简明理解区块链扩容格局：主流扩容方案有何优缺点？

互联网阅读 794 2022-03-24 09:40:00

Rollup 将是未来最常见的扩展方法。

原文标题：《全面易懂的分析现有 L2 环境》

撰文：Daolectic Research

翻译：去中心化金融社区

区块链领域中最具争议的话题之一无疑是可扩展性。

更具体地说，扩展以太坊已经被证明是一个具有挑战性但必要的操作；随着其日益流行，要求将交易包含在区块中的请求增加，从而导致交易成本增加。以太坊主网以每秒处理约 15 笔交易，所以似乎有必要提高吞吐量。

为了减轻以太坊节点的负担，出现了许多限制主网所需处理或存储量的解决方案，每个解决方案都有自己的优点和缺点。

为了提高以太坊网络在其实际单链配置中的速度，现在正在使用多种可替代的扩展策略；它们都旨在从以太坊主区块链上卸载交易处理以提高可扩展性，但它们确实这以各种不同的方式。

值得注意的是，这些扩展技术并不仅限于以太坊，也可能用于其他网络。

今天这篇文章的目的是介绍区块链生态系统中主要的扩展可能性。

实际上，现有技术有各种共识算法和新的实现，比如分片方法，它们直接在基础层解决可扩展性问题。

正如在之前的报告中所预期和解释的，分片链仅占当前区块链的一小部分，这些区块链在最近几个月引起了人们的极大兴趣，包括在 Harmony One 上的 DeFi Kingdoms 和 Aurora (Near Protocol 的 EVM 兼容链) 的引入。这些生态系统发展的主要驱动力是部署在其中的应用程序，其更快的速度和更便宜的 gas 费用会给用户带来更好的体验。

在分片链家族中，有可能找到以太坊 2.0。

此外，还有构建在 Rollup 之类的侧链和解决方案；这种技术继承了来自主层的所有安全性和共识协议，使它们比大多数其他扩展技术具有更大的优势。在这方面，这些解决方案可以被归类为「非托管」侧链。

从本质上讲，Rollup 收集大量的交易，在链下计算它们，然后将它们作为单个链上交易进行广播。

目前在以太坊主网上活跃的 Rollup 分为两种类型：

ZK-Rollup (其中 Zk 代表零知识)，由有效性证明支持
Optimistic，通过欺诈证明实现

在深入这个领域之前，有必要提一下什么是「零知识」证明。

零知识证明

从它的纯定义开始，零知识证明 (Zero Knowledge Proof, ZKP) 是一组工具，可以在不揭示潜在假设的情况下验证信息。

「零知识」的表达源于没有提供任何 (「零」) 关于特定事实的信息的想法：这是由一组加密技术实现的，该技术使「证明者」能够在不披露任何数据的情况下，以数学方式向「验证者」表明一个计算断言是有效的。

ZKP 已经被引入到区块链域以改进其功能。零知识证明可以分为交互式和非交互式两种类型。

交互式 ZKP 要求证明者进行一系列的活动或行动，以说服验证者他们拥有某些知识。交互式 ZKP 中所需的大部分活动都包含了数学概率思想。

非交互式 zkp 不需要证明者和验证者之间的交互，否则验证可能会在之后发生。在这种情况下，这类 ZKP 需要额外的计算机或软件。

所有的零知识证明 (交互或非交互) 必须满足三个先决条件:

完整性：如果一个陈述为真，验证者可以验证证明者持有所有必要的输入。
有效性：断言不能被反驳，验证者不能被说服证明者有必要的输入。
零知识：验证者除了断言是真还是假之外没有其他信息。其他各方的信息和个人数据保持匿名。

ZK-Rollup

零知识 Rollups 将所有交易数据提交到主链，它们使用所谓的 Zk-Snark 验证交易。

该加密工具由 Vitalik Buterin 于 2018 年推出。

缩写 SNARK 代表 s uccinct, n on-interactive argument of Knowledge：

简洁意味着证明比基础数据更短。
知识论证表明，如果没有适当的「证人」或证据来证明他们所证明的东西是真实的，一个证明者就不能构建被验证的证明。

一旦这些验证证明完成并发布到主链，其中包含的所有交易都被声明为 final。L2 节点构造这些证明所需的处理能力非常高，因为它们使用加密活动。

ZK-Rollup 通过中继者 (也称为操作者或验证者) 合并交易，然后由中继者生成零知识证明来证明交易的真实性。在此之后，在主层上提交并发布证明。

Optimistic Rollup

Optimistic Rollups 的基本假设是，所有已处理的交易都是有效的。事实上，这个名字来源于节点对链的乐观状态。

每当发现交易无效时，节点可以通过提供欺诈证明来质疑发现错误交易的整批交易：支持乐观的底层系统将在主链上重新运行一批交易 Rollups（乐观虚拟机，OVM）。

总的来说，OVM 允许 L2 上的交易完成，即使它们已被 L1 拒绝为无效；如果交易被认为无效，L2 链会重置到欺诈交易被发现之前的状态。由于欺诈性交易，所有后续交易都变得无用。

由于这种乐观的方法是建立在提交的交易总是真实的前提下，直到被证明是不同的，所以它被认为有点「基于信任」。

如果在生态系统中为玩家提供了适当的激励，那么这个假设就会变得现实。然而，为了防止出现最坏的情况，也有必要采取额外的预防措施。例如，当将资金从 L2 转移到 L1 时，Optimism 有 7 天的持有时间，以便为验证者提供足够的时间来发现和标记任何欺诈性交易。

Optimism 和 Arbitrum 是在以太坊上实现的两个最新的 Optimistic Rollups，它们是同类中最重要的。这些解决方案在以太坊社区中得到了大量关注和报道。

Validium

以类似于 ZK-Rollup 的方式运行，不同之处在于数据保存在链下。因为交易数据不是发布在区块链上的，所以有必要采用额外的信任假设，因为用户必须信任运营者，以便在需要时可以访问数据。

Validium 的链下数据存储有很多好处，包括更快的交易速度和保障了客户隐私，因为交易是不允许公众访问的。

然而，由于数据是在链下保存的，因此用户将无法轻松显示他们在智能合约中的可用金额。

因此，为了筹集资金，他们必须从中继者那里获得数据，并且必须对中继者的可用性做出假设。

为了解决这个问题，，StarkWare 等解决方案提供了一个数据可用性委员会 (DAC)，使它存储所有链下数据并在紧急情况下可以公开访问，从而使用户能够减少对这些中继者的依赖。因为它们仍然是使用零知识证明，不存在传播错误状态的危险；相反，用户此时必须相信的只是信息的及时性。

Validium 解决方案是最近才出现的，因为它们建立在 ZK-Rollup 所奠定的基础上，如果扩展解决方案的有效性证明套件越来越流行，它们可能会获得动力。

Validium 的项目包括 DeversiFi、ZKSwap (支付和交易平台)、Sorare (足球 NFT 游戏) 和 Immutable X (NFT 市场)。

Plasma

在 Plasma 家族中，你可以找到几个基本复制以太坊的区块链，它们通过信任最小化的桥架构连接到以太坊。每个 Plasma 链都可以采用自己的交易验证流程，但以太坊区块链仍然是真理的最终权威。

Plasma 用户不需要对运营者抱有信心，而且总是有机会收回他们的现金，即使是在运营者不诚实或进行阻碍的情况下。虽然 Plasma 的发布在以太坊社区引起了极大的兴趣，但它也带来了一些挑战：新数据可用性的混合网络攻击，要求用户监控交易来检测恶意行为，以及对如果大量用户试图同时退出 Plasma 链，主链上的数据容量会减缓基于 Plasma 的系统的采用。

此外，许多 Plasma 设计一直受到一系列用户体验和安全问题的困扰，它们并不能促进智能合约的开发。例如，OMG 和 Polygon 现在已经放弃了 Plasma，这让一些人认为它已经死了。

比较

到目前为止，由于其允许开发者将他们的以太坊应用「复制和粘贴」到 L2 平台上的特性，Optimistic Rollups 得到了最大的关注和接受。

领先的以太坊主网应用，如 Uniswap 和 Synthetix，已经开始使用基于概率 Rollups 解决方案的 Optimistic Rollups 解决方案部署他们的应用。类似地，ZK-Rollup 和 Validium 解决方案虽然目前对通用智能合约提供的支持非常有限，但仍在积极实施中。

ZK-Rollup 相对于 Optimistic Rollup 的一个主要优势是没有退出时间。中继者将无法欺骗系统，因为使用零知识证明来建立交易的真实性。

一般而言，这些举措的发展高度依赖于他们可以提供什么。零知识证明 EVM 兼容性的未来有望很好地促进基于有效性证明的 L2 解决方案组合的增长。

随着 Matter Labs 和 StarkWare 率先通过选择数据可用性来使用这些证明的可访问性，它们可能会超过 Optimistic Rollup。零知识证明所提供的安全性，以及中继者发布恶意活动的难度，使得 L2 系统使用它们的能力的未来看起来更加光明。

截至今天，整个 L2 领域的锁定总价值约为 60 亿美元。

从下面的图表中可以看出，我们已经从门户网站 L2Beat 获得了更新的数据，其中突出显示了 Optimistic Rollups 如何保持市场领先地位，占总市场价值的 70%，其中 Arbitrum 以 31 亿美元排名第一。采用 ZK-Rollup 的 L2 应用程序 dYdX 以 9.95 亿美元的价值位居第二。到目前为止，Validium 提供了一个较低的 TVL，随着 IMX 和 Sorare 的出现，这看起来很有希望。