Off-chain Ölçeklenebilirlik Derinlik Analizi

1. Genişlemenin Gerekliliği

Blok zincirinin geleceği, merkeziyetsizlik, güvenlik ve ölçeklenebilirliktir. Ancak genellikle blok zinciri sadece bunlardan ikisini gerçekleştirebilir ve bu duruma blok zincirinin imkansız üçgen sorunu denir. Yıllardır, merkeziyetsizlik ve güvenliğin sağlanması şartıyla blok zincirinin işlem hacmini ve işlem hızını artırmanın yolları araştırılmaktadır, yani ölçeklendirme sorununun çözülmesi.

Öncelikle blok zincirinin merkeziyetsizliğini, güvenliğini ve ölçeklenebilirliğini tanımlayalım:

• Merkeziyetsizlik: Herkes blok zinciri sistemine katılmak için bir düğüm olabilir, düğüm sayısı ne kadar fazla olursa, merkeziyetsizlik derecesi o kadar yüksek olur.
• Güvenlik: Bir blockchain sisteminin kontrolünü elde etmek için harcanan maliyet ne kadar yüksekse, güvenlik o kadar yüksektir.
• Ölçeklenebilirlik: Blok zincirinin büyük miktarda işlemi işleme yeteneği.

Bitcoin ağı üzerindeki ilk büyük hard fork, ölçeklenebilirlik sorunlarından kaynaklanıyordu. 1 Ağustos 2017'de, Bitcoin ABC tarafından geliştirilen 8MB blok boyutuna sahip istemci sistemi çalışmaya başladı ve bu, Bitcoin tarihindeki ilk büyük hard fork'a yol açarak yeni bir kripto para birimi olan BCH'nin doğmasını sağladı.

Ethereum ağı, güvenliği ve merkeziyetsizliği sağlamak için bir miktar ölçeklenebilirlikten vazgeçmeyi de tercih etmiştir. 2017'deki CryptoKitties'den, DeFi yazına, ardından GameFi ve NFT gibi zincir üzerindeki uygulamaların yükselişine kadar, pazarın işlem hacmi talebi sürekli artmaktadır, ancak Ethereum saniyede yalnızca 15-45 işlem yapabilmektedir. Bu, işlem maliyetlerinin artmasına, uzlaşma sürelerinin uzamasına ve çoğu Dapp'ın işletme maliyetlerini karşılamanın zorlaşmasına neden oldu; tüm ağ kullanıcılar için hem yavaş hem de pahalı hale geldi, blok zinciri ölçeklenme sorunu acil bir şekilde çözülmelidir.

2. Ölçeklenebilirlik Çözüm Türleri

"Ana ağda bir katman değişip değişmeyeceği" standartına göre genişletme planlarını on-chain genişletme ve off-chain genişletme olmak üzere iki ana kategoriye ayırıyoruz.

2.1 Zincir üstü genişleme

Temel Kavram: Bir ana ağ protokolünün bir katmanını değiştirerek ölçeklenme etkisi elde etme çözümü, mevcut ana çözüm parçalama (sharding) yöntemidir.

Zincir üstü genişletme için çeşitli çözümler bulunmaktadır, bu makalede detaylandırılmayacak, yalnızca iki tanesi kısaca listelenecektir:

• Blok alanını genişletmek, yani her bloğun paketleyebileceği işlem sayısını artırmak, ancak "merkezsizlik" derecesini azaltacaktır.
• Parçalama, blok zinciri defterini birkaç parçaya ayırmak, farklı düğümlerin farklı muhasebe işlemlerini üstlenmesi, düğümlerin hesaplama yükünü azaltabilir, ancak tüm ağın "güvenliğini" azaltabilir.

Bir ana ağ protokolünü değiştirmek, alt katmandaki en küçük güvenlik açıklarının tüm ağın güvenliğini ciddi şekilde tehdit edebileceği için, öngörülemeyen olumsuz etkilere yol açabilir.

2.2 off-chain genişleme

Temel kavram: Mevcut birinci katman ana ağ protokolünün genişletme çözümünü değiştirmeden.

off-chain ölçekleme çözümleri Layer2 ve diğer çözümler olarak daha da ayrılabilir:

• Layer2:
  • Eyalet Kanalları
  • Plasma
  • Rollups(İyimser Rollups, ZK Rollups)
• Diğer:
  • Yan zincirler
  • Validium

3. off-chain ölçeklendirme planı

3.1 Eyalet Kanalları

3.1.1 Özet

Durum kanalı, yalnızca kanal açıldığında, kapandığında veya anlaşmazlık çözüldüğünde kullanıcıların ana ağ ile etkileşimde bulunması gerektiğini düzenler; kullanıcılar arasındaki etkileşim off-chain gerçekleştirilir, böylece işlem süresi ve maliyetleri azaltılır ve işlem sayısı sınırsız hale getirilir.

Durum kanalları, "tur başına uygulamalar" için uygun, basit bir P2P protokoldür, örneğin iki kişilik satranç oyunu. Her kanal, ana ağda çalışan çoklu imza akıllı sözleşmeleri tarafından yönetilir; bu sözleşme, kanala yatırılan varlıkları kontrol eder, durum güncellemelerini doğrular ve katılımcılar arasındaki anlaşmazlıkları hakemlik eder.

3.1.2 Zaman Çizgisi

• 2015/02: Joseph Poon ve Thaddeus Dryja, Lightning Network beyaz kağıdı taslağını yayımladı.
• 2015/11: Jeff Coleman, State Channel kavramını ilk kez sistematik olarak özetledi.
• 2016/01: Joseph Poon ve Thaddeus Dryja, Bitcoin Lightning Network beyaz kitabını resmi olarak yayınladı.
• 2017/11: Payment Channel çerçevesine dayanan ilk State Channel tasarım standardı Sprites önerildi.
• 2018/06: Counterfactual, Genel Durum Kanalları tasarımını önerdi.
• 2018/10: State Channel Networks ve Sanal Kanallar kavramları ortaya atıldı.
• 2019/02: Durum kanalları N-Party Kanallarına genişletildi, Nitro bu fikre dayalı olarak oluşturulan ilk protokoldür.
• 2019/10: Pisa, tüm katılımcıların sürekli çevrimiçi olma ihtiyacını çözmek için Watchtowers kavramını genişletti.
• 2020/03:Hydra, Hızlı İzomorfik Kanallar'ı önerdi.

3.1.3 Teknik Prensip

State Channels çalışma akışı:

1. Alice ve Bob, ana ağda çoklu imza sözleşmesi kurdular ve fonları kilitlemek için yatırdılar.
2. Alice ve Bob off-chain birçok işlem yaptı, her işlemde taraflar imzalı onayladı.
3. Kanal kapandığında, Alice sözleşmeye nihai durumu sunar. Bob imzasıyla onaylarsa, sözleşme nihai duruma göre fonları dağıtır. Eğer Bob yanıt vermezse, fonları alabilmek için itiraz süresinin sona ermesini beklemesi gerekir.

3.1.4 Artılar ve Eksiler

Avantajlar:

• Anlık Sonuç
• Düşük işlem ücretleri
• Yüksek gizlilik

Eksiler:

• Kanalın başlangıç maliyeti yüksek
• Katılımcıların sürekli çevrimiçi olmaları gerekiyor.
• Kilitli fon akışkanlığı düşük
• Genel senaryolarda uygulanması zor

3.1.5 Uygulama

1. Bitcoin Lightning Ağı

   • Genel Bakış: Bitcoin ağındaki küçük ödemeler kanalı, off-chain küçük ödemeler kanalı ve aracıları kullanarak bir işlem ağı oluşturur.
   • Zaman çizelgesi: 2015'te önerildi, 2018'de ana ağ sürümü yayınlandı, 2022'de birçok borsa Lightning Network'ü destekliyor.
   • Ekosistem: Zaten 20'den fazla kategori ve 100'den fazla uygulama mevcut, bunlar arasında ödeme, cüzdan, düğüm yönetimi vb. bulunmaktadır.

2. Ethereum Şimşek Ağı

   • Genel Bakış: Ethereum tabanlı mikro ödeme kanalı, Lightning Network'e benzer.
   • Zaman Çizelgesi: 2017'de kuruldu, 2020'de ilk Light Client'ı yayınladı.
   • Gelişimin engellenmesi: Kullanım engellerinin yüksek olması, daha gelişmiş genişletme teknolojilerinin ortaya çıkması gibi nedenler nedeniyle yaygın olarak benimsenmemiştir.

3. Celer Ağı

   • Özeti: Yüksek frekanslı etkileşimli uygulamalar için, örneğin e-spor platformları, teşvik katmanını artıran Lightning Network.
   • Zaman Çizgisi: 2018'de kuruldu, 2019'da ana ağ aktif hale geçti.
   • Ekosistem: DeFi protokolü Layer2.finance, çapraz zincir protokolü Celer IM ve varlık çapraz zincir köprüsü cBridge piyasaya sürüldü.

3.1.6 Uygulama Karşılaştırması

Bitcoin Lightning Network, Ethereum Lightning Network ve Celer Network, işlevsellik, güvenlik, merkeziyetsizlik derecesi gibi alanlarda farklı özelliklere sahiptir ve farklı senaryolar için uygundur.

3.2 Yan zincirler

3.2.1 Özet

Yan zincir, ana zincir işlemlerini hızlandırmak için ortaya çıkan bir blockchain biçimidir ve daha karmaşık sözleşmeler veya konsensüs mekanizmasını iyileştirmek için kullanılabilir. Yan zincir, ana zincire ekli olup, ana zincirin sorunlarını çözmesine yardımcı olan bir altyapıdır.

3.2.2 Zaman Çizgisi

• 2012/01: Bitcoin yan zincir kavramı ilk kez ortaya atıldı
• 2014/10: Bitcoin yan zincir makalesi yayımlandı
• 2017-2022: Birçok yan zincir projesi sırasıyla çevrimiçi oldu, örneğin POA Network, Matic Network( daha sonra Polygon) olarak yeniden adlandırıldı, xDai Chain gibi.

3.2.3 Teknik Prensip

Yan zincirlerin iki ana çapraz zincir teknolojisi vardır:

1. Simetrik Sabitleme( İki Yönlü Bağlama):

   • Ana zincir ve yan zincir doğrulayıcıları birbirlerinin mevcut durumunu gerçek zamanlı olarak kaydeder.
   • İletişim için çift yönlü SPV teknolojisi kullanılması
   • Ana zincir varlıkları yan zincire aktarıldığında SPV-Locked Çıktısı oluşur, yalnızca yan zincir doğrulayıcıları açabilir.

2. Asimetrik Sabit ( Uyuşmaz Bağlama ):

   • Yan zinciri doğrulayıcıları ana zincir aktivitelerini izler, ana zincirden yan zincire olan işlemleri proaktif bir şekilde kaydedebilir.
   • Yan zincirden ana zincire işlem için Certifiers mekanizmasının dahil edilmesi gerekir, Certifiers tarafından doğrulanıp imzalanır.

3.2.4 Artılar ve Eksiler

Avantajlar:

• Hızlı işlemler ve düşük işlem ücretleri sağlanabilir.
• Turing tamlığı sağlanabilir
• Özelleştirilebilir konsensüs mekanizması

Eksiler:

• Güvenlik, yan zincir doğrulayıcılarına bağlıdır.
• Ana yan zincir varlık transferi bekleme süresi gerektirir
• Daha düşük merkeziyetsizlik derecesi

3.2.5 Uygulama

1. xDai( şu anda Gnosis Chain)

   • Genel Bakış: DAI tabanlı yan zincir, işlem ücretleri kolay hesaplanabilir
   • Zaman çizgisi: 2018'de piyasaya sürüldü, 2022'de Gnosis ile birleşti
   • Ekosistem: DeFi Llama'da 20. sırada, TVL yaklaşık 53 milyon dolar

2. Polygon

   • Özet: Ethereum ölçeklenebilirlik çözümü toplayıcısı
   • Zaman Çizgisi: 2017'de kuruldu, 2020'de ana ağ çevrimiçi oldu, 2021'de Polygon olarak yeniden adlandırıldı
   • Ekosistem: 37k+Dapp, toplam 1.8B işlem sayısı ve 135M+ kullanıcıya sahip.

3. Ronin

   • Genel Bakış: Axie Infinity oyunu için geliştirilen yan zincir
   • Zaman Çizelgesi: 2021 Mart ayında ana ağın başlatılması, 2022 Mart ayında hacker saldırısına uğraması
   • Ekosistem: Axie Infinity ile ilgili uygulamalara ana hizmet.

3.2.6 Uygulama Karşılaştırması

xDai, Polygon ve Ronin, teknik özellikler, uygulama senaryoları ve ekosistem gelişimi gibi açılardan farklılık göstermektedir ve her biri farklı kullanım ihtiyaçlarına uygun olarak tasarlanmıştır.

3.3 Plasma

3.3.1 Özet

Plasma, kullanıcıların yan zincir Operatörüne olan güvenini en aza indirmek amacıyla ölçeklenebilir Dapp'ler inşa etmek için bir çerçevedir. Operatör kötü niyetli olsa bile, Plasma kullanıcıların fonlarının çalınmasını önleyebilir.

3.3.2 Zaman Çizelgesi

• 2017/08: Vitalik ve Joseph Poon Plasma beyaz kağıdını sundu
• 2018/01: Plasma MVP önerildi
• 2018/03: Plasma Cash'ı önerdi
• 2018/06: Plasma Debit önerildi
• 2018/11: Plasma Prime'ı önerdi
• 2019'dan itibaren: Ethereum topluluğu yeni ikinci katman ölçeklendirme çözümü "Rollups" üzerinde çalışmaya başladı.

3.3.3 Teknik Prensip

Plasma'nın temel düşüncesi:

• off-chain yürütme: Çoğu iş ana ağın dışında işlenir
• Durum Taahhüdü: Operator, ana ağda düzenli olarak Merkle Kökünü durum taahhüdü olarak yayınlar.
• Çıkış Mekanizması: Kullanıcılar, fon mülkiyetini kanıtlamak için Merkle Proof sunabilir.

Kullanım Süreci:

1. Kullanıcı ana ağ sözleşmesine para yatırır
2. Kullanıcı Plasma zincirinde işlem yapar
3. Operator, işlemleri paketler ve Merkle Root'u ana ağa gönderir.
4. Kullanıcı çıkış talebi başlatır, itiraz süresi sona erdikten sonra fonları çekebilir.

3.3.4 Avantajlar ve Dezavantajlar

Avantajlar:

• Yüksek Yüksek Hacim
• Düşük işlem ücretleri
• Ana ağın güvenliğini devralma

Eksiler:

• Çıkış süresi uzun
• Kullanıcı, Plasma zincirini sürekli izlemelidir.
• Büyük ölçekli çıkış sorunu
• Veri kullanılabilirliği sorunu

3.3.5 Uygulama

1. Plasma Grubu → Optimism

   • 2019 yılında Optimistic Rollup araştırmasına yönelme

2. OMG Ağı → Boba Ağı

   • 2020'de ana ağ çevrimiçi oldu, More Viable Plasma teknolojisi kullanıldı
   • 2021 yılında Boba Network olarak yeniden adlandırıldı, Optimistic Rollup'a yöneldi

3. Polygon

   • 2020'de Matic Plasma Chain yayınlandı
   • Arkaya dönen tam yığın L2 çözümü, Rollups teknolojisini içerir

3.3.6 Özet

Plasma, diğer ölçeklenebilirlik teknolojilerine, örneğin Rollups'a geçişte kullanılan bir teknik geçiş çözümüdür.

3.4 Rollups

3.4.1 Özeti

Rollup'ların temel düşüncesi, hesaplama süreçlerini ve durum depolamasını off-chain yapmak, ve zincire paketlenenin durum taahhütleri ve sıkıştırılmış işlem verileri olduğudur. Şu anda temel olarak Optimistic Rollups ve ZK Rollups olmak üzere iki tür vardır.

3.4.2 Teknik İlkeler

Yuvarla