Layer2의 기본 개념 및 주요 프로젝트 분석

I. 레이어 2란 무엇인가요

레이어 2는 블록체인 기술 및 네트워크 프로토콜에서 기본 블록체인(레이어 1)을 확장하는 데 사용되는 솔루션입니다. 거래 속도를 높이고 거래 비용을 줄이며 네트워크의 확장성과 효율성을 높이는 것이 목표이며, 레이어 2는 메인 체인 외부에서 대량의 거래를 처리한 후 그 결과를 메인 체인에 일괄적으로 제출함으로써 메인 체인의 부담을 줄여줍니다. 레이어 2의 주요 특징과 기술은 다음과 같습니다:

• 확장성: 레이어 2 솔루션은 더 많은 거래량을 처리할 수 있으므로 레이어 1(예: 이더 및 비트코인)에서 발생하는 혼잡 문제를 완화할 수 있습니다. 레이어 1(예: 이더 및 비트코인)에서 발생합니다.

• 비용 절감: 레이어 2는 거래를 오프체인에서 처리함으로써 사용자의 거래 비용을 크게 줄여줍니다.

• 속도 향상: 레이어 2는 거래를 메인 체인에서 개별적으로 확인할 필요가 없으므로 거래 처리 속도를 획기적으로 개선할 수 있습니다.

• 보안: 트랜잭션이 오프체인에서 처리되더라도 레이어 2 솔루션은 메인 체인의 보안에 의존하여 최종 결과를 신뢰할 수 있고 변조할 수 없도록 보장합니다.

II. 일반적인 레이어 2 솔루션

스테이트 채널

1. 이 접근 방식은 두 명 이상의 당사자가 체인에서 여러 트랜잭션을 수행하면서 트랜잭션이 끝날 때 최종 상태만 블록체인에 커밋할 수 있도록 합니다. 대표적인 예로 주로 비트코인에 사용되는 라이트닝 네트워크가 있습니다.

사이드체인

1. 사이드체인은 독립적인 독립형 블록체인을 말하며, 자체 합의 메커니즘을 사용하지만 양방향 앵커링을 통해 메인(부모) 체인에 연결됩니다. 사이드체인은 다양한 기능과 최적화를 자유롭게 구현할 수 있으며, 메인체인은 여전히 기본 보안과 안정성을 유지합니다.

롤업

롤업은 많은 수의 트랜잭션을 하나의 트랜잭션에 담아 메인 체인에 제출하는 방식으로 작동합니다. 이 접근 방식은 낙관적 롤업(옵티미스틱 롤업)과 영지식 롤업(zk 롤업)의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

• Op 롤업: 트랜잭션이 유효하다고 가정하고 분쟁이 있는 경우에만 유효성을 검사합니다

• Zk 롤업: 영지식 증명 기술을 통해 트랜잭션 데이터의 정확성을 보장하면서 제출합니다.

플라즈마

1. 플라즈마는 여러 계층의 하위 체인 구조를 생성할 수 있는 프레임워크입니다. 여러 계층의 하위 체인 구조를 생성할 수 있는 프레임워크입니다. 강력한 이론적 기반에도 불구하고 실제로는 몇 가지 도전에 직면해 있습니다.

그러나 l2beat 웹사이트에서는 롤업을 제외한 모든 솔루션을 사이드체인으로 정의하고 있습니다

III. 레이어2 관련 용어 설명

모듈성

모듈성은 현재 L2 블록체인 프로젝트에서 표준이 되었으며, 모두 아시다시피 모듈성은 무스타파 알바산과 비탈릭에서 유래한 용어입니다. 알바산과 비탈릭은 2018년에 데이터 가용성 샘플링과 사기 증명이라는 제목으로 공동 저술했으며, 이후 셀레스티아에서 개발했습니다. 모듈성과 컴포저블성은 레이어2에 매우 적합하지만, 레이어3에서는 어떻게 나타나며, 모듈적이고 컴포저블한 레이어3을 어떻게 이해해야 할까요? 모듈성은 주로 블록체인 퍼블릭 체인 아키텍처의 구성 가능한 기능으로 인해 작동하며, 성숙한 퍼블릭 체인에는 다음이 포함됩니다.

• 정산 레이어는 자산의 거래 상태를 담당합니다. 전송 및 결정;

• DA 레이어(데이터 가용성)는 트랜잭션 데이터의 상태를 트랜잭션 검증을 위한 데이터 가용성으로 담당합니다.

• . 실행 레이어는 스마트 컨트랙트의 호출 및 실행을 포함한 트랜잭션의 실행 로직 처리를 담당하며,

• 합의 레이어는 특정 버전의 트랜잭션 내역에 대한 모든 노드의 일관성을 담당합니다.

• 합의 레이어는 특정 버전의 거래 내역에 대한 모든 노드들의 일관성을 담당합니다.

• 상호운용성 레이어는 서로 다른 블록체인 네트워크 간의 메시지 통신과 상태 관리를 담당합니다.

위 블록체인 구성 요소는 명확한 분업 구조를 가지고 있으며, 블록체인의 신뢰할 수 있고 탈중앙화된 특성을 구성하는 데 각각 고유한 역할을 수행합니다

데이터 가용성 계층(DA)

데이터 가용성 레이어(DA)는 데이터의 가용성을 처리하고 보장하는 레이어입니다. 데이터 가용성이란 필요할 때 데이터에 액세스하고, 확인하고, 사용할 수 있다는 의미로, 블록체인 시스템에서 데이터 무결성과 보안에 매우 중요합니다. 데이터 가용성 계층의 설계 목표는 모든 참여자가 블록체인에 게시된 데이터에 액세스하고 검증할 수 있도록 하여 전체 시스템의 투명성과 신뢰성을 보장하는 것입니다.

데이터 가용성 계층의 주요 기능

• 데이터 저장 및 배포: 데이터 저장 및 배포: 모든 참여자가 블록체인에 공개된 데이터에 액세스하고 검증할 수 있도록 보장함으로써 시스템 전체의 투명성과 신뢰성을 보장하도록 설계된 데이터 가용성 계층의 설계 목표는 데이터의 투명성과 신뢰성을 보장합니다. strong>: 데이터 가용성 계층은 블록체인에서 생성된 데이터를 저장하고 모든 노드가 이 데이터에 액세스할 수 있도록 보장하는 역할을 담당합니다. 데이터 지속성과 중복성을 보장하기 위해 분산된 데이터 저장 메커니즘을 제공합니다.

• 데이터 검증: 이 레이어는 노드가 데이터의 무결성과 정확성을 빠르게 확인할 수 있는 검증 메커니즘도 제공합니다. 데이터 유효성 검사는 데이터가 변조되거나 손상되지 않았는지 확인하는 중요한 단계입니다.

• 데이터 검색: 데이터 가용성 계층은 필요할 때 데이터를 효율적으로 검색하고 액세스할 수 있도록 보장해야 합니다. 트랜잭션 유효성 검사, 스마트 컨트랙트 실행, 데이터 분석 등 모든 작업은 데이터를 빠르게 검색할 수 있는 기능에 의존합니다.

• 중복성 및 내결함성: 데이터 손실이나 손상으로부터 보호하기 위해 데이터 가용성 계층은 일반적으로 분산 해시 테이블(DHT)이나 여러 노드로 데이터를 복제하는 등 데이터 중복성 및 내결함성을 위한 메커니즘을 구현합니다.

블록체인 아키텍처에서 데이터 가용성 계층의 위치

계층화된 블록체인 아키텍처에서 데이터 가용성 계층은 일반적으로 결제 계층 및 실행 계층과 같은 다른 계층과 함께 작동하며, 이를 통해 다음과 같은 사항을 보장합니다. 전체 시스템의 효율적인 운영을 보장합니다. 특히 데이터 가용성 계층은 결제 계층과 실행 계층에 안정적인 데이터 저장 및 액세스 서비스를 제공합니다.

데이터 가용성 계층의 구현

• 온체인 데이터 가용성. strong>: 기존 블록체인 시스템에서는 모든 데이터가 체인(예: 비트코인 및 이더리움)에 저장되어 데이터 가용성을 보장합니다. 그러나 이러한 접근 방식은 블록체인의 부풀림과 성능 문제를 야기할 수 있습니다.

• 오프체인 데이터 가용성: 일부 최신 블록체인 시스템은 온체인 데이터 폭증을 해결하기 위해 오프체인 데이터 저장소를 사용합니다. 예를 들어 롤업 기술은 대부분의 트랜잭션 데이터를 오프체인에 저장하고 데이터의 다이제스트 또는 증명만 온체인에 저장합니다.

• 슬라이싱: 슬라이싱 기술은 블록체인을 여러 개의 슬라이스로 분할하여 각각 데이터의 일부를 저장합니다. 이 접근 방식은 시스템 확장성과 데이터 처리 능력을 향상시키지만, 각 슬라이스의 데이터 접근성과 무결성을 보장하기 위해 효과적인 데이터 가용성 체계가 필요합니다.

데이터 가용성 계층의 과제

• 데이터 가용성 공격: 데이터 가용성 공격은 악의적인 노드가 모든 데이터를 제공하지 않고 블록을 릴리스하여 다른 노드가 데이터의 무결성을 확인할 수 없게 만드는 것을 말합니다. 이 문제를 해결하려면 효과적인 데이터 가용성 증명 메커니즘을 설계해야 합니다.

• 저장소 및 대역폭 제한: 블록체인의 데이터 양이 증가함에 따라 저장소 및 대역폭 요구량도 크게 증가합니다. 데이터 가용성 계층은 증가하는 데이터 수요에 대처하기 위해 효율적인 저장 및 배포 메커니즘이 필요합니다.

• 개인정보 보호 및 보안: 데이터 프라이버시와 보안을 보장하는 것 또한 데이터 가용성 계층의 주요 과제 중 하나입니다. 민감한 데이터를 보호하기 위해 암호화 및 접근 제어 메커니즘을 설계해야 합니다.

데이터 가용성을 위한 알고리즘

데이터 가용성 증명.

데이터 가용성 증명은 게시된 데이터가 실제로 존재하고 액세스할 수 있는지 확인하는 방법입니다. 이러한 증명은 데이터 가용성 공격(예: 블록 퍼블리셔가 데이터를 게시했다고 주장하지만 실제로는 그렇지 않은 경우)을 방지하는 데 중요합니다.

• 케이트 커미트먼트:

• 대규모 데이터 세트의 가용성을 효율적으로 검증하기 위한 다항식 커밋 기반 체계입니다. 특정 데이터 블록이 올바르게 게시되었음을 증명하기 위해 KZG(Kate-Zaverucha-Goldberg) 약속을 사용합니다.

• 데이터 가용성 샘플링:

• 노드가 소수의 데이터 조각을 무작위로 추출하고 유효성을 검사하여 전체 데이터 집합의 가용성을 결정하는 무작위 샘플링 기법입니다. 이 방법은 검증 비용을 절감하고 리소스가 제한된 라이트 노드도 검증에 참여할 수 있게 해줍니다.

이레저 코딩

이레저 코딩은 데이터 저장의 중복성과 안정성을 개선하는 데 사용되는 데이터 인코딩 기법입니다. 데이터 저장의 중복성과 안정성을 향상시킵니다. 데이터를 여러 세그먼트로 분할하고 중복 정보를 추가함으로써 일부 세그먼트가 손실되거나 손상되더라도 데이터를 복구할 수 있습니다.

• 레드솔로몬 코드:

• 유효한 모든 k개의 세그먼트에서 원본 데이터를 복구할 수 있는 널리 사용되는 수정 검열 코드로, 여기서 k는 인코딩 매개변수입니다. 이러한 코드는 스토리지 및 분산 시스템에서 널리 사용됩니다.

• LDPC 코드(저밀도 패리티 검사 코드):

• 인코딩 및 디코딩에 희소 행렬을 사용하는 매우 효율적인 수정 검열 코드로, 높은 중복성과 짧은 지연 시간이 요구되는 시스템에 적합합니다.

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분산 해시 테이블(DHT)

DHT는 노드가 해시 함수를 통해 데이터의 위치를 결정하고 네트워크를 통해 데이터를 저장 및 검색하는 분산 스토리지 시스템입니다.

• 카뎀리아:

• XOR 거리 메트릭을 사용하여 노드 간의 거리를 결정하고 데이터 요청을 효율적으로 라우팅하는 일반적인 DHT 구현으로, 분산된 특성 덕분에 분산 네트워크에서 데이터 저장 및 검색에 적합합니다.

**암호화 **

암호화 및 해싱 알고리즘은 데이터 무결성과 보안을 보장하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

• 머클 트리:

• 머클 트리는 대규모 데이터 세트의 무결성을 효율적이고 안전하게 검증하는 데 사용되는 해시 트리 구조입니다. 머클 루트 해시를 사용하면 노드는 모든 데이터 조각이 데이터 세트의 일부인지 빠르게 확인할 수 있습니다.

• 영지식 증명(ZKP):

• 영지식 증명을 사용하면 당사자가 특정 데이터를 공개하지 않고도 특정 데이터에 대한 지식이 있음을 증명할 수 있습니다.ZKP는 zk-SNARK(간결한 비대화형 지식을 위한 제로 지식 인수)와 같이 데이터 가용성 및 개인정보 보호에 광범위하게 적용됩니다.

데이터 샤딩

데이터 샤딩은 큰 데이터 집합을 작은 조각으로 나누는 프로세스입니다. 여러 노드에 분산하여 시스템 확장성과 데이터 가용성을 향상시킵니다.

이더리움 2.0 샤딩: 이더리움 2.0은 샤딩을 사용해 블록체인 상태와 트랜잭션 부하를 여러 개의 병렬 샤드 체인으로 분할합니다. 각 샤드 체인은 트랜잭션과 상태를 독립적으로 처리하지만, 비콘 체인을 통해 통합된 합의와 데이터 가용성을 달성합니다.

**데이터 가용성 레이어 예시 **

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  Ether. 2.0: 이더넷 2.0의 샤딩 설계에서 비콘 체인과 샤딩 체인은 함께 작동해야 하며, 데이터 가용성 계층은 각 샤딩 체인에 대한 데이터 가용성을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.

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  셀레스티아: 셀레스티아는 합의와 데이터 가용성을 분리하여 블록체인의 확장성과 효율성을 개선하는 특화된 데이터 가용성 레이어를 구축하는 데 주력하고 있습니다.

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  EigenDA: 혁신적인 기술 접근 방식을 통해 블록체인 및 탈중앙화 애플리케이션에서 데이터 가용성을 보장하는 데 중점을 둔 새로운 데이터 가용성(DA) 솔루션입니다. EigenDA는 여러 고급 암호화 및 데이터 배포 기술을 결합하여 효율적이고 안정적이며 확장 가능한 데이터 가용성을 달성합니다.

**중앙화된 스토리지 네트워크 **

분산화된 스토리지 네트워크는 분산 스토리지 기술을 활용하여 데이터 가용성과 검열 저항성을 향상시킵니다.

• IPFS(행성 간 파일 시스템): IPFS는 분산 파일 시스템입니다. 콘텐츠 주소 지정 및 DHT를 사용하여 데이터를 저장하고 검색하는 분산 파일 시스템입니다. 분산 스토리지를 통해 IPFS는 네트워크 전반에 걸쳐 데이터의 고가용성과 이중화를 보장합니다.

• Filecoin: IPFS 기반의 탈중앙화 스토리지 네트워크인 Filecoin은 경제적 인센티브를 통해 데이터를 안정적이고 지속적으로 저장할 수 있도록 보장합니다. 스토리지 노드는 저장 공간과 검색 서비스를 제공하면 토큰으로 보상을 받습니다.

크로스체인 통신 레이어

크로스체인 통신 레이어(CCL)는 서로 다른 블록체인 네트워크 간에 정보와 가치의 상호 운용성을 가능하게 하는 기술 및 기술입니다. 서로 다른 블록체인 네트워크 간에 정보와 가치의 상호 운용성을 가능하게 하는 기술 및 프로토콜입니다. 블록체인 네트워크는 독립적으로 운영되고 호환되지 않는 경우가 많기 때문에 크로스체인 통신을 활성화하면 블록체인 간의 고립성을 허물고 탈중앙화 애플리케이션(dApp)의 상호운용성과 광범위한 생태계 통합을 촉진할 수 있습니다.

크로스체인 통신 계층의 주요 기능

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  상호 운용성: 크로스체인 통신 레이어는 서로 다른 블록체인 간에 데이터와 자산을 상호 운용할 수 있도록 합니다. 여기에는 토큰 전송, 데이터 공유, 크로스체인 스마트 컨트랙트 호출 등이 포함될 수 있습니다.

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  신뢰와 보안: 크로스체인 통신에서 보안과 신뢰를 확보하는 것이 중요합니다. 크로스 체인 통신 레이어는 크로스 체인 운영의 보안과 무결성을 보장하기 위해 이중 플라워 공격과 중간자 공격과 같은 다양한 공격으로부터 보호해야 합니다.

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  호환성: 크로스체인 통신 레이어는 이기종 블록체인 간의 원활한 통신을 보장하기 위해 서로 다른 블록체인의 합의 메커니즘과 데이터 구조를 지원해야 합니다.

크로스체인 통신 구현

릴레이: 릴레이는 릴레이 체인 또는 릴레이 노드를 통해 서로 다른 블록체인 간에 정보를 전달하는 브리징 메커니즘입니다. 서로 다른 블록체인 간에 정보를 전달합니다. 릴레이는 소스 체인에서 이벤트를 모니터링하고 처리를 위해 대상 체인에 제출하는 역할을 담당합니다. 예: 폴카닷의 릴레이 체인은 서로 다른 파라체인을 연결하여 크로스체인 통신과 공유 보안을 가능하게 합니다.

아토믹 스왑: 해시 시간 잠금 콘트랙트(HTLC)를 사용해 체인 간에 자산 교환이 동기화되도록 하는 탈신뢰 크로스 체인 트랜잭션입니다. 예: 비트코인과 이더리움 간의 아토믹 스왑은 두 체인 간의 토큰 교환을 보장하기 위해 HTLC를 통해 구현할 수 있습니다.

사이드체인: 사이드체인은 메인체인(메인 네트워크)과 병렬로 실행되는 독립적인 블록체인으로, 양방향 페그 메커니즘을 통해 자산을 전송하고 메인체인과 데이터를 주고받는 역할을 합니다. 예: 리퀴드 네트워크는 비트코인의 사이드체인 역할을 하며, 더 빠른 거래와 더 높은 프라이버시를 가능하게 합니다.

크로스체인 브리지: 크로스체인 브리지는 브리징 컨트랙트 또는 릴레이를 통해 서로 다른 블록체인 간에 자산과 정보를 전송하기 위한 특수 프로토콜 또는 플랫폼입니다. 예: 체인브릿지와 렌브릿지는 서로 다른 블록체인 간에 자산을 교차 전송할 수 있는 브리징 툴입니다.

탈중앙화 릴레이어: 탈중앙화 릴레이어 네트워크는 탈중앙화된 노드 네트워크를 통해 크로스 체인 트랜잭션을 검증하고 전달하는 신뢰가 필요 없는 크로스 체인 솔루션입니다. 예: 코스모스의 IBC(블록체인 간 통신) 프로토콜은 탈중앙화된 리피터를 통해 크로스 체인 통신을 가능하게 합니다.

구체적인 예시

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  Polkadot< /strong>: 폴카닷의 릴레이 및 병렬 체인 아키텍처는 효율적인 크로스 체인 커뮤니케이션을 가능하게 합니다. 릴레이 체인은 병렬 체인 간의 크로스 체인 트랜잭션을 관리하고 검증하여 크로스 체인 운영의 보안과 일관성을 보장합니다.

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  코스모스: 코스모스는 표준화된 프로토콜을 통해 독립적인 블록체인이 서로 상호 운용할 수 있는 IBC 프로토콜을 통해 크로스 체인 통신을 지원하여 노드가 안전하게 메시지와 자산을 전달할 수 있게 합니다. 안전하게 전달할 수 있습니다.

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  DappLink 크로스체인 상호운용성: 자산, 데이터의 크로스체인 상호운용성을 위한 zkp 기반 프로토콜

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  DappLink 크로스체인 상호운용성: 자산, 데이터의 체인 간 상호운용성을 위한 zkp 기반 프로토콜

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  Chainlink: 체인링크는 탈중앙화 네트워크를 통해 온체인 및 오프체인 데이터를 안전하게 전송할 수 있는 크로스체인 데이터 및 자산 상호운용성 솔루션을 제공합니다.

크로스체인 커뮤니케이션의 도전과제

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  < strong>보안: 크로스체인 통신은 이중 플라워 공격, 리플레이 공격, 중간자 공격을 비롯한 다양한 보안 문제를 해결해야 합니다. 강력한 인증 메커니즘과 암호화 프로토콜을 설계해야 합니다.

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  성능 및 확장성: 크로스체인 작업은 지연 시간과 복잡성을 증가시킬 수 있으며 대규모 애플리케이션을 지원하기 위해 최적화된 성능과 확장성을 필요로 합니다.

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  표준화 및 상호운용성: 블록체인마다 프로토콜과 데이터 구조가 다르므로 상호운용성을 위해 표준화된 프로토콜과 공통 프레임워크가 필요합니다.

IV. 주류 레이어2 프로젝트 분석

이더리움 생태

이더리움을 위한 주류 레이어2 솔루션에는 옵티미스틱 롤업과 zk-. 롤업이 있으며, 두 솔루션은 탈중앙화와 보안을 유지하면서 이더넷 네트워크에서 처리량을 늘리고 트랜잭션 비용을 줄이도록 설계되었습니다.

옵티미스틱 롤업

옵티미스틱 롤업은 커밋 체인과 실행 체인에 기반한 레이어 2 확장입니다. 실행 체인. 대량의 트랜잭션 데이터를 체인 외부의 실행 체인에 저장하고, 주기적으로 실행 결과를 체인 상의 커밋 체인에 제출합니다. 옵티미스틱 롤업은 오프체인 연산과 온체인 분쟁 해결을 통해 이더리움의 탈중앙화 특성을 유지하면서 고성능 스마트 콘트랙트 실행을 가능하게 합니다.

옵티미스틱 롤업 주요 프로젝트

• Arbitrum

• 낙관주의

• 낙관주의

• Layer2

구형 OVM 코드 아키텍처

ZK-Rollups

ZK-Rollups는 영지식 증명에 기반한 Layer2 확장입니다. 대량의 트랜잭션 데이터를 증명으로 압축하고 다이제스트를 체인에 게시하여 높은 처리량과 낮은 비용의 트랜잭션을 가능하게 합니다. zk-Rollups는 개인정보 보호와 트랜잭션 검증 효율성을 높이지만 구현과 배포에 상대적으로 높은 기술 장벽을 가지고 있습니다.

1. ZK-Rollups  주류 프로젝트

• PolygonZkEVM

• 스크롤

• Starknet

• ZksyncEra

• Linea

• 폴리곤 CDK, 스크롤, ZkSyncEra 등 수정

비트코인 생태계(사이드체인)

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  스택(이전의 블록스택)은 블록체인 기술을 통해 사용자가 자신의 데이터와 개인정보를 더 잘 제어할 수 있도록 설계된 탈중앙화 앱(dApp) 및 디지털 자산을 구축하기 위한 플랫폼입니다. 보호닷스택은 개발자가 안전한 비공개 탈중앙화 앱을 구축하고 사용자가 자신의 데이터를 소유하고 제어할 수 있도록 비트코인 블록체인을 기반으로 하는 스마트 컨트랙트 플랫폼을 제공합니다.

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  Nervos: 현재 스마트 컨트랙트를 실행할 수 없는 RGB++ 프로토콜을 기반으로 크로스체인 상호운용성을 처리하는 레이어2 네트워크로, 향후 Nervos의 가장 큰 개발 과제입니다.