Déverrouiller l’écosystème Bitcoin : un guide à lire absolument

Par Echo, Infinitas

Conseils : Hong Shuning

*Avec le lancement de Satoshi Lab, une coentreprise entre Web3 Labs et Waterdrip Capital, à Hong Kong, l’écosystème Bitcoin gagne du terrain sur le marché des crypto-monnaies. La création de contrats intelligents sur Bitcoin Script à l’aide d’un schéma de vérification côté client et d’une compatibilité avec le Lightning Network avec une évolutivité infinie pour les transactions de canal peut devenir une solution d’application blockchain à grande échelle sur le triangle de la « sécurité, de la décentralisation et de l’évolutivité » en même temps. *

*Cet article explique certains concepts de base de l’écosystème Bitcoin. Du « Blockchain Impossible Triangle » qui entrave l’adoption à grande échelle, au « Lightning Network » de Bitcoin qui surmonte le « Triangle Impossible », en passant par les solutions actuelles de Bitcoin Script et les principes du modèle UTXO. *

Qu’est-ce qui freine l’adoption massive de la blockchain ?

Le fondateur d’Ethereum, Vitalik Buterin, et le fondateur de Babbitt, Chang Xuan, ont tous deux proposé que « les réseaux blockchain ne peuvent pas atteindre la sécurité, la décentralisation et l’évolutivité en même temps », c’est-à-dire que « la blockchain ne peut pas faire de triangle ». Le problème du « triangle impossible » a longtemps entravé l’application à grande échelle de la blockchain.

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Sur la base de la sécurité, Ethereum s’est concentré sur le développement de la décentralisation au cours de la dernière décennie et a continué à innover au niveau de la couche d’infrastructure de la chaîne publique sous-jacente pour étendre l’évolutivité de la chaîne publique Ethereum. Afin d’atteindre cet objectif, Ethereum a également itéré divers algorithmes aériens, sharding, rollups et autres technologies au cours de la dernière décennie.

Mais pour le problème d’évolutivité, il semble qu’il y aura une limite à la performance tant que la solution sera toujours limitée à la blockchain, à en juger par Ethereum et ses tentatives de couche 2. Même la blockchain la plus puissante que nous puissions voir à l’heure actuelle est encore difficile à franchir la limite du TPS (volume de transactions par seconde), et il existe encore un écart énorme entre les exigences des applications commerciales à grande échelle de millions de TPS et l’objectif d’atteindre des centaines de millions de TPS au niveau industriel mondial. Pour les chaînes publiques traditionnelles, qu’il s’agisse d’Ethereum ou de Bitcoin, elles sont toutes confrontées à un goulot d’étranglement : « comment résoudre le problème de l’évolutivité ? » "

Comment fonctionne le Lightning Network ?

Le Lightning Network utilise le calcul hors chaîne, connu sous le nom de « canaux de paiement », pour résoudre complètement le problème d’évolutivité du « triangle impossible » - tant que vous construisez suffisamment de canaux, vous pouvez exécuter autant de transactions simultanées que vous le souhaitez. **

Principes du réseau Lightning

  • En utilisant le système bancaire comme analogie, si A et B ouvrent un compte et transfèrent de l’argent. Lorsque deux personnes sont dans la même banque, elles sont liquidées au sein de la même banque. Lorsque A et B ne sont pas dans la même banque, ils doivent effectuer des opérations de règlement interbancaire par l’intermédiaire de la banque centrale. Le Lightning Network imite la façon dont les banques règlent leurs comptes : les utilisateurs A et B ouvrent un canal Lightning entre les deux via le Lightning Network. Lorsqu’un canal est ouvert, A et B utilisent le canal pour s’installer directement sur le Lightning Network sans avoir besoin de s’installer sur la blockchain Bitcoin. Ce n’est que lorsque le canal est fermé que A et B doivent traverser le Lightning Network et s’installer sur la blockchain Bitcoin.

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Flux d’opération du canal Lightning

  1. Réserves de paiement : Dans le scénario traditionnel, l’ouverture d’un compte bancaire nécessite des réserves anticipées, et des réserves de bitcoins sont également nécessaires pour ouvrir les canaux du Lightning Network.

  2. Comptabilité des transactions hors chaîne : Grâce au Lightning Network, chaque transaction est enregistrée une par une et un accord de pénalité est signé pour chaque compte.

  3. Enregistrements de règlement on-chain : Une fois le canal Lightning fermé, les données de transaction historiques seront emballées et réglées en une seule fois, puis finalement envoyées à la blockchain Bitcoin.

Comment le réseau Lightning empêche la fraude sur la chaîne

Si, au cours de la transaction du canal, A effectue un acte frauduleux en fermant le canal plus tôt que prévu pour régler le Bitcoin. Lorsque le canal est fermé, une transaction frauduleuse sera immédiatement générée sur la chaîne Bitcoin. Sur la base de l’ouverture de la chaîne Bitcoin, B peut l’observer à temps et punir A avec un accord de pénalité signé à l’avance. La sanction est la confiscation de toutes les réserves de A.

Goulots d’étranglement applicatifs à grande échelle du Lightning Network

Théoriquement, le Lightning Network atteint une évolutivité infinie, surmontant le triangle impossible de la blockchain. Mais le problème le plus critique qui empêche le Lightning Network de parvenir à une adoption à grande échelle est que le Lightning Network utilise les mêmes scripts que Bitcoin, qui n’a pas de contrats intelligents sur la chaîne, seulement des scripts simples, et ne peut pas héberger d’applications complexes. C’est-à-dire que la chaîne Bitcoin est Turing-incomplète, et Turing-complète signifie que tout problème de calcul peut être résolu théoriquement. Utilisant un langage de script Turing-complet, il est logiquement compatible avec d’autres langages de programmation et, théoriquement, peut implémenter une logique qui peut être implémentée dans n’importe quel autre langage, ainsi que reproduire la logique métier du monde réel dans la plus grande mesure. Il n’y a pas de contrats intelligents sur la blockchain Bitcoin, et encore moins d’applications construites sur eux. Ainsi, le plus gros problème que le Lightning Network doit surmonter est « comment mettre en œuvre des contrats intelligents sur Bitcoin ». **

Il existe des solutions existantes pour améliorer la « fonctionnalité » de la blockchain Bitcoin

1. Chaîne latérale

• La sidechain fait référence à la création d’une chaîne avec des fonctions de contrat intelligent, à sa réplication et à son ancrage bidirectionnel à la chaîne principale de Bitcoin, de sorte que les actifs de Bitcoin puissent être migrés de manière transparente entre la chaîne principale et la sidechain, afin de réaliser des contrats intelligents, mais il n’y a actuellement pas assez de technologie de rattachement bidirectionnel décentralisé. **La sidechain nécessite un fournisseur de services centralisé tiers pour la réplication et la migration des ressources de la chaîne principale, et il n’existe actuellement qu’une solution pan-centralisée. Par exemple, « WBTC », un jeton ERC-20 émis par BitGo sur le réseau Ethereum, est rattaché à 1 :1 au BTC en tant qu’actif dérivé. La solution sidechain n’a pas été prise en charge par la communauté des développeurs Bitcoin Core en raison de la centralisation de l’émission par des tiers.

2. Pièces de couleur

En 2012, le président de la Bitcoin Association, Meni Rosenfeld, a publié l’article « Overview of Colored Coins », dans lequel il décrit un mécanisme permettant d’utiliser la « fongibilité » de Bitcoin pour créer des applications qui s’adaptent à certaines pièces en « colorant » certaines pièces et en les séparant des autres. La méthode spécifique consiste à utiliser l’instruction OP_RETURN dans Bitcoin Script, à ajouter 80 octets de caractères arbitraires à la fin, à concevoir la chaîne selon le format spécifié dans les 80 octets, à marquer la « pièce de couleur » en spécifiant artificiellement la signification de la chaîne et à créer des contrats intelligents plus complexes. Mais 80 octets, c’est trop petit pour compliquer les fonctionnalités.

  • Une nouvelle technologie a également été introduite dans le schéma de suivi « color coin ». Par exemple, la technologie d’inscription « Ordinals » utilise 3 M d’espace « Segregated Witness » dans un bloc Bitcoin pour y insérer de petites images afin d’émettre des NFT. BRC-20, par exemple, utilise une chaîne de code pour exprimer plus de contenu que 80 octets. Mais ces pièces colorées peuvent créer d’autres problèmes graves - elles occupent l’espace « Segregated Witness », qui était à l’origine utilisé pour stocker les signatures des transactions de transfert Bitcoin, et évincent l’espace « Segregated Witness », ce qui entraînera une diminution du nombre de transactions exécutables sur Bitcoin, entraînant une diminution des performances de Bitcoin. La solution de la pièce de couleur a également fait l’objet d’une forte résistance de la part des développeurs de Bitcoin Core, car elle pollue le Bitcoin natif, et la forme artificiellement spécifiée nécessite toujours un tiers centralisé pour résoudre le serveur. **

3. Validation du client

En 2016, le développeur de Bitcoin Core, Peter Todd, a publié un article proposant un paradigme de vérification côté client, qui est complètement décentralisé en simulant la méthode traditionnelle de signature de contrat pour s’assurer que seules les deux parties connaissent la prémisse de confidentialité du contenu du contrat, sans l’implication d’un tiers. Dans le même temps, lorsque la transaction est exécutée, l’initiateur de la transaction fournit les données complètes nécessaires à l’historique des transactions, et l’autre partie les vérifie elle-même pour éviter la fraude. Il n’est pas soumis à la centralisation et se caractérise par le fait que la vérification hors chaîne n’est pas limitée par les performances, ce qui en fait actuellement considérée par la plupart des gens comme la solution « optimale » au manque d’exhaustivité de Turing de la blockchain Bitcoin.

Signature de contrat traditionnelle vs signature de contrats intelligents Blockchain

  • Signature traditionnelle d’un contrat : Il y a une transaction entre A et B, signez d’abord un contrat, les deux parties confirment le contenu du contrat et le signent, et le contrat ne peut pas être falsifié lors de la signature. Toute transaction dans le processus d’exécution du contrat futur est une transaction entre A et B et ne nécessite pas l’intervention d’un tiers.
  • Signature de contrats intelligents blockchain : le processus de transaction est annoncé à l’ensemble du réseau, et tous les mineurs sont exécutés et vérifiés. Il n’y a pas de confidentialité dans l’ensemble du processus d’exécution, et les performances sont limitées en raison de la nécessité de publier sur l’ensemble du réseau pour parvenir à un consensus.

La validation du client est-elle irréprochable ?

En voyant cela, il semble que certaines personnes se poseront des questions, la blockchain Bitcoin décentralisée elle-même résout les problèmes de sécurité dans le commerce traditionnel, mais avec l’introduction de la vérification des clients, la solution est de retour hors chaîne, même si elle résout le problème de la fraude, alors comment prévenir efficacement le problème de la double dépense ?

Introduction du « Sceau jetable »

Étant donné que l’authentification côté client elle-même n’inclut pas de mécanisme de prévention des doubles dépenses, nous avons dû mettre en place une assistance tierce pour résoudre ce problème. Pour ce faire, nous lions chaque état de chaque contrat qui doit être vérifié lors de la validation du client à la sortie de transaction inutilisée (UTXO) d’un bitcoin particulier. Puisqu’il n’existe que deux formes d’UTXO, « dépensé » et « non dépensé ». Une fois que vous souhaitez modifier l’état du contrat de vérification, vous devez dépenser l’UTXO lié (n’importe quel montant est acceptable) afin que la transaction qui l’a dépensé soit confirmée par la blockchain. De plus, la transaction Bitcoin qui le dépense doit également fournir une preuve du contenu de la transition d’état (qui agit comme un hachage). Pour faire simple, vous pouvez traiter l’UTXO lié comme « l’enveloppe » de cet état de la cire à cacheter, et si vous voulez ouvrir l’enveloppe, vous devez ouvrir la cire à cacheter.

Description complémentaire du modèle UTXO

Contrairement au modèle de compte d’Ethereum, la sortie de transaction non dépensée (UTXO) est la somme des crypto-monnaies envoyées d’une adresse à une autre mais pas encore échangées par le destinataire afin d’envoyer les fonds à quelqu’un d’autre lors de transactions ultérieures.

  • Par exemple, si Alice envoie 1 Bitcoin à Bob, alors Bob possède des UTXO tant que Bob ne dépense pas les BTC qu’il a reçus d’Alice. Une fois que Bob a dépensé 1 BTC, le cycle de vie de l’UTXO est terminé.

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  • En supposant que le portefeuille de Bob n’a participé qu’à une seule transaction, où Bob a reçu 1 BTC d’Alice, le validateur de transaction saura que le solde UTXO de Bob est de 1 BTC. Si Bob envoie 1 BTC à Carol, son UTXO devient immédiatement 0 BTC. Si Bob essaie ensuite de dépenser deux fois ses pièces lors de la deuxième transaction sortante, le validateur constatera que son solde UTXO n’est pas suffisant pour être utilisé comme entrée pour la deuxième transaction, et le validateur honnête ne propagera pas ou ne confirmera pas sa transaction de double dépense.

Suivant Croissance exponentielle : l’écosystème Bitcoin bat son plein

Dans l’évolution de Bitcoin, la conception de la vérification côté client a intelligemment contourné la centralisation des sidechains et des systèmes de pièces colorées, et a introduit un mécanisme de scellement à usage unique pour améliorer encore la sécurité. À l’heure actuelle, l’écosystème Bitcoin inaugure la naissance d’une série de nouveaux protocoles, parmi lesquels le protocole RVB suit non seulement le concept ci-dessus, mais propose également d’être compatible avec le Lightning Network, posant ainsi la pierre angulaire d’une évolutivité infinie. Bien que la compatibilité du protocole RVB avec le Lightning Network ne soit pas encore parfaite, nous sommes convaincus que l’infrastructure qui aidera le protocole à continuer à optimiser franchira les limitations de longue date du « triangle impossible de la blockchain ».

Nous avons plus de raisons de nous attendre à la croissance exponentielle de la blockchain au cours du prochain cycle, qui provient de l’adoption massive de la blockchain entraînée par l’explosion de l’écosystème Bitcoin. On pense que Bitcoin percera la réserve de valeur unique d’origine, mettra en évidence ses attributs monétaires et continuera à greffer plus d’applications à l’écosystème Bitcoin grâce à des solutions diversifiées, à promouvoir l’évolutivité écologique et le développement durable, et à continuer d’apporter des possibilités infinies au monde de la blockchain.

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