BatPay: Газоэффективный протокол для микроплатежей в токенах ERC20

Содержание

1. Введение

BatPay (BatchPayment) — это прокси-решение для масштабирования, разработанное специально для переводов токенов ERC20 в блокчейне Ethereum. Протокол решает критическую проблему высоких комиссий газа в сценариях микроплатежей путем объединения множества операций в единые транзакции. Этот подход особенно подходит для сценариев платежей «один-ко-многим» и «немногие-ко-многим», часто встречающихся на цифровых площадках, таких как маркетплейс данных Wibson.

Протокол работает через три основных момента пакетирования:

• Регистрация покупателем нескольких платежей продавцам в одной транзакции
• Зачисление продавцом многочисленных платежей на свой кошелек
• Массовая регистрация пользователей на платформе BatPay

2. Смежные разработки

2.1 Платежные пулы

Платежные пулы используют деревья Меркла для хранения информации о выплатах в листьях, где получатели получают ветви Меркла офчейн для вывода средств. Хотя эффективны для единичных распределений, повторяющиеся платежи требуют обновления деревьев и сталкиваются с проблемами доступности данных и мошеннических обновлений.

2.2 BatLog

BatLog предоставляет механизмы эффективного распределения вознаграждений, где общие вознаграждения хранятся в контрактах, а пользователи выводят накопленные суммы. Однако он ограничен периодическим распределением вознаграждений и не решает общих проблем платежей «один-ко-многим».

2.3 Платежные каналы

Решения, такие как Raiden, Perun и Celer, используют офчейн-каналы с заблокированными депозитами. Хотя эффективны для многократного использования каналов, они требуют от участников быть онлайн в периоды челленджей и в основном подходят для платежей «один-к-немногим».

2.4 Плазма-чейн

Плазма-чейны выступают посредниками между корневым и дочерним чейнами, позволяя пользователям выйти при мошеннических операциях. Однако они уязвимы к массовым выходам и зависят от доступности оператора чейна.

2.5 Пакетные платежи на zk-SNARKs

Этот подход использует деревья Меркла для регистрации адресов и балансов с доказательствами с нулевым разглашением. Хотя обеспечивает сильные гарантии конфиденциальности, он сопряжен со значительными вычислительными накладными расходами и сложностью.

3. Дизайн протокола BatPay

3.1 Базовая архитектура

BatPay использует sophisticated механизм пакетирования, который агрегирует множество платежных операций в единые блокчейн-транзакции. Архитектура состоит из трех основных компонентов: регистрация платежей, разрешение челленджей и механизмы вывода.

3.2 Операции пакетирования

Протокол определяет три ключевые возможности для пакетирования: регистрация платежей, сбор средств и онбординг пользователей. Каждая пакетная операция значительно снижает стоимость газа на одну транзакцию за счет распределения фиксированных затрат на множество операций.

3.3 Механизм челлендж-игры

BatPay заменяет дорогостоящие ончейн-верификации эффективной челлендж-игрой. Этот механизм переносит большую часть вычислительной нагрузки офчейн, сохраняя при этом гарантии безопасности через экономические стимулы и криптографические доказательства.

4. Техническая реализация

4.1 Математическая основа

Оптимизация газа следует формуле: $G_{total} = G_{base} + n \times G_{marginal}$, где $G_{base}$ представляет фиксированные затраты транзакции, а $G_{marginal}$ — это инкрементная стоимость за платеж. BatPay достигает эффективности за счет минимизации $G_{marginal}$ через пакетирование.

4.2 Код смарт-контракта

function batchTransfer(
    address[] memory recipients,
    uint256[] memory amounts,
    bytes32 merkleRoot
) public payable {
    require(recipients.length == amounts.length, "Arrays length mismatch");
    
    for (uint i = 0; i < recipients.length; i++) {
        _pendingBalances[recipients[i]] += amounts[i];
    }
    
    emit BatchTransfer(merkleRoot, recipients.length, msg.sender);
}

4.3 Формулы оптимизации газа

Экономия газа рассчитывается как: $S = \frac{G_{standard} \times n}{G_{batch} + n \times G_{perPayment}}$, где $n$ — размер пакета, демонстрируя суперлинейные преимущества масштабирования.

5. Экспериментальные результаты

5.1 Метрики производительности

BatPay демонстрирует выдающуюся производительность с 300-1000 газа на платеж, что представляет собой улучшение в 1000 раз по сравнению со стандартными переводами ERC20. Система поддерживает приблизительно 1700 транзакций в секунду в мейннете Ethereum.

5.2 Анализ стоимости газа

Сравнительный анализ показывает, что традиционные переводы ERC20 потребляют ~50 000 газа, тогда как BatPay снижает этот показатель до 300-1000 газа в зависимости от размера пакета и операционных параметров.

5.3 Сравнение пропускной способности

При сравнении с платежными каналами и другими решениями Уровня 2, BatPay демонстрирует превосходную пропускную способность для сценариев платежей «один-ко-многим», сохраняя при этом более сильные гарантии доступности данных.

6. Ключевые особенности

• Мета-транзакции: Обеспечивают операции без эфира для конечных пользователей
• Платежи с блокировкой по ключу: Поддерживают атомарный обмен цифровыми товарами
• Мгновенный вывод: Отсутствие периодов ожидания для доступа к средствам
• Массовая регистрация: Экономически эффективный онбординг пользователей
• Отсутствие проблем с доступностью данных: Вся необходимая информация находится в ончейне

7. Оригинальный анализ

BatPay представляет собой значительный прогресс в решениях для блокчейн-микроплатежей, решая фундаментальные проблемы масштабируемости, которые ограничивали полезность Ethereum для транзакций с малой стоимостью. Инновационный подход протокола, сочетающий пакетирование транзакций с челлендж-играми, создает сбалансированный компромисс между ончейн-верификацией и офчейн-вычислениями. Эта философия дизайна согласуется с устоявшимися исследованиями по масштабированию от таких институтов, как Ethereum Foundation и Stanford Blockchain Research.

По сравнению с традиционными платежными каналами, как описано в white paper Raiden Network, BatPay предлагает превосходную масштабируемость для сценариев платежей «один-ко-многим», не требуя постоянного онлайн-присутствия участников. Газовая эффективность протокола в 300-1000 газа на платеж представляет собой улучшение на три порядка величины по сравнению со стандартными переводами ERC20, что делает его конкурентоспособным с появляющимися решениями Уровня 2, сохраняя при этом более сильные гарантии безопасности.

Механизм челлендж-игры демонстрирует sophisticated криптоэкономический дизайн, напоминающий подходы оптимистичных роллапов, но оптимизированный специально для платежных приложений. Этот подход снижает вычислительную нагрузку на основную цепь, обеспечивая целостность протокола через экономические стимулы. Математическая основа $G_{total} = G_{base} + n \times G_{marginal}$ предоставляет четкие преимущества масштабируемости, которые увеличиваются суперлинейно с размером пакета.

Поддержка BatPay мета-транзакций решает критический барьер юзабилити в приложениях Ethereum, позволяя пользователям взаимодействовать с протоколом без необходимости владеть нативным ETH для оплаты газа. Эта функция в сочетании с платежами с блокировкой по ключу для атомарных свопов позиционирует BatPay как комплексное решение для цифровых площадок и децентрализованных приложений, требующих эффективных возможностей микроплатежей.

Метрики производительности протокола в 1700 TPS значительно превышают базовую пропускную способность Ethereum и выгодно сравниваются с другими решениями для масштабирования, сохраняя при этом полную доступность данных в ончейне. Этот выбор дизайна позволяет избежать проблем с доступностью данных, которые преследуют некоторые решения Уровня 2, и обеспечивает постоянную возможность аудита всех транзакций.

8. Перспективные приложения и направления

Архитектура BatPay открывает множество перспективных приложений, включая:

• Микро-распределения доходов в DeFi: Эффективное распределение небольших выплат доходов тысячам поставщиков ликвидности
• Монетизация контента: Микроплатежи для стриминговых сервисов и цифрового контента
• Платежи между IoT-устройствами: Транзакции между машинами в сетях IoT
• Игровые экономики: Внутриигровые микроплатежи и распределение вознаграждений
• Кросс-чейн интеграция: Расширение на мультичейн-окружения и сети Уровня 2

Будущие направления разработки включают интеграцию с доказательствами с нулевым разглашением для улучшенной конфиденциальности, кросс-чейн совместимость и улучшенный пользовательский опыт через интеграции с кошельками и инструменты для разработчиков.

9. Ссылки

1. White Paper маркетплейса данных Wibson (2018)
2. Ethereum Foundation. "Ethereum Whitepaper" (2014)
3. Исследования платежных пулов - Ethereum Research
4. Приложения деревьев Меркла в блокчейне - IEEE Symposium
5. BatLog: Эффективное распределение вознаграждений - Труды блокчейн-конференции
6. Raiden Network: Быстрые и масштабируемые платежи - White Paper
7. Plasma: Масштабируемые автономные смарт-контракты - Buterin & Poon
8. zk-SNARKs для масштабирования блокчейна - Спецификация протокола Zcash
9. Техники оптимизации газа - Ethereum Yellow Paper
10. Сети микроплатежных каналов - ACM Computing Surveys