Rede de Fibra: Rede de iluminação pública baseada em CKB

Visão Geral

Fiber Network é uma próxima geração de Rede de iluminação pública construída com base em Nervos CKB e canais fora da cadeia, que pode fornecer pagamentos e transações ponto a ponto rápidos, de baixo custo e descentralizados para ativos RGB++.

Background

Desenvolvimento e Desafios da Tecnologia Blockchain

A tecnologia Blockchain passou por um rápido desenvolvimento desde a sua criação com o Bitcoin. Inicialmente destinada a funções simples de pagamento, a tecnologia gradualmente se expandiu para uma ampla gama de aplicações, como contratos inteligentes, Finanças Descentralizadas (DeFi), e Tokens não Fungíveis (NFT). Embora a tecnologia Blockchain apresente significativas vantagens em termos de segurança, transparência e descentralização, enfrenta desafios consideráveis em termos de escalabilidade e velocidade de transação.

1. Problema de escalabilidade: As cadeias de Bloco tradicionais como BTC e Ethereum enfrentam significativas limitações na capacidade de transações. Devido ao limite de tamanho do Bloco do BTC e ao tempo de geração do Bloco de 10 minutos, a rede só consegue processar cerca de 7 transações por segundo; embora o Ethereum tenha feito melhorias, sua capacidade de processamento de transações por segundo ainda é muito inferior à Rede de pagamento tradicional.
2. Lavagem de dinheiro elevada: Com o aumento da congestão da rede, a Lavagem de dinheiro aumentou significativamente. Por exemplo, durante os horários de pico na rede Ethereum, as taxas de gás podem ser mais altas do que o próprio valor da transação, o que afeta seriamente a experiência do usuário e reduz a viabilidade de pagamentos de pequenas quantidades.
3. Tempo de confirmação da transação longo: Na rede tradicional de Blockchain, as transações precisam aguardar várias confirmações de Bloco para serem consideradas como confirmadas. Esse processo pode levar minutos a horas, o que não é adequado para cenários de pagamento instantâneo.

Embora o Nervos CKB tenha melhorado em desempenho e tempo de confirmação, ainda é necessário aumentar ainda mais a velocidade de transação e reduzir o Custo de transação para atender às necessidades de pagamentos de pequeno valor e pagamentos instantâneos.

Inspiração da Rede de iluminação

Rede de iluminação (Lightning Network), como uma solução de escalabilidade de segunda camada para a rede BTC, conseguiu alcançar pagamentos rápidos e de baixo custo através de transações fora da cadeia e tecnologia de canais de pagamento. Seus princípios fundamentais incluem:

1. Canal de pagamento: Os utilizadores criam um canal de pagamento na cadeia, após a abertura do canal, ambas as partes podem realizar transações fora da cadeia um número ilimitado de vezes, apenas liquidando na cadeia quando o canal é fechado. Isso reduz significativamente o número de transações na cadeia, aumenta a velocidade das transações e evita a lavagem de dinheiro.
2. Contrato de Bloqueio de Tempo com Hash (HTLC): Através da tecnologia HTLC, Rede de iluminação garante a transferência segura de fundos, evitando riscos de contraparte. Mesmo em caso de falha na transação fora da cadeia, os usuários podem obter proteção de fundos através de um contrato na cadeia.
3. Mecanismo de roteamento: A Rede de iluminação utiliza roteamento de várias etapas, o que permite que os usuários façam pagamentos sem a necessidade de abrir um canal direto com o destinatário, aumentando assim a flexibilidade e a disponibilidade da rede.

Vantagens do Nervos CKB

Nervos CKB é uma plataforma de Bloco que se concentra em universalidade e segurança. Sua designação única lhe confere vantagens únicas na resolução dos problemas de escalabilidade e interoperabilidade da Bloco.

1. Mecanismo de consenso: 基于 NC-Max[1]O protocolo Consenso, combinando o mecanismo de prova de trabalho (PoW) e o mecanismo de arrendamento de estado, garante a segurança da rede e a eficácia da utilização de recursos.
2. O poderoso modelo de Contratos inteligentes: O modelo de Cell exclusivo da CKB e a máquina virtual de conjunto de instruções RISC-V aumentam significativamente a capacidade do modelo UTXO, não só suportando Contratos inteligentes Turing Completo, mas também facilitando a implementação de recursos abstratos de conta e covenant, proporcionando uma programabilidade mais flexível para aplicações de Descentralização, bem como uma melhor interoperabilidade e escalabilidade.
3. Modelo econômico: O modelo econômico do CKB incentiva a posse a longo prazo e o uso racional dos recursos de rede, fornecendo um ambiente de ecossistema de Descentralização seguro e sustentável para aplicativos, desenvolvedores e usuários.

Significado do projeto da Rede de Fibra

Através da construção de canais fora da cadeia na Nervos CKB, esperamos combinar a experiência de sucesso da Rede de iluminação e as vantagens técnicas do CKB para construir uma rede de troca de pagamentos em tempo real de vários ativos, rápida, de baixo custo e descentralizada. Especificamente:

1. Resolver problemas de escalabilidade: Através do canal de pagamento fora da cadeia e da tecnologia de roteamento de vários saltos, a rede Fiber pode alcançar um alto throughput de processamento de transações para atender às necessidades de usuários em grande escala.
2. GotaCusto de transação：减少na cadeia交易频次，Gota用户的Lavagem de dinheiro，使得小额支付变得可行和高效。
3. Melhorar a velocidade de transação: através de transações fora da cadeia com confirmação instantânea, proporcionar uma experiência de confirmação de pagamento em segundos, adequada para vários cenários de pagamento instantâneo.
4. Suporte a múltiplos ativos: suporta vários pagamentos de ativos digitais, fornecendo aos usuários uma seleção mais ampla de opções de pagamento.
5. Suporte à interoperabilidade de rede: suporta a interoperabilidade com a Rede de iluminação BTC para fornecer suporte para pagamentos intercadeias e transferência de ativos.

Design da arquitetura

Arquitetura Geral

A arquitetura geral da rede de fibra inclui os seguintes módulos principais:

• Canal de pagamento fora da cadeia (Fiber Channels)
• na cadeia合约（HTLC）
• Roteamento Multi-Hop
• Serviço de Vigilância (Watchtower Service)

Canal de pagamento fora da cadeia

O canal de pagamento fora da cadeia é o núcleo da Rede Fiber Network, através do qual múltiplas transações fora da cadeia podem ser realizadas, sendo liquidadas apenas quando o canal é fechado na cadeia. Esse mecanismo reduz significativamente o número de transações na cadeia, aumentando a velocidade das transações e evitando a lavagem de dinheiro.

O fluxo de trabalho geral é o seguinte:

1. Criação de canal: Os usuários de ambas as partes criam um canal de pagamento na cadeia, bloqueando uma quantidade específica de ativos CKB ou RGB++.
2. Transações fora da cadeia: Durante a abertura do canal, as partes podem realizar transações fora da cadeia a qualquer momento, sendo que cada transação atualiza o estado do canal, mas não precisa ser imediatamente transmitida na cadeia.
3. Fechar canal: quando uma das partes decide fechar o canal, o último estado do canal é transmitido para a cadeia para liquidação, garantindo que o saldo final de ambas as partes seja confirmado.

O formato específico da interação de mensagens pode ser consultado no Protocolo de Mensagem P2P da Rede de Fibra[2]

contrato na cadeia

Atualmente, estamos a utilizar o Contrato de Bloqueio de Tempo com Hash (HTLC) para garantir a segurança das transações fora da cadeia e para ser compatível com a Rede de iluminação. Ele ajuda a evitar o risco da contraparte e garante que, mesmo em caso de falha da transação fora da cadeia, os utilizadores possam obter proteção de fundos através do contrato na cadeia.

O fluxo de trabalho geral é o seguinte:

1. Iniciar a transação: o pagador cria uma transação com condições de bloqueio de hash e bloqueio de tempo, bloqueando uma certa quantidade de CKB.
2. verificação de hash: o destinatário do pagamento deve fornecer a imagem original correta do hash dentro do tempo especificado para desbloquear a transação e concluir a transferência de fundos.
3. Reembolso por tempo limite: Se o destinatário não fornecer corretamente o hash original dentro do tempo especificado, a transação será automaticamente desbloqueada e o reembolso será feito ao pagador.

Graças à completa capacidade de Turing do CKB, podemos implementar contratos na cadeia mais flexíveis e seguros. No futuro, expandiremos ainda mais as funcionalidades do contrato, como a introdução de um mecanismo de revogação baseado em números de versão e contratos Point Time-Locked mais seguros.

Roteamento hop-by-hop

A tecnologia de roteamento de vários saltos permite que os usuários realizem pagamentos através de vários nós intermediários, sem a necessidade de estabelecer um canal de pagamento direto com a contraparte. Esse mecanismo aumenta a flexibilidade e a cobertura da rede.

Processo de trabalho:

1. Descoberta de caminho: o iniciador do pagamento descobre o caminho ideal do emissor até o destinatário através do módulo de roteamento.
2. Bloqueio de caminho: Cria um contrato HTLC correspondente para cada Nó no caminho, garantindo a transferência segura de fundos.
3. Pagamento concluído: o destinatário do pagamento desbloqueia o HTLC e os fundos são transferidos sucessivamente para cada Nó no caminho.

Ao mesmo tempo, também iremos usar contratos HTLC aqui para realizar pagamentos de Interação entre cadeias, suportando a interoperabilidade com a Rede de iluminação através do serviço cross-chain hub, consulte o Protocolo de Cadeia de Pagamento Cross-Chain com HTLC para mais detalhes[3]

Serviço de Monitorização

O serviço de monitorização é uma parte importante da Fiber Network, responsável por monitorizar o estado dos canais de pagamento fora da cadeia, garantindo a segurança e a integridade dos fundos. As suas funcionalidades e objetivos são os seguintes:

1. Monitoramento de canais: monitora em tempo real o estado dos canais de pagamento de todos os usuários participantes, incluindo o processo de criação, atualização e encerramento dos canais.
2. Detecção de anomalias: detecção de atividades anormais no canal, como usuários mal-intencionados tentando fechar o canal com um estado antigo ou tentando Ataque de gasto duplo.
3. Resposta ativa: Ao detectar uma anomalia, transmita rapidamente o estado mais recente do canal para a rede blockchain para evitar perdas financeiras causadas por comportamento malicioso.

Progresso e plano atual

Atualmente, completamos o protótipo de uma Rede de fibra, realizando as funcionalidades básicas de criação, atualização e encerramento de canal entre dois Nó, ao mesmo tempo, verificamos a funcionalidade de Interação entre cadeias com BTCRede de iluminação. O código do projeto pode ser encontrado nestes 2 repositórios do GitHub:

O próximo plano de trabalho é concluir o roteamento de várias etapas e os serviços de monitoramento, além de aprimorar a interface de programação de aplicativos (API) RPC e o kit de desenvolvimento de software (SDK), para que mais desenvolvedores possam se conectar facilmente à Fiber Network.

O protocolo de roteamento de salto múltiplo é baseado no algoritmo Dijkstra para pesquisar caminhos de pagamento, reduzindo assim o custo do roteamento e aumentando a taxa de sucesso do pagamento de caminhos de salto múltiplo. Após o lançamento da Fiber Network, otimizaremos o algoritmo de roteamento com base no tráfego de rede e no desempenho operacional. Esperamos fornecer de 2 a 3 estratégias de busca de caminhos para atender às preferências e necessidades de roteamento do usuário. A Fiber Network também introduzirá a estratégia de pagamento de caminhos múltiplos, dividindo o valor do pagamento em partes menores e transmitindo cada parte por um caminho diferente, aumentando ainda mais a probabilidade de sucesso do pagamento.

O serviço de monitoramento será fornecido por alguns nós na Fiber Network, que permanecem online para seguir as condições excepcionais na rede e ajudar a proteger os ativos no canal. O serviço de monitoramento também rastreará o serviço de hub entre cadeias. Mesmo se o usuário estiver offline por um período de tempo, o serviço de monitoramento garantirá que a troca com a Rede de iluminação seja bem-sucedida.

Além disso, também consideraremos a incorporação de mais recursos na Rede de Fibra, como a utilização da programabilidade do CKB para implementar a proteção de privacidade do Algoritmo e otimizar o algoritmo de roteamento e os serviços de monitoramento para garantir a segurança e privacidade das informações de pagamento do usuário.