Бул жазуу Bitcoin масштабдуулугу үчүн сунушталган Ark аттуу offchain транзакцияларды топтоо протоколун изилдеген академиялык эмгектин негизинде даярдалган. Каралган изилдөө Ark: Offchain Transaction Batching in Bitcoin деген аталышта болуп, arXiv платформасында алдын ала басылма катары жарыяланган.

Изилдөөнүн негизги темасы — Bitcoin тармагынын чектелген транзакция өткөрүмдүүлүгү. Bitcoin коопсуз жана борбордон ажыратылган тармакты сунуштайт; бирок ар бир транзакциянын onchain тастыкталышы тармакты кеңири төлөм системасы катары колдонууга тоскоолдук кылат. Lightning Network сыяктуу Layer-2 чечимдери бул көйгөйгө жооп берүүгө аракет кылат. Бирок мындай чечимдер көбүнчө канал ачуу, ликвиддүүлүктү бекитүү, routing, rebalancing жана top-up сыяктуу кошумча татаалдыктарды алып келет.

Ark бул жерде башкача ыкманы сунуштайт. Ал колдонуучуларга Bitcoin үстүндө алдын ала канал ачпастан же каражатты бекитпестен offchain төлөм алууга мүмкүнчүлүк берүүнү көздөйт. Муну VTXO башкача айтканда virtual UTXO түшүнүгү, оператор каржылаган batch түзүмү жана чынжырга чакан commitment транзакцияларын жазуу ыкмасы аркылуу ишке ашырат.

Бул мазмун инвестициялык кеңеш эмес. Ark — техникалык Bitcoin Layer-2 протоколу. Жазууда айтылгандар протоколдун архитектурасына, коопсуздук моделине жана масштабдуулук баалоосуна тиешелүү; эч кандай token, coin же инвестиция сунушун камтыбайт.

Жаңы академиялык изилдөө Bitcoin үстүндө иштеген Ark аттуу commit-chain протоколун тааныштырат. Ark колдонуучуларга virtual UTXO, башкача айтканда VTXO деп аталган offchain баланстар менен транзакция жүргүзүүгө мүмкүндүк берет. Оператор көп сандагы offchain жаңыртууларды бир чакан onchain commitment ичине топтойт. Изилдөөгө ылайык, Ark чексиз сандагы VTXOну болжол менен 197 vB көлөмүндөгү туруктуу onchain commitment менен көрсөтө алат. Cooperative exit туруктуу чыгымдуу бойдон калат, ал эми оператор иштебей калса, колдонуучулар worst-case шартында \(\lceil \log n\rceil\cdot150+107\) vB масштабындагы unilateral exit аркылуу каражатын чынжырга чыгара алат.

Көйгөй эмнеде?

Bitcoinдин негизги түзүлүшү коопсуздук менен борбордон ажыратууну биринчи орунга коёт. Бирок бул коопсуздук модели транзакция өткөрүмдүүлүгү жагынан чектелүү. Ар бир төлөм түздөн-түз Bitcoin блокчейнине жазылса, тармактын дүйнөлүк масштабда күнүмдүк төлөм системасы сыяктуу иштеши кыйындайт.

Ошондуктан Layer-2 чечимдери пайда болгон. Lightning Network төлөм каналдары аркылуу чынжырдан тышкары төлөм жүргүзүүгө мүмкүндүк берет. Бирок Lightning колдонгусу келген колдонуучу канал ачышы, onchain транзакция жасашы, ликвиддүүлүктү бекитиши жана көп учурда routing көйгөйлөрү менен иштеши керек. Бул түзүм техникалык жактан күчтүү болгону менен, жөнөкөй колдонуучу үчүн татаал болушу мүмкүн.

Ark чечүүгө аракет кылган суроо мындай: Bitcoin үстүндө колдонуучулар канал ачпастан, алдын ала каражат бекитпестен жана татаал routing процесстерине кирбестен offchain төлөм ала алабы?

Изилдөөнүн жообу — Ark архитектурасы. Ark колдонуучуларга virtual UTXO, башкача айтканда VTXO кармоого мүмкүндүк берет. Бул VTXOлор offchain түрүндө колдон колго өтө алат. Оператор болсо белгилүү аралыкта бул өзгөрүүлөрдү Bitcoin чынжырына чакан commitment транзакциялары аркылуу байлайт.

Ыкма эмнени сунуштайт?

Ark Bitcoin менен шайкеш commit-chain катары долбоорлонгон. Commit-chain транзакциялардын көбүн чынжырдан тышкары жүргүзөт; бирок системанын абалын белгилүү убакыт аралыктарында чынжырга байлаган кыска commitment транзакцияларын жарыялайт.

Ark ичинде борбордук оператор бар. Бул операторду колдонуучунун каражатын түздөн-түз сактаган ишенимдүү банк катары кароого болбойт. Изилдөөнүн коопсуздук моделинде оператор кара ниет болушу мүмкүн. Ошого карабастан, колдонуучулар каражатын коргой алышы үчүн unilateral exit, batch түзүмү, Taproot script жолдору жана reset transaction сыяктуу механизмдер колдонулат.

Arkтын негизги объектиси VTXO башкача айтканда virtual UTXO. Стандарттуу Bitcoin UTXOсу onchain чыгарылыш болсо, VTXO чынжырдан тышкары көрсөтүлгөн, бирок зарыл болгондо чынжырга чыгарууга боло турган виртуалдык чыгарылыш. Колдонуучулар бул VTXOлорду offchain жумшай алат, башка колдонуучуларга жөнөтө алат же оператор иштебей калганда unilateral exit аркылуу чынжырга чыгара алат.

Системанын негизги агымы мындай: колдонуучу Arkка кирет, VTXO алат, ошол VTXO менен offchain төлөм жасайт, алуучу төлөмдүн коопсуздугу үчүн batch swap аркылуу жаңы VTXO алат, оператор бул жаңыртууларды onchain commitment ичинде топтойт. Оператор кызматташса, колдонуучулар аз чыгым менен чыга алат. Оператор жооп бербесе, колдонуучу өзүнүн VTXO жолун чынжырга жарыялап чыгат.

Формулалар эмнени түшүндүрөт?

Бул изилдөө финансылык киреше модели эмес, криптографиялык жана протокол деңгээлиндеги системаны сунуштагандыктан, формулалар негизинен transaction түзүмүнө, script шарттарына, коопсуздук чектерине жана масштабдуулук чыгымдарына тиешелүү.

1. Bitcoin transaction түзүмү

Изилдөөдө Bitcoin UTXO моделиндеги транзакция түзүмү төмөнкүдөй берилет:

Бул жерде \(ins\) жумшала турган эски UTXOлорду; \(wits\) бул UTXOлорду ачууга керектүү witness маалыматтарын; \(outs\) жаңы түзүлгөн чыгарылыштарды билдирет. Бул белгилөө Ark үчүн маанилүү, анткени Ark стандарттуу Bitcoin transaction логикасын чынжырдан тышкаркы virtual transaction түзүмдөрү менен кеңейтет.

2. Transaction жарактуулук шарты

Bitcoin транзакциясы жаңы акча жаратпашы керек. Бул негизги жарактуулук шарты төмөнкүдөй жазылат:

Бул формула транзакция кириштериндеги жалпы маани чыгыштардагы жалпы мааниден аз боло албасын билдирет. Айырмасы транзакция акысы катары каралышы мүмкүн. Arkтын виртуалдык транзакциялары да ушул UTXO логикасына баш иет.

3. Ark системасындагы колдонуучулар жыйындысы

Ark көп сандагы колдонуучу оператор аркылуу offchain транзакция жүргүзгөн система катары моделденет:

Бул жерде \(P_i\) Ark колдонуучусун билдирет. Оператор адатта \(O\) менен белгиленет. Колдонуучулар VTXO кармайт, оператор болсо бул VTXO жаңыртууларын batch түрүндө onchain commitment транзакцияларына байлайт.

4. VTXO аныктамасы

VTXO мааниден жана кулпулоо scriptинен турган виртуалдык чыгарылыш катары каралышы мүмкүн:

Бул түзүм стандарттуу UTXOго окшош; бирок VTXO кадимки шартта чынжырда көрүнбөйт. Зарыл болгондо гана, мисалы unilateral exit учурунда, тиешелүү virtual transaction жолу чынжырга чыгарылат.

5. Жөнөкөй VTXO кулпулоо scriptи

Изилдөөдө эң жөнөкөй VTXO мисалы Taproot script жолу менен көрсөтүлөт:

Бул туюнтма эки жолду сүрөттөйт. Биринчи жол collaborative spend жолу; оператор \(O\) менен колдонуучу Alice бирге чыгым жасайт. Экинчи жол unilateral spend жолу; Alice операторсуз, \(t_u\) салыштырмалуу убакыт кулпусу өткөндөн кийин өз VTXOсун чынжырга чыгара алат.

6. Virtual transaction tree

Ark batch түзүмү virtual transaction tree, башкача айтканда VTXT аркылуу моделденет:

Бул жерде \(V\) virtual transaction түйүндөрүн; \(A\) бул транзакциялардын ортосундагы багытталган байланыштарды билдирет. Колдонуучу unilateral exit жасагысы келсе, өз VTXOсуна алып баруучу path үстүндөгү virtual transactionдарды чынжырга жарыялай алат.

7. VTXO жолун көрсөтүү

Virtual transaction түйүнүнө алып баруучу жол изилдөөдө төмөнкүдөй берилет:

Бул жол root transactionдан тиешелүү VTXOго чейин жарыяланышы керек болгон виртуалдык транзакциялардын катарын билдирет. Worst-case unilateral exit чыгымы ушул жолдун узундугуна байланыштуу.

8. Batch expiry убакыт чеги

Изилдөөдөгү transaction көз карандылык схемасында batch expiry үчүн төмөнкү туюнтма колдонулат:

Бул жерде \(h\) commitment транзакциясы оператор тарабынан жөнөтүлгөн блок бийиктигин; \(k\) Bitcoin тастыктоо тереңдигинин коопсуздук параметрин; \(t_e\) batchтин жарактуу мөөнөтүнө байланыштуу убакыт параметрин билдирет.

9. Commitment onchain изи

Изилдөөнүн эксперименттик жыйынтыгына ылайык, Ark commitment транзакциясы batch өлчөмүнө карабастан болжол менен туруктуу көлөмдө болот:

Бул жыйынтык Arkтын масштабдуулук дооматы үчүн негизги мааниге ээ. Анткени көптөгөн VTXOлор чынжырдан тышкары көрсөтүлгөнү менен, чынжырга жазылган commitment транзакциясы batch ичиндеги VTXO саны менен чоңойбойт.

10. Worst-case unilateral exit чыгымы

Оператор жооп бербесе, колдонуучу өз VTXOсун чынжырга чыгарууга аргасыз болушу мүмкүн. Изилдөөдө worst-case unilateral exit чыгымы төмөнкүдөй берилет:

Бул жерде \(n\) batch ичиндеги VTXO санын билдирет. Чыгым сызыктуу эмес, логарифмдик түрдө өсөт. Бул колдонуучулар көбөйгөндө worst-case exit чыгымы түздөн-түз \(n\) өлчөмүндө өспөй турганын билдирет.

11. Exit акысынын мисалы

Изилдөөдө \(n=128\) жана 6 sat/vB акы чени үчүн төмөнкү мисал эсеп берилет:

Бул мисал белгилүү шарттарда бир VTXOнун unilateral exit чыгымы болжол менен канча satoshi болушу мүмкүн экенин көрсөтөт. Бирок бул маани Bitcoin fee базарына жараша өзгөрөт.

12. Fast finality үчүн күрөө шарты

Arkта кадимки finality onchain commitment менен бекемделет. Бирок колдонуучулар кошумча божомолдорду кабыл алса, fast finality мүмкүнчүлүгүнө кошула алат. Бул үчүн оператор бекиткен күрөө fast finality колдонгон колдонуучулардын жалпы VTXO баасынан чоң болушу керек:

Бул жерде \(c\) оператордун өрттөлө турган collateral баасын; \(v\) fast finality колдонуучуларынын жалпы VTXO баасын билдирет. Максат — оператор кош кол коюу менен таба ала турган пайдадан көбүрөөк күрөө жоготушун камсыз кылуу.

13. Fast finality колдонуучулар жыйындысы

Fast finality системасына катышкан колдонуучулар төмөнкү жыйын менен көрсөтүлөт:

Бул колдонуучулар транзакцияны onchain commitmentти күтпөстөн тезирээк кабыл алууну каалайт. Бирок бул үчүн rational operator жана кеминде бир чынчыл committee signer сыяктуу кошумча коопсуздук божомолдору талап кылынат.

14. Schnorr nonce reuse жана купуя ачкычты чыгаруу

Изилдөө оператор бир эле nonce менен эки башка Schnorr кол тамгасын жараткан учурда купуя ачкычты чыгарып алууга болору жөнүндөгү идеяны fast finality жазалоо механизминде колдонот. Schnorr кол тамгасын жөнөкөйлөтүлгөн түрдө мындай түшүнүүгө болот:

Бир эле \(r\) мааниси менен эки башка билдирүү кол коюлса:

Бул эки теңдемеден купуя ачкыч төмөнкүдөй алынат:

Бул механизмдин максаты — операторду кош кол коюудан экономикалык жактан тосуу. Оператор кош кол койсо, анын купуя ачкычы чыгарылып, алдын ала бекиткен collateral өрттөлүшү мүмкүн.

15. Commitment түзүү убактысы

Изилдөөдө commitment түзүү убактысы колдонуучулардын саны менен сызыктуу өсөрү белгиленет:

Эксперименттик өлчөөдө 200 колдонуучу үчүн процесс болжол менен 2,7 секундга созулган. Бул жыйынтык Ark чакан жана орто масштабдагы batch жаңыртууларында практикалык иштей аларын көрсөтөт; бирок чыныгы тармак кечигүүлөрү бул убакытты көбөйтүшү мүмкүн.

График, таблица жана схеманын негизги билдирүүсү

PDFдеги 1-сүрөт Ark протоколунун баштан-аяк агымын көрсөтөт. Alice алгач boarding транзакциясы менен Arkка кирип, VTXO алат. Андан соң Bobго offchain төлөм жөнөтөт. Bob алган VTXOсун batch swap аркылуу жаңы жана коопсузураак VTXOго айлантат. Alice кааласа cooperative exit аркылуу чынжырга кайта алат. Оператор иштебесе, Bob unilateral exit жолу менен өз VTXOсун чынжырга чыгара алат.

1-таблица Arkты Lightning, statechain, payment pool, sidechain, commit-chain, Bitcoin Clique жана rollup сыяктуу чечимдер менен салыштырат. Arkтын өзгөчөлөнгөн жагы — Bitcoin-compatible болушу, unilateral exit бериши, external fungibility камсыз кылышы жана state update үчүн оператор менен тиешелүү колдонуучулардын гана катышуусун талап кылышы.

2-сүрөт Ark ичиндеги transaction көз карандылыктарын майда-чүйдөсүнө чейин көрсөтөт. Solid кутулар onchain көрүнгөн транзакцияларды, dashed кутулар болсо кадимки шартта чынжырга чыкпашы күтүлгөн virtual transactionдарды билдирет. Бул схема Ark чынжырда чакан commitment калтырып, татаал бөлүштүрүүнү offchain transaction tree ичинде сактай турганын көрсөтөт.

3-сүрөт Alice Bobго Ark transaction аркылуу төлөм жөнөтүү процессин жана reset transaction кол коюу агымын көрсөтөт. Бул агым testnet колдонмосунда аныкталган hostage attack жана spam attack көйгөйлөрүнө каршы киргизилген коопсуздук оңдоосу протокол деңгээлинде кандай иштей турганын түшүнүү үчүн маанилүү.

Эксперименттик баалоо бөлүмүнүн негизги билдирүүсү мындай: Arkтын commitment транзакциясы batch ичиндеги VTXO санына карабастан болжол менен 197 vB бойдон калат. Unilateral exit болсо туруктуу эмес, batch көлөмүнө жараша логарифмдик өсөт. Бул Arkтын негизги артыкчылыгын жана негизги чыгым чөйрөсүн бир учурда көрсөтөт.

Эксперименттер кандай жүргүзүлгөн?

Изилдөөдө Ark протоколунун коопсуздугу формалдуу түрдө аныкталып, VTXO security, user balance security, atomicity, operator balance security жана fast finality balance security сыяктуу касиеттер талкууланган.

Авторлор testnet колдонмосунда эки маанилүү чабуулду аныктаганын билдирет: hostage attack жана spam attack. Hostage attack ар башка expiry мөөнөттөрү бар batchтерден келген VTXOлор бир Ark transaction ичинде сарпталганда оператордун каражаты узак убакытка бекитилип калышына алып келиши мүмкүн. Spam attack болсо кара ниет колдонуучу чынжырга көп сандагы транзакция жарыялатууга аракет кылып, операторду экономикалык жактан кыйноосуна негизделет.

Бул чабуулдарга каршы reset transactions деп аталган кошумча virtual transaction түзүмү сунушталган. Reset transaction операторго сарпталган VTXOлорду белгилүү шарттарда кайра алууга мүмкүндүк берет жана кара ниет колдонуучунун чыгымды операторго жүктөшүн кыйындатат.

Өндүрүмдүүлүк жагында commitment түзүү убактысы жана onchain footprint өлчөнгөн. Эксперименттерге ылайык commitment transaction болжол менен 197 vB көлөмүндө. Leaf transaction болжол менен 107 vB, intermediate virtual transaction болсо болжол менен 150 vB деп берилген. 200 колдонуучу үчүн commitment түзүү процесси болжол менен 2,7 секундга созулган.

Жыйынтыктар эмнени көрсөтөт?

Изилдөөнүн биринчи жыйынтыгы — Arkты Bitcoin менен шайкеш commit-chain катары долбоорлоого болору. Ark Bitcoinге жаңы opcode кошууну талап кылбастан, Taproot жана кол тамгага негизделген түзүмдөр менен иштөөнү көздөйт.

Экинчи жыйынтык — Arkтын onboarding жагындагы жеңилдиги. Lightningде колдонуучу адатта канал ачып, ликвиддүүлүктү бекитиши керек. Arkта болсо колдонуучу offchain төлөм кабыл алып, каражатты кийин Ark ичинде колдоно алат же чынжырга чыгара алат.

Үчүнчү жыйынтык onchain footprint жагынан маанилүү. Ark commitment транзакциясы batch ичиндеги VTXO санына карабастан болжол менен 197 vB бойдон калат. Бул көп сандагы offchain колдонуучу жаңыртууларын чакан чынжыр изи менен көрсөтүүгө мүмкүндүк берет.

Төртүнчү жыйынтык — unilateral exit чыгымы таптакыр бекер эмес. Оператор кызматташса cooperative exit натыйжалуураак болот. Бирок оператор жабылса же жаман жүрүм-турум көрсөтсө, колдонуучу өз VTXO pathын чынжырга жарыялоого мажбур болот. Мындай учурда worst-case чыгым \(\lceil \log n\rceil\cdot150+107\) vB түрүндө өсөт.

Бешинчи жыйынтык — коопсуздук талдоосунун практикалык таасири. Изилдөө протокол сунуштоо менен гана чектелбестен, testnet колдонмосунда эки чабуулду аныктап, аларга reset transaction чечимин кошкон. Бул жагынан изилдөө теориялык протокол долбоору менен колдонмодогу коопсуздуктун айырмасын да көрсөтөт.

Бул эмне үчүн маанилүү?

Bitcoin масштабдуулугу тууралуу талкууларда адатта эки карама-каршы ыкма көрүнөт. Бир жагында түз onchain транзакциялар бар; алар коопсуз, бирок масштабдоо мүмкүнчүлүгү чектелүү. Экинчи жагында татаалыраак Layer-2 чечимдери бар; алар ылдамыраак, бирок колдонуучу тажрыйбасы, ликвиддүүлүк жана коопсуздук божомолдору жагынан кошумча кыйынчылыктарды жаратат.

Ark бул талкууга үчүнчү көз карашты кошот. Ал колдонуучулардан түз канал ачууну талап кылбастан, offchain VTXO баланстары менен төлөм кабыл алууга жана бул баланстарды batch commitment түзүмү аркылуу Bitcoinге байлоого багытталган.

Айрыкча «алуучу алдын ала каражат бекитпестен төлөм ала алсын» деген идея колдонуучу тажрыйбасы үчүн маанилүү. Бул Bitcoin Layer-2 системаларынын кеңири колдонуучуларга жетиши үчүн чечүүчү болушу мүмкүн.

Бирок Ark да чыгымсыз чечим эмес. Оператордун ликвиддүүлүгү, VTXO refresh зарылдыгы, unilateral exit чыгымы, fast finality үчүн кошумча коопсуздук божомолдору, committee түзүмү жана bank run сценарийлери дагы эле маанилүү изилдөө темалары бойдон калууда.

Көңүл буруучу жагдайлар

Бул изилдөө техникалык протокол талдоосу; инвестициялык кеңеш эмес.

Ark операторду талап кылган архитектура. Оператор колдонуучунун каражатын каалагандай уурдай албашы үчүн чектөөлөр киргизилгени менен, оператордун online болушу, batch түзүшү жана ликвиддүүлүк камсыз кылышы системанын практикалык иштеши үчүн маанилүү.

Fast finality божомолдору кадимки Ark коопсуздук моделинен күчтүүрөөк. Бул режимде rational operator, collateral жана кеминде бир чынчыл committee signer сыяктуу кошумча шарттар керек.

Unilateral exit теориялык коопсуздукту камсыз кылат; бирок fee базары жыш болгондо майда VTXO ээлери үчүн кымбат болушу мүмкүн. Ошондуктан VTXO көлөмү, batch дизайны жана fee чөйрөсү практикалык колдонууда маанилүү.

Bank run сценарийинде көп сандагы колдонуучу бир убакта unilateral exit кылгысы келсе, Bitcoin блок мейкиндигине басым жаралышы мүмкүн. Изилдөө бул маселени келечекте кеңири моделдөө керек болгон багыт катары көрсөтөт.

Reset transactions hostage жана spam attack көйгөйлөрүн азайтат; бирок протоколдун татаалдыгын көбөйтөт. Колдонуучулар тиешелүү transaction тарыхын сактап, керек учурда туура pathты жарыялай алышы маанилүү.

Жыйынтык

Бул академиялык изилдөө Bitcoin үстүндө Ark аттуу commit-chain протоколу кандай иштей аларын майда-чүйдөсүнө чейин көрсөтөт. Arkтын негизги идеясы — колдонуучулар VTXO деп аталган виртуалдык чыгарылыштар менен чынжырдан тышкары транзакция жүргүзүп, оператор бул транзакцияларды чакан onchain commitmentтер аркылуу Bitcoinге байлайт.

Изилдөөнүн эң күчтүү жагы — Bitcoin менен шайкештикти сактоо менен external fungibility, unilateral exit жана чакан onchain footprint максаттарын бириктириши. Болжол менен 197 vB туруктуу commitment көлөмү Arkтын масштабдуулук дооматын колдогон маанилүү эксперименттик жыйынтык.

Ошол эле учурда Ark Lightningдин ордун түздөн-түз баскан жөнөкөй чечим катары кабыл алынбашы керек. Аны ар башка колдонуу муктаждыктарына жооп берген өзүнчө Layer-2 архитектурасы катары баалоо туура. Lightning ылдам канал төлөмдөрү үчүн күчтүү; Ark болсо offchain onboarding, batch commitment жана VTXO негизиндеги каражат көчүрмөлүүлүгү жагынан башка артыкчылыктарды бере алат.

Verianla үчүн бул изилдөөнүн негизги билдирүүсү мындай: Bitcoin масштабдуулугу блок өлчөмү же транзакция ылдамдыгы гана эмес. Колдонуучулар чынжырга качан кайрылары, каражат кандай көрсөтүлөрү, кара ниет операторго каршы кантип чыгууга болору жана onchain из кантип азайтылары ылдамдык сыяктуу эле маанилүү.

Булак жана ыкма жөнүндө эскертүү

Бул мазмун Ark: Offchain Transaction Batching in Bitcoin аттуу академиялык PDF изилденип даярдалган. Текст сөзмө-сөз котормо эмес. Изилдөөнүн максаты, протокол түзүмү, негизги формулалары, коопсуздук модели, чабуул талдоолору, эксперименттик табылгалар жана чектөөлөр Verianla окурмандары үчүн жөнөкөйлөштүрүлүп, өз алдынча редакциялык кыргыз тилинде кайра баяндалган.

Формулалар изилдөөдөгү техникалык түзүмгө берилген бойдон MathJax шайкеш LaTeX форматында берилген. Жазуу инвестициялык кеңеш, coin сунушу же техникалык орнотуу көрсөтмөсү эмес.