Als je op wat voor manier dan ook naar cryptocurrencies of blockchain hebt gekeken, ben je waarschijnlijk termen tegengekomen als laag één en laag twee protocollen. Ben je benieuwd wat deze lagen zijn en waarom ze bestaan? Laten we de architectuur van de blockchain-laag in dit artikel bespreken.
Blockchain-technologie is een unieke mix van verschillende huidige technologieën - cryptografie, speltheorie enzovoort - met een breed scala aan mogelijke toepassingen, zoals cryptocurrencies. Het coderen en decoderen van gegevens is een wiskundige en computationele discipline die bekend staat als cryptografie. De studie van de wiskundige modellen van strategische interactie tussen rationele besluitvormers staat bekend als speltheorie. Blockchain elimineert tussenpersonen, verlaagt de kosten en verbetert de efficiëntie door transparantie en veiligheid te bieden.
Zonder toezicht van een centrale autoriteit houdt gedistribueerde grootboektechnologie (DLT) informatie geverifieerd door cryptografie bij een groep gebruikers die akkoord zijn gegaan via een vooraf bepaald netwerkprotocol. Het combineren van deze technologieën bevordert het vertrouwen tussen mensen of partijen die daar anders geen motief voor zouden hebben. Ze maken het voor blockchain-netwerken mogelijk om veilig waarde en gegevens tussen gebruikers uit te wisselen.
Vanwege het ontbreken van een gecentraliseerde autoriteit, moeten blockchains zeer veilig zijn. Ze moeten ook extreem schaalbaar zijn om het toenemende aantal gebruikers, transacties en andere gegevens aan te kunnen. Lagen zijn ontstaan uit de eis van schaalbaarheid naast het behoud van eersteklas beveiliging.
De uitdrukking "schalen" in blockchain-technologie verwijst naar een toename van de systeemdoorvoersnelheid, die wordt gemeten in transacties per seconde. Met de wijdverbreide acceptatie van cryptocurrencies in het dagelijks leven, zijn blockchain-lagen nu vereist om de netwerkbeveiliging, het bijhouden van gegevens en andere functies te verbeteren.
Het aantal transacties dat per seconde door een systeem wordt verwerkt, wordt 'doorvoer' genoemd. Terwijl het VisaNet elektronische betalingsnetwerk van Visa meer dan 20.000 transacties per seconde kan verwerken, kan de hoofdketen van Bitcoin (BTC) niet meer dan zeven transacties per seconde verwerken.
De blockchain is de eerste laag in een gedecentraliseerd ecosysteem. Laag twee is een integratie van derden die wordt gebruikt in combinatie met laag één om het aantal knooppunten en als gevolg daarvan de systeemdoorvoer te vergroten. Veel laag twee blockchain-technologieën worden momenteel geïmplementeerd. In deze oplossingen worden slimme contracten gebruikt om transacties te automatiseren.
Blockchain-ontwikkelaars proberen de reikwijdte van blockchain-beheer te verbreden, aangezien Bitcoin een belangrijkere factor wordt in de commerciële wereld. Ze hopen de verwerkingstijden te verkorten en TPS te verhogen door blockchain-lagen te ontwikkelen en de schaalbaarheid van laag twee te optimaliseren.
Het blockchain-trilemma verwijst naar het algemeen aanvaarde idee dat gedecentraliseerde netwerken in termen van decentralisatie, veiligheid en schaalbaarheid slechts twee van de drie voordelen tegelijk kunnen bieden.
Computerwetenschappers bedachten de stelling van consistentie, beschikbaarheid en partitietolerantie (CAP) in de jaren tachtig om mogelijk de belangrijkste van deze problemen uit te drukken. De CAP-stelling stelt dat gedecentraliseerde gegevensopslag, zoals blockchain, slechts aan twee van de drie bovengenoemde garanties tegelijk kan voldoen.
Deze stelling is geëvolueerd tot het blockchain-trilemma in de context van de huidige gedistribueerde netwerken. Het wijdverbreide idee is dat openbare blockchain-infrastructuur veiligheid, decentralisatie of schaalbaarheid moet opofferen.
Als gevolg hiervan is de heilige graal van blockchain-technologie het creëren van een netwerk met ondoordringbare beveiliging over een breed gedecentraliseerd netwerk, terwijl ook de transactiedoorvoer op internetschaal wordt afgehandeld.
Laten we, voordat we ingaan op de dynamiek van het trilemma, schaalbaarheid, beveiliging en decentralisatie in algemene termen definiëren:
De schaalbaarheid van de blockchain verwijst naar het vermogen om een groter transactievolume te verwerken.
Beveiliging verwijst naar de mogelijkheid om gegevens op de blockchain te beveiligen tegen verschillende soorten aanvallen en de verdediging van de blockchain tegen dubbele -uitgaven.
Decentralisatie is een type netwerkredundantie dat ervoor zorgt dat het netwerk niet door minder entiteiten wordt beheerd.
Om een transactie af te handelen, moet het netwerk het eerst eens worden over de geldigheid ervan. De overeenkomst kan enige tijd duren als het systeem een groot aantal leden heeft. Als resultaat kunnen we aantonen dat schaalbaarheid omgekeerd evenredig is met decentralisatie wanneer de beveiligingsparameters identiek zijn.
Als we nu aannemen dat twee proof-of-work-blockchains dezelfde mate van decentralisatie hebben en veiligheid beschouwen als de hash-snelheid van de blockchain. De bevestigingstijd neemt af naarmate de hash-snelheid stijgt en de schaalbaarheid neemt toe naarmate de beveiliging verbetert. Als gevolg hiervan zijn schaalbaarheid en veiligheid evenredig met constante decentralisatie.
Als gevolg hiervan kan een blockchain niet voor alle drie de gewenste functies tegelijk optimaliseren, waardoor het gedwongen wordt compromissen te sluiten. Ethereum is het meest recente voorbeeld van het trilemma in actie. Het gebruik van het Ethereum-platform is enorm toegenomen door de groei van gedecentraliseerde financiële (DeFi)-applicaties deze zomer. Ethereum kan maar tot een bepaald punt groeien.
Vanwege de toegenomen vraag zijn transactiekosten gestegen tot het punt waarop sommige mensen zich niet met de blockchain kunnen bezighouden. Verhoogde Ethereum-kosten zijn een voorbeeld van het trilemma, omdat we kunnen zien dat Ethereum niet is geschaald zonder in te boeten aan beveiliging of decentralisatie.
De focus van Ethereum lag op decentralisatie en veiligheid, waarbij het aantal transacties per seconde beperkt was (schaalbaarheid). Om miners aan te moedigen hun transacties prioriteit te geven, betaalden gebruikers hogere vergoedingen. Evenzo hebben decentralisatie en beveiliging voorrang gekregen op schaalbaarheid in Bitcoin.
Het is geen geheim dat de schaalbaarheid van blockchains zoals Bitcoin en Ethereum momenteel beperkt is. Daarom werkt een wereldwijde gemeenschap van start-ups, bedrijven en technologen verwoed aan oplossingen voor laag één en laag twee om het blockchain-trilemma op te lossen.
Laag één blockchain-netwerken zijn ontworpen voor snelheid, veiligheid en uitbreiding. Laag twee verwijst naar technologische verbeteringen en producten die kunnen worden gebruikt om de schaalbaarheid van bestaande blockchain-netwerken uit te breiden. Het vinden van de perfecte balans tussen de twee lagen kan een game-changer zijn voor de acceptatie van blockchain en de uitbreiding van gedecentraliseerde netwerken.
Ontwikkelaars benaderen het probleem vanuit verschillende perspectieven. De grotere blokgrootte in Bitcoin Cash (BCH) was een poging om de schaalbaarheid van Bitcoin te verbeteren. Er is echter geen bewijs dat het populairder wordt.
Bitcoin probeert het probleem aan te pakken door een laag toe te voegen aan de bestaande blockchain-laag. De laag twee-oplossingen bundelen talloze transacties samen en bevragen slechts af en toe de basislaag-blockchain, volgens het idee achter schaaloplossingen. Ethereum kiest voor een hybride benadering, waarbij sharding de basislaag-blockchain opschaalt en de gemeenschap anticipeert op verschillende laag-twee-oplossingen om de doorvoer nog verder te vergroten.
In het geval van het gedistribueerde netwerk van de blockchain-architectuur, onderhoudt, autoriseert en actualiseert elke netwerkdeelnemer nieuwe invoer. Een verzameling blokken met transacties in een specifieke volgorde vertegenwoordigt de structuur van blockchain-technologie. Deze lijsten kunnen worden opgeslagen als een plat bestand (in txt-formaat) of een eenvoudige database. Blockchain-architectuur kan publieke, private of consortiumvormen aannemen.
De gelaagde architectuur van blockchain is onderverdeeld in zes lagen.
De inhoud van de blockchain wordt opgeslagen op een server in een datacenter ergens op deze mooie wereldbol. Clients vragen om inhoud of gegevens van applicatieservers terwijl ze op internet surfen of apps gebruiken, wat bekend staat als de client-server-architectuur.
Klanten kunnen nu verbinding maken met peer-clients en gegevens delen. Een peer-to-peer (P2P) netwerk is een grote groep computers die gegevens delen. Blockchain is een peer-to-peer netwerk van computers dat transacties op een ordelijke manier berekent, valideert en vastlegt in een gedeeld grootboek. Als resultaat wordt een gedistribueerde database gecreëerd, waarin alle gegevens, transacties en andere relevante gegevens worden opgeslagen. Een node is een computer in een P2P-netwerk.
De datastructuur van een blockchain wordt uitgedrukt als een gekoppelde lijst met blokken waarin transacties worden besteld. De datastructuur van de blockchain bestaat uit twee fundamentele elementen:pointers en een gekoppelde lijst. Een gekoppelde lijst is een lijst van aaneengeschakelde blokken met gegevens en verwijzingen naar het vorige blok.
Aanwijzers zijn variabelen die verwijzen naar de positie van een andere variabele, en een gekoppelde lijst is een lijst van aaneengeschakelde blokken met gegevens en verwijzingen naar het vorige blok. De Merkle-boom is een binaire boom van hashes. Elk blok bevat de root-hash van de Merkle-boom en informatie zoals de hash, tijdstempel, nonce van het voorgaande blok, versienummer van het blok en huidige moeilijkheidsgraad.
Voor blockchain-systemen biedt een Merkle-boom beveiliging, integriteit en onweerlegbaarheid. Het blockchain-systeem is gebouwd op Merkle-bomen, cryptografie en consensusalgoritmen. Omdat het de eerste in de keten is, bevat het genesisblok, d.w.z. het eerste blok, de aanwijzer niet.
Om de veiligheid en integriteit van de gegevens in blockchain te beschermen, worden transacties digitaal ondertekend. Een privésleutel wordt gebruikt om transacties te ondertekenen en iedereen met de openbare sleutel kan de ondertekenaar verifiëren. De digitale handtekening detecteert informatiemanipulatie. Doordat de gegevens die versleuteld worden ook ondertekend zijn, zorgen digitale handtekeningen voor eenheid. Als gevolg hiervan zal elke manipulatie de handtekening ongeldig maken.
De gegevens kunnen niet worden gevonden omdat ze versleuteld zijn. Er kan niet meer mee geknoeid worden, zelfs niet als het wordt gepakt. De identiteit van de afzender of eigenaar wordt ook beschermd door een digitale handtekening. Als gevolg hiervan is een handtekening wettelijk gekoppeld aan de eigenaar en kan deze niet worden genegeerd.
De netwerklaag, ook wel de P2P-laag genoemd, is verantwoordelijk voor de communicatie tussen knooppunten. Discovery, transacties en blokpropagatie worden allemaal afgehandeld door de netwerklaag. Voortplantingslaag is een andere naam voor deze laag.
Deze P2P-laag zorgt ervoor dat knooppunten elkaar kunnen vinden en kunnen communiceren, verspreiden en synchroniseren om het blockchain-netwerk in een legitieme staat te houden. Een P2P-netwerk is een computernetwerk waarin knooppunten worden gedistribueerd en de werklast van het netwerk delen om een gemeenschappelijk doel te bereiken. De transacties van de blockchain worden uitgevoerd door knooppunten.
De consensuslaag is essentieel voor het bestaan van blockchainplatforms. De consensuslaag is de meest noodzakelijke en kritieke laag in elke blockchain, of het nu Ethereum, Hyperledger of een andere is. De consensuslaag is verantwoordelijk voor het valideren van de blokken, het ordenen en garanderen dat iedereen het ermee eens is.
Slimme contracten, chaincode en gedecentraliseerde applicaties (DApps) vormen de applicatielaag. De applicatielaagprotocollen zijn verder onderverdeeld in de applicatie- en de uitvoeringslagen. De applicatielaag omvat de programma's die eindgebruikers gebruiken om te communiceren met het blockchainnetwerk. Scripts, Application Programming Interfaces (API's), gebruikersinterfaces en frameworks maken er allemaal deel van uit.
Het blockchain-netwerk dient als back-endtechnologie voor deze applicaties en ze communiceren ermee via API's. Slimme contracten, onderliggende regels en kettingcode maken allemaal deel uit van de uitvoeringslaag.
Hoewel een transactie van de applicatielaag naar de uitvoeringslaag gaat, wordt deze op de semantische laag gevalideerd en uitgevoerd. Applicaties geven instructies aan de uitvoeringslaag, die transacties uitvoert en zorgt voor het deterministische karakter van de blockchain.
Blockchain-laag nul bestaat uit componenten die helpen om blockchain te realiseren. Het is de technologie waarmee Bitcoin, Ethereum en andere blockchain-netwerken kunnen functioneren. Laag 0-componenten omvatten internet, hardware en verbindingen waarmee laag één soepel kan werken.
Dit is de basislaag en de beveiliging is gebaseerd op zijn onveranderlijkheid. Het Ethereum-netwerk, of laag één, is waar mensen naar verwijzen als ze Ethereum zeggen. Deze laag is verantwoordelijk voor consensusprocessen, programmeertalen, bloktijd, geschillenbeslechting en de regels en parameters die de basisfunctionaliteit van een blockchain-netwerk onderhouden. Het wordt ook wel de implementatielaag genoemd. Bitcoin is een voorbeeld van een laag één blockchain.
Deze schaaloplossingen verhogen de doorvoer van het netwerk wanneer ze samen worden gebruikt. Met het groeiend aantal blockchain-gebruikers lijkt laag één echter tekort te schieten. Het archaïsche en onhandige proof-of-work consensusproces wordt nog steeds gebruikt op de laag één blockchain.
Hoewel deze aanpak veiliger is dan andere, wordt deze beperkt door zijn snelheid. Mijnwerkers zijn verplicht om cryptografische algoritmen op te lossen met behulp van rekenkracht. Als gevolg hiervan is op de lange termijn meer rekenkracht en tijd nodig. Ook is de werklast op laag één blockchain toegenomen naarmate het aantal gebruikers is gegroeid. De verwerkingssnelheden en -capaciteiten zijn daardoor afgenomen.
Proof-of-stake is een alternatieve consensus die Ethereum 2.0 zal aannemen. Deze consensusbenadering certificeert nieuwe transactiegegevensblokken op basis van het uitzettende onderpand van netwerkdeelnemers, wat resulteert in een efficiëntere procedure.
Sharding is een schaaloplossing voor de last van het laag één blockchain-probleem. Simpel gezegd, sharding verdeelt de taak van het valideren en authenticeren van transacties in kleinere, gemakkelijker te beheren brokken. Als gevolg hiervan kan de werklast over het netwerk worden verdeeld om de rekencapaciteit van meer knooppunten te gebruiken. Doordat het netwerk deze shards parallel verwerkt, kunnen meerdere transacties zowel achtereenvolgens als gelijktijdig worden verwerkt.
De overlappende netwerken die bovenop de basislaag zitten, staan bekend als L2-oplossingen. Protocollen maken gebruik van laag twee om de schaalbaarheid te vergroten door enkele interacties uit de basislaag te verwijderen. Dientengevolge behandelen slimme contracten op het primaire blockchain-protocol alleen stortingen en opnames en zorgen ze ervoor dat off-chain transacties de voorschriften volgen. Het Lightning Network van Bitcoin is een voorbeeld van een laag twee blockchain.
Dus, wat is het verschil tussen laag één en laag twee blockchain? De blockchain is de eerste laag in een gedecentraliseerd ecosysteem. Laag twee is een integratie van derden die wordt gebruikt in combinatie met laag één om het aantal knooppunten en als gevolg daarvan de systeemdoorvoer te vergroten. Op dit moment worden veel blockchaintechnologieën van laag twee geïmplementeerd.
Laag twee protocollen zijn de afgelopen jaren enorm populair geworden en ze blijken de meest effectieve benadering te zijn voor het oplossen van schaalproblemen in met name PoW-netwerken. In de onderstaande secties worden verschillende schaaloplossingen voor laag twee uitgelegd.
Geneste blockchain
Een geneste laag twee blockchain wordt op een andere uitgevoerd. In wezen bepaalt laag één de instellingen, terwijl laag twee de procedures uitvoert. Op een enkele mainchain kunnen er meerdere blockchain-lagen zijn. Beschouw het als een typische bedrijfsstructuur.
In plaats van één persoon (bijvoorbeeld de manager) al het werk te laten doen, delegeerde de manager taken aan ondergeschikten, die vervolgens aan het management rapporteerden wanneer ze klaar waren. Als gevolg hiervan wordt de werklast van de manager verminderd terwijl de schaalbaarheid wordt verbeterd. Het OMG Plasma Project werkt bijvoorbeeld als een blockchain van niveau twee voor het niveau één-protocol van Ethereum, waardoor goedkopere en snellere transacties mogelijk zijn.
Staatkanalen
Een statuskanaal verbetert de totale transactiecapaciteit en snelheid door tweerichtingscommunicatie tussen een blockchain en off-chain transactiekanalen via verschillende benaderingen mogelijk te maken. Om een transactie via een staatskanaal te valideren, hoeft de miner niet meteen te worden betrokken.
In plaats daarvan is het een aan het netwerk grenzende bron die wordt beschermd via een mechanisme met meerdere handtekeningen of een slim contract. De uiteindelijke "status" van het "kanaal" en al zijn inherente overgangen worden naar de onderliggende blockchain gepost wanneer een transactie of batch transacties wordt voltooid op een statuskanaal.
Voorbeelden van staatskanalen zijn Bitcoin Lightning en het Raiden Network van Ethereum. In de trilemma-afweging geven staatskanalen enige decentralisatie op in ruil voor grotere schaalbaarheid.
Zijketens
Een zijketen is een transactieketen die naast de blockchain loopt en wordt gebruikt voor massale bulktransacties. Sidechains hebben hun consensusmethode, die kan worden aangepast voor snelheid en schaalbaarheid, en een utility-token wordt vaak gebruikt als onderdeel van het gegevensoverdrachtmechanisme tussen zij- en hoofdketens. De belangrijkste functie van de hoofdketen is het bieden van algemene veiligheid en geschillenbeslechting.
Op verschillende belangrijke manieren verschillen zijketens van staatskanalen. Om te beginnen zijn sidechain-transacties niet privé tussen deelnemers; in plaats daarvan worden ze openlijk in het grootboek gepubliceerd. Bovendien hebben beveiligingsinbreuken op zijketens geen invloed op de hoofdketen of andere zijketens. Het van de grond af opbouwen van een zijketen vereist een aanzienlijke hoeveelheid tijd en werk.
Rollups
Rollups zijn laag twee blockchain-schaaloplossingen die transacties uitvoeren buiten het laag één netwerk en vervolgens de gegevens van de transacties uploaden naar de laag twee blockchain. Laag één kan rollups veilig houden omdat de gegevens zich op de basislaag bevinden.
Gebruikers profiteren van rollups omdat ze de transactiedoorvoer, open deelname en lagere gaskosten helpen verhogen.
De applicatielaag wordt vaak laag drie of L3 genoemd. De L3-projecten fungeren als een gebruikersinterface terwijl ze de technische aspecten van het communicatiekanaal maskeren. L3-applicaties geven blockchains hun echte toepasbaarheid, zoals uitgelegd in de gelaagde structuur van de blockchain-architectuur.
De problemen met gedistribueerde gegevensopslag, waaruit blockchains voortkwamen, werden doorgegeven aan blockchains. Om deze moeilijkheden en gerelateerde problemen beter te begrijpen, werd de term "blockchain-trilemma" bedacht om ze te groeperen.
Ook al is het woord "trilemma" gebleven, het blockchain-trilemma is slechts een vermoeden. Op basis van vroege gegevens wordt vermoed dat deze hypothese juist is, maar deze is niet bewezen of weerlegd. Er moet meer onderzoek worden gedaan, hoewel de oplossingen voor laag één en laag twee al enig succes hebben gehad.
Een van de redenen waarom de acceptatie van crypto mainstream nu onmogelijk is in de blockchain-business, is schaalbaarheid. Naarmate de vraag naar cryptocurrencies groeit, neemt ook de druk toe om blockchain-protocollen uit te breiden. Omdat beide blockchain-niveaus hun eigen reeks beperkingen hebben, zal de uiteindelijke oplossing zijn om een systeem te ontwikkelen dat het schaalbaarheidstrilemma kan oplossen.
Laag één is van cruciaal belang, omdat deze de basis vormt voor gedecentraliseerde systemen. De schaalbaarheidsproblemen van de onderliggende blockchain worden aangepakt via laag twee protocollen. Helaas draaien de meeste protocollen van laag drie (DApps) momenteel alleen op laag één, waarbij laag twee wordt omzeild. Het is geen verrassing dat deze systemen niet zo goed presteren als we zouden willen.
Laag drie applicaties zijn essentieel omdat ze helpen bij het ontwikkelen van real-world use-cases voor blockchains. Ze zullen echter lang niet zoveel waarde vastleggen als hun basis-blockchain, in tegenstelling tot legacy-netwerken.
De Sharpe-ratio begrijpen
Een complete beginnershandleiding voor Bitcoin
De complete beginnersgids voor reizen hacken
Blockchain voor beginners:wat is Blockchain-technologie?
De no-nonsense gids voor investeren in cryptovaluta
Bitcoin versus Litecoin:de ultieme gids
Cryptogids:hoe u cryptocurrency kunt kopen in het VK