Compreendendo a Rede de Fibra do Ecossistema CKB em um Artigo

Visão geral

A Fiber Network é uma Rede de iluminação pública de próxima geração construída na Nervos CKB, que permite pagamentos de várias moedas rápidos e de baixo custo e transações ponto a ponto por meio de canais off-chain. Essa rede suporta ativos RGB++, oferecendo um método de pagamento Descentralizado, rápido e de baixo custo, permitindo que os usuários realizem transações instantâneas entre diferentes ativos digitais, mantendo ao mesmo tempo alta segurança e privacidade, com Liquidação na cadeia apenas quando o canal é fechado.

Além disso, a Rede de Fibra também foi especialmente projetada para interoperabilidade com a Rede de Iluminação do BTC, permitindo a transferência perfeita de ativos entre as duas redes, o que amplia as opções de pagamento dos usuários e a cobertura da rede. Com essas tecnologias, a Rede de Fibra tem como objetivo trazer maior eficiência nas transações e uma ampla gama de cenários de aplicação para o ecossistema BTC.

Contexto

A tecnologia blockchain tem evoluído desde o surgimento do Bitcoin, expandindo-se para áreas como contratos inteligentes, finanças descentralizadas, tokens não fungíveis e outros. No entanto, enfrenta desafios em termos de escalabilidade e velocidade de transação. Para resolver esses problemas, a Rede de iluminação, como solução de expansão de segunda camada do BTC, realiza micro pagamentos rápidos e de baixo custo por meio de transações fora da cadeia e tecnologia de canal de pagamento.

Enquanto o Nervos CKB é uma plataforma de cadeia de blocos inovadora, por meio de seu design único, oferece maior escalabilidade e interoperabilidade para a rede Bitcoin. O projeto da Rede de Fibra aproveita as vantagens do CKB, combinando a experiência da Rede de Iluminação, com o objetivo de criar uma Rede de Pagamentos em tempo real, rápida, de baixo custo e descentralizada, para atender à demanda de usuários em larga escala, evitando lavagem de dinheiro, e fornecer confirmações de pagamento em segundos, ao mesmo tempo que suporta pagamentos multiativos e interoperabilidade entre cadeias.

Capacidade da Rede de iluminação (来源：BitcoinVisua）

Princípios técnicos

A arquitetura geral da Rede de Fibra inclui canais de pagamento fora da cadeia, contratos na cadeia, roteamento de vários saltos e serviços de monitoramento, entre outros módulos principais.

Canal de Pagamento

A ideia central da tecnologia de canais de pagamento é mover o processo de transação para fora da cadeia de blocos, realizando operações na cadeia somente quando o estado final precisa ser atualizado no bloco.

O canal de pagamento fora da cadeia é o núcleo da Rede de Fibra, por meio do qual é possível realizar várias transações fora da cadeia, com apenas a liquidação na cadeia quando o canal é fechado. Esse mecanismo contorna as limitações de desempenho da cadeia principal, como BTC, e permite transações fora da cadeia rápidas, reduzindo significativamente o número de transações na cadeia e melhorando a velocidade de transação e a prevenção de lavagem de dinheiro.

O fluxo de trabalho geral é o seguinte:

• Criação de canal: Os usuários de ambas as partes criam um canal de pagamento na cadeia, bloqueando uma certa quantidade de ativos CKB ou RGB++.
• Fora da cadeia交易：Durante o período de abertura do canal, ambas as partes podem realizar transações fora da cadeia a qualquer momento, e cada transação atualiza o estado do canal, mas não precisa ser transmitida imediatamente na cadeia.
• Fechamento do canal: Quando qualquer parte decide fechar o canal, o estado final do canal é transmitido para a cadeia para Liquidação, garantindo a confirmação dos saldos finais de ambas as partes.

Tomando Alice e Bob como exemplo, eles podem criar uma conta de assinatura mais longo na cadeia de blocos e depositar uma certa quantidade de fundos cada um para abrir um canal de pagamento. Neste exemplo, suponha que Alice e Bob depositem cada um 100 unidades de fundos. Em seguida, eles podem realizar várias transferências livremente dentro do canal de pagamento até decidirem fechar o canal, momento em que o saldo final será atualizado na cadeia de blocos.

Suponha que, após uma série de transações, os saldos de Alice e Bob sejam alterados para Alice com 70 unidades e Bob com 130 unidades. Se qualquer uma das partes quiser fechar o canal, eles podem enviar esse saldo final para a cadeia de blocos para concluir a liquidação. Esse processo parece simples, mas, na verdade, envolve alguns mecanismos complexos para garantir a segurança da transação e a honestidade de ambas as partes.

Para lidar com possíveis atividades fraudulentas, como Bob tentando enganar o sistema com um estado de transação expirado, o canal de pagamento adota os dois conceitos-chave de “transação de compromisso” e “revogação da Chave Secreta”. Após cada transação, ambas as partes gerarão um novo par de transações de compromisso, que declaram seus saldos atuais no canal. Essas transações de compromisso são assimétricas, o que significa que suas condições de desbloqueio são diferentes para ambas as partes, fornecendo assim um mecanismo de equilíbrio para ambas as partes.

Se Bob tentar submeter uma transação de promessa expirada, Alice pode usar a revogação da Chave Secreta para punir Bob e confiscar os seus fundos. Esse mecanismo garante que qualquer tentativa de Gasto duplo seja punida adequadamente, protegendo assim a integridade do canal de pagamento.

A Rede de Fibra baseada na implementação CKB otimizou ainda mais este processo. Em comparação com a Rede de Iluminação BTC, a Fibra pode suportar nativamente uma variedade de ativos, incluindo CKB, BTC e RGB++ stablecoins, e não apenas BTC. Além disso, como a cadeia principal Layer1 em que a Fibra depende é a CKB, as taxas de abertura e fechamento de canais de pagamento são muito mais baixas, o que confere à Rede de Fibra uma clara vantagem em termos de experiência do usuário. Através destes mecanismos, a Rede de Fibra oferece uma solução de canal de pagamento rápida, de baixo custo e segura.

Ciclo de vida do canal de pagamento (fonte:Nervos）

WatchTower

WatchTower é uma parte importante da Rede de Fibra e BTC na Rede de iluminação, desempenhando um papel de segurança 24 horas por dia. Nos canais de pagamento, os participantes precisam monitorar constantemente uns aos outros para evitar a submissão de transações de compromisso expiradas para o Bloco na cadeia. No entanto, como os usuários não podem estar online o tempo todo, o design do WatchTower é especialmente importante.

A principal função da WatchTower é ajudar os usuários a monitorizar as atividades na cadeia, agindo imediatamente quando deteta que alguém submeteu transações de compromisso expiradas, garantindo a segurança dos canais e dos fundos. Em particular, Alice ou Bob podem preparar previamente transações de penalização correspondentes (usando a revelação da Chave Secreta para lidar com transações de compromisso expiradas e declarar-se como o beneficiário) e enviar o Plaintext das transações de penalização para a WatchTower. Assim que a WatchTower detetar transações de compromisso expiradas submetidas na cadeia, irá imediatamente submeter as transações de penalização para aplicar a devida punição.

Para proteger a privacidade dos usuários, a Fiber Network só exige que os usuários enviem o valor hash das transações de promessa expiradas e o texto sem formatação das transações de punição para o WatchTower. Dessa forma, o WatchTower não sabe inicialmente o conteúdo específico da transação de promessa, apenas o valor hash. A menos que alguém realmente envie a transação de promessa expirada para a cadeia, o WatchTower verá o texto sem formatação e enviará imediatamente a transação de punição. Esse design significa que, a menos que alguém esteja agindo de má fé, o WatchTower geralmente não verá o histórico de transações dos participantes do canal, e mesmo se ver, só verá uma transação.

Em comparação com a Rede de iluminação BTC tradicional, a Rede de fibra fez algumas otimizações no design da WatchTower. Na Rede de iluminação BTC, o mecanismo de penalidade relacionado à revogação da Chave Secreta é chamado de “LN-Penalty”, que tem algumas desvantagens, como a necessidade de a WatchTower armazenar todos os hashes de transações de promessa expiradas e as respectivas Chaves Secretas de revogação, o que causa uma grande pressão de armazenamento. Por outro lado, a Rede de fibra melhora o design da Chave Secreta de revogação através da implementação do protocolo Daric, permitindo que a mesma Chave Secreta de revogação seja aplicada a várias transações de promessa expiradas, reduzindo significativamente a pressão de armazenamento na WatchTower e nos clientes.

Nos canais de pagamento da Rede de iluminação BTC e da Rede de Fibra, o WatchTower atua como um monitor de segurança, protegendo os fundos dos usuários quando eles estão offline. Para entender melhor esse conceito, imagine que Alice e Bob abriram um canal de pagamento que lhes permite negociar instantaneamente sem precisar escrever cada transação na blockchain. No entanto, esse mecanismo também apresenta riscos - qualquer parte pode tentar roubar fundos ao enviar uma transação de compromisso expirada em uma situação injusta.

Por exemplo, suponha que Alice e Bob, a cada transação concluída, gerem uma nova transação de compromisso para garantir a atualização mais recente do estado do canal de pagamento. No entanto, se Bob decidir de repente agir mal e tentar submeter uma transação de compromisso expirada - por exemplo, submeter uma transação antiga que foi atualizada e invalidada na esperança de obter vantagem sobre o estado anterior dos fundos de Alice. Nesse caso, se Alice não estiver online, ela não conseguirá detectar imediatamente o comportamento malicioso de Bob.

Nesse momento, o papel do WatchTower é crucial. Alice envia antecipadamente a transação de penalidade relacionada em texto simples para o WatchTower e informa seu valor de hash. Quando Bob tenta enviar a transação expirada, o WatchTower identifica imediatamente a transação expirada e envia a transação de penalidade pré-construída por Alice, impedindo Bob de roubar os fundos com sucesso e punindo-o, permitindo que Alice seja compensada.

Através deste processo, o WatchTower não só protegeu os interesses de Alice, mas também reduziu a pressão que ela teria de monitorizar constantemente o canal de pagamento.

Mecanismo WatchTower (Fonte: GeekWeb3)

Roteamento de várias etapas e HTLC / PTLC

A rotação múltipla e as tecnologias HTLC/PTLC são os mecanismos centrais da Blockchain, Rede de pagamento, usadas para realizar transferências de valor seguras e flexíveis.

• O roteamento de vários Nós permite que os usuários realizem transferências de fundos através de vários Nós intermediários, mesmo que não haja um canal de pagamento direto entre as partes. Esse processo garante a cobertura e flexibilidade da Rede de pagamento.
• HTLC (Contrato Bloqueado com Tempo de Hash) garante que cada intermediário Nó forneça a Chave Secreta correta dentro do tempo especificado para concluir a transação e evitar que o intermediário intercepte maliciosamente os fundos. As transações que não são concluídas a tempo serão canceladas automaticamente e os fundos serão devolvidos ao remetente.
• PTLC（Point Time-Locked Contract） é uma versão aprimorada em termos de privacidade do HTLC, que desbloqueia transações usando Chave Secreta diferente em cada Nó, evitando que a correlação na rota da transação seja inferida externamente e, assim, protegendo ainda mais a privacidade do usuário.

Na Rede de Fibra, a combinação de roteamento de vários saltos com as tecnologias HTLC/PTLC melhora a flexibilidade, segurança e privacidade da Rede de Pagamento. O roteamento de vários saltos permite que os usuários transfiram fundos através de vários nós intermediários, mesmo que não tenham um canal de pagamento direto, encontrando o caminho de transferência mais eficiente através da estrutura de rede pública e do algoritmo de caminho mais curto de Dijkstra, garantindo a eficiência das transações.

HTLC garante que o Nó intermediário conclua a transação a tempo por meio de bloqueio de tempo e bloqueio de hash, caso contrário, os fundos serão devolvidos automaticamente para evitar que o Nó intermediário cometa fraudes. Por outro lado, o PTLC reforça ainda mais a proteção da privacidade, com cada Nó usando uma Chave Secreta diferente para evitar a correlação da rota da transação.

Esta combinação não só expande a cobertura da Rede de pagamento, mas também garante a segurança e privacidade das transações, resolvendo falhas nas redes de iluminação tradicionais, como ataques de ciclo de transações alternativas, tornando a Rede de Fibra um sistema de pagamento mais seguro e eficiente.

Suponhamos que Alice queira transferir 100 dólares para Daniel, mas não tenham um canal de pagamento direto. Na rede Fiber, usando a rota de várias etapas e a tecnologia HTLC/PTLC, Alice pode completar a transação com a ajuda do nó intermediário.

Bob

Daniel sabe que tem a Chave Secreta R, então ele a submete no prazo estipulado e recebe 100 dólares de Carol. Em seguida, Carol entrega a Chave Secreta a Bob dentro do prazo estipulado, e Bob fornece a Chave Secreta a Alice, concluindo a transação. Bob e Carol ganham taxas de transação, enquanto Alice consegue transferir 100 dólares para Daniel com sucesso. Durante esse processo, a tecnologia PTLC aprimora a privacidade, com cada Chave Secreta de salto sendo independente. Bob e Carol não terão conhecimento do caminho completo da transação e não poderão inferir a relação entre Alice e Daniel, protegendo a privacidade de ambas as partes.

Na rede Fiber Network, esta transação não é apenas segura, mas também seleciona o caminho ótimo através do Algoritmo de Dijkstra para garantir que ela seja concluída rapidamente e com baixo custo. Ao mesmo tempo, a otimização de armazenamento do Fiber torna a implementação do HTLC/PTLC mais eficiente, reduzindo a carga de armazenamento da rede e melhorando o desempenho geral.

Pagamento Atômico Interdomínio

Fiber e BTC podem ser pagos em diferentes domínios usando contratos HTLC (Hash Time Lock Contract) e PTLC (Point Time Lock Contract) para garantir a atomicidade do processo de pagamento interdomínio. Isso significa que em um pagamento interdomínio, todas as etapas são concluídas com sucesso ou todas são revertidas, evitando situações de sucesso parcial ou falha parcial e garantindo a segurança dos ativos do usuário.

Este design permite a interoperabilidade entre a Rede de iluminação e o Bitcoin, permitindo que os utilizadores realizem transferências sem problemas entre as duas redes. Por exemplo, os utilizadores podem transferir para utilizadores da Rede de iluminação Bitcoin na rede Fiber, ou trocar ativos CKB ou RGB++ por Bitcoin através da rede Fiber.

O processo específico pode ser entendido da seguinte forma: suponha que Alice queira transferir CKB da Rede de fibra para a Rede de iluminação BTCRede de iluminação para Bob. Ela pode realizar essa transação através do intermediário de transferência interdomínio Ingrid. Ingrid opera como um intermediário entre as duas redes, executando Nó em ambas. Alice paga CKB para Ingrid, que por sua vez paga BTC para Bob.

Por exemplo, suponha que Bob queira receber 1 BTC, Alice e Ingrid concordaram com uma taxa de câmbio de 1,1 CKB por 1 BTC. Alice paga a Ingrid 1,1 CKB, dos quais 0,1 CKB são taxas de Ingrid. Ingrid então paga 1 BTC a Bob na Rede de iluminação de BTC. Durante esse processo, por meio do mecanismo HTLC, Ingrid deve conhecer a Chave Secreta R de Bob para concluir o pagamento e garantir que o dinheiro de Alice não seja perdido no meio do caminho.

Cenários de Aplicação

A rede Fiber, construída com base no Nervos CKB, demonstra um amplo potencial de aplicação em modelos de negócios essenciais da indústria de encriptação, incluindo pagamentos intercadeias, mineração de liquidez intercadeias, empréstimos intercadeias e exchange descentralizada (DEX). Em todos esses cenários, os detalhes técnicos do Fiber fornecem uma base para operações eficientes e seguras.

Interação entre cadeias支付

A interação entre cadeias de pagamento é um caso de uso importante da Rede Fiber, que fornece funcionalidades de pagamento entre cadeias de múltiplas moedas, rápidas e de baixo custo, através de canais de pagamento fora da cadeia e contratos HTLC. Os usuários podem fazer pagamentos instantâneos entre a rede BTC e outras cadeias (como Nervos CKB) sem a necessidade de um intermediário ou confiar em terceiros.

Por exemplo, o utilizador A pode transferir CKB ou outros ativos RGB++ suportados para o utilizador B na Rede de iluminação através do Fiber a partir da rede BTC. Tecnicamente, o Fiber garante a segurança dos pagamentos da Interoperabilidade entre cadeias através de contratos HTLC: A bloqueia os fundos e inicia a transação, B desbloqueia os fundos após fornecer a pré-imagem correta do hash, garantindo a execução da transação sem confiança. Se B não desbloquear a tempo, os fundos serão automaticamente devolvidos a A. A interoperabilidade com a Rede de iluminação do Bitcoin (BTC) reforça ainda mais a cobertura de pagamentos do Fiber, suportando mais tipos de ativos e trazendo maior flexibilidade nas transações.

Interação atômica de troca entre CFN e Rede de iluminação processo (fonte: Nervos）

Interação entre cadeias Liquidez Mineração

Utilizando as funcionalidades de canal e roteamento de várias etapas da Fiber, os usuários podem fornecer liquidez entre cadeias e obter lucros a partir disso.

Especificamente, os usuários podem bloquear BTC no canal de pagamento do Fiber para fornecer liquidez para memes ou outros tokens da moeda BTC Ecology, apoiando a emissão e transações de novos ativos. Através do canal de pagamento fora da cadeia, os usuários podem fornecer liquidez fora da cadeia atualizando o estado do canal, sem a necessidade de operações frequentes na cadeia, o que não apenas reduz significativamente o custo de transação fora da cadeia, mas também melhora a eficiência da liquidez. Além disso, o serviço de torre de guarda do Fiber também protege os provedores de liquidez, monitorando em tempo real as transações e o estado do canal, evitando que usuários mal-intencionados tentem atacar usando estados antigos do canal.

Interação entre cadeias原子化借贷

Com a capacidade de intercâmbio entre cadeias baseada na Fiber, os usuários podem usar ativos mainstream como BTC como garantia para emprestar stablecoins ou outros tokens na rede CKB ou em outras cadeias.

Nesse cenário de empréstimo, o contrato HTLC desempenha novamente um papel fundamental: o mutuário primeiro bloqueia o BTC na rede BTC e inicia a transação de empréstimo, e a moeda estável emprestada é transferida para a rede CKB por meio da rede Fiber. O bloqueio de hash e o mecanismo de bloqueio de tempo do HTLC garantem a segurança e a operação sem confiança do processo de empréstimo, permitindo que os usuários recuperem com segurança os ativos bloqueados por meio do contrato na cadeia, mesmo que ocorram problemas com as transações fora da cadeia. Assim, a Fiber constrói um mercado de empréstimo descentralizado e sem permissão entre cadeias, rompendo as fronteiras do mercado de empréstimo tradicional.

Interação da Rede de Fibra com outras redes (fonte:Nervos）

Interação entre cadeiasDescentralizaçãoexchange（DEX）

A interação entre cadeias Descentralização exchange (DEX) é outro cenário importante suportado pela tecnologia de cadeia cruzada da Fiber. Através da tecnologia de interação entre cadeias da Fiber, os utilizadores podem negociar Descentralização entre BTC, CKB e ativos suportados RGB++, sem depender dos serviços de correspondência de uma exchange centralizada.

Especificamente, a funcionalidade de roteamento de vários saltos do Fiber permite que os usuários transfiram ativos de interação entre cadeias por meio de vários nós intermediários, sem a necessidade de estabelecer um canal de pagamento direto com a contraparte, o que aumenta significativamente a flexibilidade das transações. Ao mesmo tempo, o contrato HTLC fornece segurança ao processo de transação, com cada nó bloqueando os fundos com uma trava de hash e uma trava de tempo, garantindo que cada etapa da transação seja concluída com segurança. No final, essa função de transação de baixo custo e rápida interação entre cadeias aumentará significativamente a liquidez dos ativos no ecossistema BTC e CKB, impulsionando a expansão de aplicativos de Finanças Descentralizadas.

Combinando esses detalhes técnicos, a Fiber Network demonstra um forte potencial de aplicação em cenários como Pagamentos Interchain, Mineração de Liquidez, Empréstimos e Negociações Descentralizadas, tornando-se uma infraestrutura importante para impulsionar a inovação e o desenvolvimento do ecossistema BTC e Nervos CKB.

Conclusão

Situação atual e futuro

Atualmente, a Fiber Network concluiu o desenvolvimento do protótipo, lançou demonstrações relacionadas e conseguiu com sucesso realizar funções básicas entre dois Nós, incluindo abertura, atualização e fechamento de canais, e verificou a interação entre cadeias com Bitcoin Rede de iluminação. O código do projeto relevante pode ser encontrado no seguinte repositório GitHub:

• Fiber Network GitHub
• Fiber Scripts GitHub

Nos planos futuros de desenvolvimento, a equipe se compromete a concluir o desenvolvimento de roteamento de múltiplos saltos e serviços de torre de vigia, ao mesmo tempo em que melhora a interface RPC e o SDK para facilitar o acesso dos desenvolvedores à Fiber Network.

O protocolo de roteamento de salto múltiplo é baseado no algoritmo de Dijkstra, usado para pesquisar caminhos de pagamento, a fim de reduzir os custos de roteamento e aumentar a taxa de sucesso dos pagamentos de caminhos múltiplos. Após o lançamento oficial da Fiber Network, a equipe planeja otimizar o algoritmo de roteamento com base no tráfego de rede e nas condições operacionais reais, e espera fornecer de 2 a 3 estratégias de pesquisa de caminho para atender às preferências e necessidades de roteamento dos usuários. Além disso, a Fiber Network também introduzirá uma estratégia de pagamento de caminho múltiplo, dividindo grandes quantias de pagamento em várias partes e transmitindo-as por diferentes caminhos, a fim de aumentar ainda mais a taxa de sucesso dos pagamentos.

O serviço de Watchtower será fornecido por alguns nós na Rede de Fibra, que permanecerão online, monitorando em tempo real as anomalias na rede e ajudando a proteger os ativos nos canais. O serviço de monitoramento também rastreará o hub de interação entre cadeias, garantindo o sucesso das transações com a Rede de iluminação mesmo quando o usuário estiver offline por um período de tempo.

Além disso, a equipe planeia adicionar mais funcionalidades à Rede de Fibra, como a utilização da programabilidade do CKB para alcançar a privacidade Algoritmo e otimizar os algoritmos de roteamento e os serviços da torre de vigia, a fim de reforçar a segurança e privacidade das informações de pagamento dos utilizadores.

Conclusão

Fiber Network, como uma próxima geração de Rede de iluminação pública baseada no Nervos CKB, fornece capacidades de pagamento e transação multi-moeda rápidas e de baixo custo para os ecossistemas BTC e CKB. Ele aumenta a velocidade de transação, diminui os custos através de canais de pagamento fora da cadeia e tecnologia de roteamento multi-hop, ao mesmo tempo que suporta a interoperabilidade entre cadeias para aumentar a escalabilidade da rede e melhorar a Liquidez de ativos. Além disso, o Fiber Network também introduz serviços de monitoramento para aumentar a segurança, fornecendo uma base sólida para aplicações de Finanças Descentralizadas, impulsionando a inovação e o desenvolvimento de todo o ecossistema. Em resumo, o Fiber Network é um projeto de infraestrutura importante para promover a eficiência e flexibilidade das transações nos ecossistemas BTC e CKB.