게임, 사물 인터넷 스마트 결제(M2M), 게임 플랫폼, 라이브 방송 보상 등이 있습니다.

보조 제목

2 세 가지 수준의 상태 채널

오프 체인 확장 솔루션으로서 상태 채널은 일반에서 특수까지 일반화된 상태 채널, 상태 채널 및 지불 채널의 세 가지 수준으로 나뉩니다.

2.1 일반 상태 채널

범용 상태 채널은 인스턴스화 후 상태 채널 또는 지불 채널이 되는 모듈식 및 표준화된 상태 채널 개발 프레임워크입니다. 개발자는 상태 채널의 관련 기술 세부 사항에 익숙하지 않아도 상태 채널을 기반으로 응용 프로그램을 쉽게 개발할 수 있으며 사용자는 체인에서 작업을 수행하지 않고도 채널에서 DApp을 설치, 실행 및 종료할 수 있습니다.

일반적인 프로젝트에는 Counterfactual(오프체인 상태 채널을 기반으로 애플리케이션을 구축하기 위한 개발 프레임워크) 및 Celer Network(개발자가 탈중앙화 애플리케이션을 신속하게 구축하고 실행하는 데 도움이 되는 레이어 2 확장 플랫폼)이 포함됩니다.

2.2 상태 채널

상태 채널은 체인 아래 상태 상호 작용을 위한 채널입니다. 상태 교환 및 오프 체인 확장의 목적은 체인에 튜링 완전 스마트 계약을 오프 체인 실행에 넣음으로써 달성됩니다. 예를 들어 상태 채널을 기반으로 개발된 바둑 게임은 체인 아래에서 상태를 지속적으로 교환하는 것입니다.

일반적인 프로젝트로는 Perun Network(오프체인 스마트 계약 실행 지원) 및 FunFair(국가 채널 기반 도박 게임)가 있습니다.

지불 채널은 지불 필드에서 상태 채널의 특정 응용 프로그램에 속합니다. 트랜잭션의 양 당사자는 채널이 닫히고 체인에서 지워질 때까지 상태 채널에서 여러 트랜잭션을 수행할 수 있습니다. 오프체인 이체는 빠르고 수수료가 없으며, 온체인 청산 중에 한 당사자가 사기를 시도하면 중재 및 처벌 메커니즘이 있어 양 당사자의 자산 보안을 보장합니다.

일반적인 프로젝트로는 Lightning Network(BTC 상태 채널 결제 네트워크), Raiden(Lightning 네트워크의 이더리움 버전), Trinity(Lightning 네트워크의 Neo 버전), Liquidity Network(NOCUST 프로토콜 기반 결제 채널 네트워크)가 있습니다.

보조 제목

상태 채널에서 극복해야 할 3가지 주요 문제

3.1 라우팅 문제

지불 채널을 지불 네트워크로 확장하기 위해서는 열린 상태 채널의 라우팅 노드를 통해 두 개의 낯선 노드 사이에 연결을 설정하는 것이 확실히 더 경제적입니다. 6단계 연결 이론에서 설명했듯이 우리는 6단계 연결을 통해 세상 누구와도 연결될 수 있습니다. 현재 주로 세 가지 라우팅 체계가 있습니다.

3.1.1 해시 시간 잠금 계약(HTLC, 해시 시간 잠금 계약)

대표사업: 라이트닝 네트워크

보낸 사람은 1/2 다중 서명 주소로 BTC를 받는 사람에게 보냅니다.받는 사람이 "서명 + 해시 암호문"을 통해 계약서에 지정된 시간 내에 BTC를 잠금 해제하지 못하면 보낸 사람에게 BTC가 반환됩니다. .

그림과 같이 A는 B와 C를 통해 D에게 1 BTC를 보내고자 합니다. 수신자로서 D는 먼저 임의의 개인 키 r(키에 해당)과 공개 키 R(잠금에 해당)을 생성한 다음 R을 A에게 보냅니다.

A와 B는 먼저 해시 시간 잠금 계약을 설정하고 R은 "시간"이 3일인 "잠금"이고 "해시 암호문"은 D만 알고 있는 개인 키 r입니다. 이 계약은 B가 3일 이내에 R을 잠금 해제하기 위한 개인 키 r을 얻을 수 있는 한 스마트 계약에서 A가 보낸 1 BTC를 받을 수 있고 그렇지 않으면 1 BTC가 A에게 반환된다는 것을 의미합니다.

B는 R의 잠금을 해제하기 위해 개인 키 r을 획득해야 합니다. 동일한 아이디어에 따르면 B와 C 간의 스마트 계약은 C가 2일 이내에 R의 잠금을 해제하기 위한 개인 키 r을 얻을 수 있는 한 1을 받을 수 있다고 규정합니다. 스마트 계약에서 B에 의해 BTC, 그렇지 않으면 1 BTC가 B로 반환됩니다.

마지막으로 C와 D 사이의 스마트 계약은 동일합니다. D가 1일 이내에 개인 키 r로 R을 잠금 해제할 수 있는 한 그는 1 BTC를 얻을 수 있습니다. 이것은 D가 개인 키 r을 C에 의해 "고급" 1 BTC로 교환하는 것과 같습니다. C는 개인 키 r을 얻은 다음 이를 사용하여 잠금을 해제하고 B에 의해 "고급" 1 BTC와 교환한 다음 B는 r을 사용하여 A의 1을 잠금 해제합니다. 비트코인.

즉, D는 먼저 "잠금"과 해당 "키"를 생성한 다음 잠금을 A, B, C로 차례로 전달하고 D가 BTC를 받은 후 "키"를 C로 전달하고 B, 그리고 A. 이러한 방식으로 여러 노드는 서로를 신뢰하지 않고 A에서 D로의 안전한 전송을 실현합니다. 실제 운영에서 중간 노드는 경제적 인센티브로 추가 서비스 요금을 받게 됩니다.

3.1.2 가상채널(Virtual Channel)

대표사업 : 페룬네트웍스

그림에 표시된 것처럼 A와 B는 각각 채널 X와 채널 Y인 I로 상태 채널을 열었습니다. 이제 A와 B는 스마트 계약을 통해 중간 노드 I에 애플리케이션을 보내 A와 B 사이에 가상 채널 Z를 설정합니다(점선으로 표시).

A는 채널 X에서 Z(A) 토큰을 잠갔고 이에 따라 I는 채널 Y에서 Z(A) 토큰을 잠갔습니다.

B는 채널 Y에서 Z(B) 토큰을 잠갔고 이에 따라 I는 채널 X에서 Z(B) 토큰을 잠갔습니다.

잠근 후에는 A와 B 사이에 가상 채널 Z를 설정하는 것과 같으며 이 채널에서 A와 B의 해당 사용 가능한 할당량은 각각 Z(A)와 Z(B)입니다. A가 B에게 1패스를 넘기고자 하면 I의 왼쪽에 1패스가 추가되고, 동시에 오른쪽에서 1패스가 감소하며, 감소된 1패스는 B에게 전달됩니다. 효과 무술소설의 그것과 유사하다. "산을 넘어 소싸움"에서 A는 "스프링보드"로서 I를 통해 B에게 토큰 1개를 전송한다. 가상 채널은 더 큰 네트워크를 형성하기 위해 더 확장될 수도 있습니다.

Hash Time Lock 계약 방식과 비교하여 이 방식의 중간 노드는 모든 트랜잭션에 관여할 필요가 없고 스마트 계약을 통해 자동으로 실행되기만 하면 되기 때문에 더 프라이빗하고 낮은 대기 시간을 필요로 합니다. 가상 채널의 양쪽 끝에서 "중개 서비스"를 제공하기 위해 충분한 수의 패스를 잠그는 중간 노드. 예를 들어 위의 예에서 I 노드는 최소한 Z(A)+Z(B) 토큰을 잠글 필요가 있습니다.

3.1.3 메타 채널

대표사업: Counterfactual

방식은 가상 채널과 비슷하지만 구조가 약간 다릅니다. 예를 들어, Counterfactual은 일반 상태 채널을 인스턴스화한 후 각각 A와 I, B와 I의 프록시 상태 채널을 설정하고 이를 기반으로 A와 B의 지불 채널을 설정하여 가상 채널과 동일한 효과를 얻습니다.

3.2 채널 밸런스 문제

상태 채널 네트워크에서 기존 컴퓨터 네트워크의 최단 경로 라우팅 전략을 사용하면 채널의 균형이 맞지 않아 라우팅 전략이 무효화되고 경로 찾기가 "막 다른 골목"에 직면하여 효과적으로 전송할 수 없습니다. 값. 그림 8과 같이 A, B, C 세 개의 노드로 구성된 양방향 상태 채널은 최단 경로를 사용하여 특정 채널에서 노드의 사용 가능한 통과를 0으로 만들고 양방향 채널은 1이 됩니다. -웨이 채널. 왼쪽 위 그림은 왼쪽 아래 그림에 표시된 양방향 채널에 해당하는 균형 상태입니다. 가운데 위 사진과 오른쪽 위 사진의 증서는 각각 중앙 아래와 오른쪽 아래의 단방향 채널에 해당하는 한쪽에 집중되어 있습니다.

Celer Network는 각 타임 슬라이스에서 로컬 네트워크의 혼잡 정도와 채널 불균형을 측정한 후, 가장 큰 배압 가중치를 가진 방향으로 라우팅 전송을 수행하여 네트워크 혼잡을 줄이면서 채널 균형을 맞추는 BackPressure(BackPressure) 라우팅 알고리즘을 제안합니다. 77개의 노드와 254개의 상태 채널로 구성된 결제 네트워크를 테스트한 결과 배압 라우팅 알고리즘의 성능이 라이트닝 네트워크의 최단 경로 라우팅 알고리즘보다 15배, 채널 활용률이 20배 높은 것으로 나타났습니다.

Liquidity Network는 지불 채널의 오프체인 재조정을 허용하는 Revive 프로토콜을 제안합니다. 이 프로토콜은 결제 채널 노드 그룹이 일련의 트랜잭션을 실행하도록 하여 단방향 채널 형성을 방지함으로써 여러 채널에서 각 노드의 토큰 자산 양을 재조정합니다. 아래 왼쪽 그림에 표시된 트리형 네트워크 구조는 재조정할 수 없는 반면, Revive가 채택한 오른쪽 그림에 표시된 네트워크는 링 구조를 포함하여 여러 채널에서 노드의 토큰 분배를 중앙 집중식에서 균일하게 다시 실현할 수 있습니다. 예를 들어 B는 D로 구성된 채널에 200개의 토큰이 있고 E로 구성된 채널에는 0개의 토큰이 있습니다. 오른쪽 그림의 경우 (B, D, E, B) 링 구조를 통해 재배치할 수 있으므로 B와 D, B와 E로 구성된 두 개의 채널에 각각 100개의 토큰이 있다는 것입니다.

3.3 노드 오프라인 문제

위에서 언급했듯이 상태 채널은 체인 아래의 상호 작용과 체인의 청산이며 모든 당사자는 최종 청산 및 인도를 달성하기 위해 상태 채널을 닫을 수 있습니다. 양 당사자가 동시에 온라인 상태이고 합의에 도달하면 즉각적인 최종성을 얻을 수 있습니다. 그러나 한쪽이 오프라인 상태이거나 상대방이 공격(DDoS 공격, 네트워크 케이블 파괴 등)을 시작하면 오프라인 당사자에게 자산 손실이 발생하고 상태 채널의 공정성과 보안이 손상됩니다.

이 경우 사람들은 Lightning Network 모니터(Monitors), Pisa 관리인(Custodians), Celer Network의 State Guardian Network(State Guardian Network) 등 제3자에게 모니터링 작업을 아웃소싱하는 것을 생각합니다.

모니터는 증명을 통해 보상을 얻고, 관리인은 담보 보증금을 통해 규제 기회를 얻습니다. State Guardian Network는 State Guardian으로 구성된 Plasma와 유사한 사이드 체인이며, CELR 패스(Celer Network 네트워크의 패스) 보유자는 모기지를 통과합니다. 오프체인 상태이고 더 많은 토큰이 저당될수록 오프체인 상태 작업을 보호하기 위해 위임될 확률이 높아져 더 많은 혜택을 얻을 확률이 커집니다.

오프 체인 확장 및 대규모 상업적 사용의 개발과 함께 합리적인 제3자 경제적 인센티브 메커니즘의 설계를 통해 레이어 2 서비스 공급자에게 기회를 제공할 것입니다.

3.4 여백 잠금 문제

3.1장에서 언급한 라우팅 방식은 해시 잠금 계약이든, 가상 채널이든, 메타 채널이든 간에 자금을 "진행"하거나 예치금을 잠그기 위해 중간 노드가 필요합니다. 네트워크 규모가 클수록 평균 이체 금액이 커지고 전체 네트워크에 예치된 보증금이 클수록 그에 따른 기회비용은 높아진다.

다음 그림은 주로 유동성 자금 지원 경매 메커니즘(LiBA, Liquidity Backing Auction), 유동성 자금 보증 채굴 메커니즘(PoLC Mining, Proof of Liquidity Commitment Mining) 및 오프체인 상태 가디언으로 구성된 Celer Network의 경제 모델을 보여줍니다. 네트워크 세 부분 구성입니다. 그 중 PoLC Mining 메커니즘은 Celer 네트워크의 주요 유동성 자금 공급원으로, 은행이 예금자로부터 자금을 조달하는 것과 유사하게 담보 보증 계약을 통해 유동성 공급자로부터 유휴 자금을 수집한 다음 국가 채널을 통해 서비스를 제공합니다. LiBA 메커니즘 공급자는 은행 대출과 유사한 유동성 자금을 제공합니다.

유동성 네트워크는 NOCUST의 다자간 결제 센터를 기반으로 하며, 모기지 자금을 풀링 및 공유하여 자본 잠금을 줄입니다. 라이트닝 네트워크는 모든 거래에 100% 담보가 필요하며 담보는 서로 격리되어 있어 유동성이 좋지 않습니다.

보조 제목

4 상태 채널과 다른 확장 방식의 비교

4.1 온체인 확장 솔루션과의 비교

온체인 확장 방식과 비교하여 상태 채널은 온체인과 오프체인 기능을 영리하게 분리합니다.이 방식을 채택하면 퍼블릭 체인의 구조를 변경할 필요가 없으며 체인의 보안 및 분산 기능을 결합합니다. 오프 체인의 확장성이지만 전체 생태계의 관점에서 볼 때 체인과 체인 간의 통신 프로세스에서 발생할 수 있는 문제로 인해 상태 채널은 여전히 ​​보안, 분산 및 확장성의 새로운 균형입니다.

4.2 다른 오프체인 솔루션과의 비교

메모:

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몇 가지 이유로 인해 이 기사의 일부 명사는 정확하지 않습니다. 주로 일반 인증서, 디지털 인증서, 디지털 통화, 통화, 토큰, 크라우드세일 등입니다. 독자가 질문이 있는 경우 전화를 걸거나 함께 토론할 수 있습니다. .

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