梳理 Rollup、分片与 Plasma 等以太坊扩容方案的演进与采用现状。

原文标题:《以太坊扩容分析》
撰文:孙琪璇 Simon

一直以来,以太坊公有链的核心限制是每一笔交易都要由网络中的每一个节点进行处理,在以太坊区块链上进行的每一项操作(付款,新的 ECR20 合约部署、创建 NFT 等)都必须由网络中的每一个节点并行处理,这也就意味着以太坊整个网络的吞吐量(tps)不能高于以太坊单个节点的吞吐量。以太坊可以选择提高节点的区块工作量来实现扩容,但这是以去中心化为代价的,因为节点做的工作多了,意味着算力小的计算机(就像消费者设备)可能会退出网络,挖矿在算力大的节点上就变得更加中心化。在 2017 年的时候以太坊就因为 ICO 热潮就已经导致以太坊开始变的拥堵,主链每秒所能处理的交易量只有 15 笔(tps),从那时起,陆续有开发团队提出相应的解决方案,只是随后而至的熊市降低了人们的交易热情,这类方案也就淡出了投资者的视野。

直到今年 5 月份,随着流动性挖矿及 Uniswap 的火爆,用户发现交易的 gas price 成本一路飙升到 500Gwei (约两三百人民币),需要漫长的交易确认时间,未确定交易数达 14 万余笔,以太坊转账变的极其拥堵和昂贵,这严重阻碍了以太坊生态的发展以及用户的增长,因此扩容问题再次吸引着开发者、项目方和投资人的关注,虽然现在随着 defi 的热度降低,gas price 回调到了 20 至 40Gwei 之间,但未来随着越来越多的项目在以太坊的基础上构建,或者已有大型用户体量的互联网公司产品采用以太坊,那么势必需要解决扩容这个挑战。例如拥有超过 4.3 亿用户规模的 Reddit 论坛计划将 Reddit 积分(ERC20 代币)带入以太坊主网,该计划最终被 22 个以太坊扩容技术开发团队提交了解决方案。

纵观过去,以太坊扩容的研究演进之路已经成为现实中许多工程项目的研究案例。然而理想很丰满,现实很骨感,很多具有前瞻性的想法和技术,直到真正实践的时候,工程师才会意识到可行的方案中充满着权衡及折中的考虑。本文将梳理分析一下现今已有的各扩容方案的演进情况、进展和采用该方案的代表项目现状,以及未来可能的方向。

一览以太坊 2020 主要扩容方案及代表项目Gas price 历史记录

扩容方案分类

在以太坊主网上,所有的计算过程和数据存储都在主链进行,每个节点都需要处理所有交易,交易数据存在区块中,全节点执行所有计算过程,开发者已经提出了很多在解决协议层吞吐量问题的方案,这些解决方案基本可以分为两类:一类是将所有计算委托给一小组强大的节点来完成,可以根据 layer2 如何解决这两个扩展相关的瓶颈问题(计算 & 数据存储)来对各种扩容方案分类。另一类是让网络中的每个节点都只需处理所有工作中的一部分,也就是 layer1 层的扩容方案。如下面两张图所示,目前主要有六种扩容计算方案,它们分别是分片、侧链、状态通道、Plasma、Rollup、Validium,其中我们把 ZK Rollup 和 Optimistic Rollup 统称为 Rollup 技术扩容方案

一览以太坊 2020 主要扩容方案及代表项目

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扩容方案详情

分片 (sharding) 方案

分片属于 layer1 扩容,是指区块链不同的节点子集处理区块链的不同部分,通过分割数据以减少区块链节点必须存储和处理的数量。內部运行很多条链,并将一条链称为一个「片区」。每个片区都会拥有独立的一组验证者,即通过 PoS 机制来验证交易和生成区块的网络参与者。通过随机性来选择每一个分片的验证者,而为了实现随机性和验证者分配的计算,所有现有的设计都包含了一条信标链,负责执行维护整个网络所需的操作:除了生成随机数和将验证者分配到各个片区,还包括接收分片的信息更新(并创建快照)、处理权益证明(PoS)系统中验证者质押的押金及其罚没,并(在支持该功能之后)不断重划片区(rebalancing shards)。同时,整个网络的处理能力受到信标链节点的计算能力限制,因此分片的数量自然是有上限的。但分片网络结构的节点性能提升会产生倍乘效应,比如所有节点(包括信标链中的节点)处理交易的速度都变成 4 倍,那每个分片能够处理的交易量将是之前的 4 倍,且信标链能够维持的分片数量也将是之前的 4 倍,整个系统的吞吐量将变成 4x4=16 倍。分片模式一般有交易分片和状态分片(State Sharding)两种,交易分片只是对交易进行分片分配,而状态分片是对存储、交易处理和网络都进行了分片分配,而需要跨片区交易时,则通过同步或异步两种方式之一去实现。分片方案的恶意分叉问题容易解决,但解决无效区块问题非常棘手,因为解决数据有效性方面的两个解决方向渔夫和密码学技术证明还是存在缺陷,数据可用性也是。

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代表项目 Harmony

Harmony 于去年 6 月份上线主网,是一个快速安全的区块链,核心创新在于状态分片,快速共识算法以及高效 P2P 网络。Harmony 的分片技术结合了全新的 EPoS 抵押机制以及基于 VDF 的随机数算法,兼顾去中心化和安全性。同时,Harmony 的网络层优化实现了最佳的跨分片路由以及快速区块传播。在主网初具雏形之后,Harmony 将游戏和去中心化金融作为未来重点应用领域。目前主网有 159 个节点参与竞选,其中 82 个大众节点被选中,能够实现 5 秒即时确认性,有四个分片实施;同时,团队正在开发连接 Bitcoin、Ethereum 和 Binance chains 的零信任桥。目前代币 one 流通市值大约 3830 万美金,流通量 57%。

其他分片方案项目:Zilliqa 是第一个把分⽚做出来的公链,但它仅仅只能对交易进行分片,已经过时了。NEAR Protocol 使用了独家研发的分片技术——「夜影」(Nightshade),可以将网络分割成多个分片,平行计算并运行,由此带来的结果是网络的吞吐能力迅速上升。而随着用量和节点的增加,网络的可拓展性也会随之不断提升。因此从理论的角度上看,NEAR 的拓展能力是没有上限的。

侧链方案

侧链协议本质上是一种跨区块链解决方案。通过这种解决方案,可以实现数字资产从第一个区块链到第二个区块链的转移,又可以在稍后的时间点从第二个区块链安全返回到第一个区块链。其中第一个区块链通常被称为主区块链或者主链,每二个区块链则被称为侧链。侧链是独立的网络,通常具有唯一的共识层,通过双向挂钩连接到一个基础层协议。由于没有第一层设计的负担,侧链可以支持超出其基础层能力的某些特性,包括但不限于可扩展性和互操作性,同时不依赖于第一层的存储。尽管有这些所谓的好处,但这些分支网络需要参与者之间更多的信任和协作。它的缺点是安全性问题,因为无法获得主链的安全性。

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代表项目 xDai Stable

xDai 是以太坊侧链,运用 POA Network 突出的跨链桥接技术 (Token Bridge Technology),桥接 Dai 稳定币作为通证,具有「可扩展、使用方便」的优点,由原 POA 团队负责开发。

xDai 应用为日常用户提供快速交易的平台,且只收取极低的费用。由于 xDai 与以太坊兼容,因此数据和资产可以无缝传输到以太坊主网,提供后端安全和无限扩展的机会。通过「稳定、高速、安全和可扩展」这些良好性能之间的协同作用,xDai 为 P2P 支付、个人支付、订阅服务和区块链银行业务的实现提供了可能。xDai 的出现在很大程度上催化了人们使用稳定币的进程;在支付费用保持稳定的条件下,用户可以快速且方便地使用稳定币。用户在进行支付行为时,只需要消耗一种代币,而不需要像过去一样使用以太坊作为燃料费用,转账费低廉且转账速度远远高于以太坊。目前代币 stake 流通市值大约 4234 万美金,流通量 35.3%。

其他侧链方案项目:SKALE Network 是一个高吞吐量、低延迟、可配置的拜占庭容错弹性区块链网络,该网络最初的应用场景会作为太坊区块链的侧链,它可被称为弹性侧链网络,今年 6 月份上线了主网。

状态通道(State Channel)方案

状态通道技术,受启发于比特币的闪电网络。状态通道是固定一组参与者(通常是两名参与者)之间的协议,用以实现安全的链下交易,其中支付通道专门用来支付。支付通道协议具体情况是两名参与者各自通过链上交易在链上锁定保证金,一旦锁定完成,参与者双方即可互相发送形式为轮次、金额、签名的状态更新来实现转账,无需与主链进行交互,只要双方的余额都还为正值即可。一旦参与者中有一方想要停止使用支付通道,可以执行「退出」操作:将最后的状态更新提交至主链,结算下来的余额会退给发起支付通道的两方。主链可以通过核实签名和最后结余来验证状态更新的有效性,从而防止参与者使用无效状态来退出支付通道。状态通道带来的优点是交互延迟在毫秒级别,是唯一能够逼近当今互联网用户体验的区块链扩容技术;交易手续费极低,从根本上比所有其他 layer2 技术的交易手续费低;水平扩展性强,加节点就能增加总系统容量,TPS 无上限,且互相之间不隔离,不需要有跨分片或者跨链之类的复杂操作。但它的「退出」模式存在一个问题,即主链无法验证支付通道是否提交了全部交易,也就是说,在提交了状态更新之后是否不再出现新的状态更新。此外,状态通道的另一个缺点是只能在两个参与者之间开设。

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代表项目 Celer Network

Celer Network 是第一个致力于以状态通道技术为基石构建匹配互联网规模的区块链应用入口平台,让所有人都能够在该平台上便捷快速地开发、运行与使用高性能的分布式区块链应用。它并不是一个独立的区块链,而是一个可以广泛运行在现有和未来区块链之上的网络系统。Celer 以其在链下扩容技术和加密经济学上的创新为区块链平台提供了前所未有的高性能和灵活性。Celer 是去年三月份的币安 launchpad 项目(现流通市值 1650 万美金,流通量 40%),随后主网于去年 7 月上线,并推出 CelerX 钱包和五子棋游戏,并和多个游戏公司达成合作,重点选择现金竞技游戏赛道。同时,近期上线了状态守卫者网络(SGN)、流动性锁定证明和支持性拍卖,保护整个网络安全,以及联合以太坊社区的其他状态通道项目共同提出一套标准规范。Celer 把一些 layer1 层的公链也已对接好了,比如比如以太,波卡,Near,Conflux 等。未来致力于推动最新开发的 hybrid-Rollup 方案再次对接 layer 1 层公链,该方案也就是把 Optimistic Rollup 和 SGN 混合起来去实现,该方案存在一个「如何帮助轻节点监控交易的有效性」的问题。目前代币 celr 流通市值大约 1628 万美金,流通量 39%。

其他状态通道项目:Raiden 主网于今年 5 月 27 日上线,进展一直很慢;Liquidity 实际采用率极低,团队没有太多更新和进展,社区也没什么关注度。同时他们的代币 rdn 和 lqd 均被一些交易所整体下架或者取消某个交易对。Connext (未发币)开发一直较为活跃,由于无法在 Layer2 支持智能合约以及提供清晰的全局账本,转而开发了 Spacefold,为支持 EVM 的 Layer 2 侧链间 ERC20 转账提供解决方案。

Plasma 方案

Plasma 由 Vitalik Buterin 和 Joseph Poon(闪电网络创始人) 在 2017 年共同提出,Plasma 是一种链下交易的技术,从一个新的方向实现了状态通道,它允许创建附加在以太坊主链上的子链,这些子链反过来可以产生他们自己的子链,他们的子链也可以产生他们子链。其结果就是,我们可以在子链级别执行许多复杂的操作,运行拥有数千名用户的整个应用程序,并且只需与以太坊主链进行尽可能少的交互;子链可以更快地操作,且交易费用更低,因为它的操作不需要在整个以太坊区块链存留副本。区别于状态通道,Plasma 中能够运行智能合约,如果说状态通道是对交易吞吐量的扩容,那么它是对计算能力的扩容。Plasma 是将计算和数据存储都迁移到 layer2 进行,由 layer2 的执行者周期性地向主链递交 Merkle 根形式的「状态承诺」。如果执行者递交无效的状态,用户可以向主链上的智能合约提供错误性证明(fraud proof);一旦确认执行者出现欺诈行为,则智能合约会罚没他的保证金。虽然说我们可以通过错误性证明,使得提供无效承诺的执行者在主链上遭到惩罚;但如果 Plasma 的执行者拒绝在主链上公开数据,那么用户则无法取得构造出错误承诺的错误数据,就无法提供错误性证明,所以 Plasma 面临的最大问题是交易数据可用性。针对这个问题,Plasma 衍生出一些相应的方案,如延长资产从 layer2 退出的时间:当出现作恶行为,就能允许大量资产从 Plasma 链退出。但经过这些年的摸索,可行的方案还没有真正实现。

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代表项目 OMG Network

OMG Network 以 OmiseGO 的品牌名称创立于 2017 年,基于以太坊的 plasma 扩容技术方案,用于主流数字钱包,可跨国家司法管辖区和组织机构使用法定货币或加密数字货币进行实时、点对点的价值交易和支付服务;它搭建了一个具备去中心化交易、流动性提供机制、清算信息网络和资产支持的区块链网关,也就是一个去中心化交易和支付平台。白皮书是由 Joseph Poon 撰写,Vitalik Buterin 任顾问,而其母公司 Omise 成立于 2013 年,是东南亚一家知名金融科技公司。OMG 去年 11 月和 Maker DAO 合作,为 Dai 提供 larye2 扩展方案,并于今年 6 月份推出其主网 bata 版本,允许每秒最多处理 4000 笔交易(TPS),交易费用可低至几美分,验证时间只需几秒钟,之后 Tether 正式在 OMG 上发行 USDT。目前代币 OMG 流通市值大约 3.41 亿美金,流通量 100%。

其他 Plasma 项目:第一个 Palsma 的产品级实现是 Loom Network 在 2018 年使用 Plasma Cash 做出来的,但之后联合创始人兼首席执行官 Matthew Campbell 已于去年 12 月离职,关注点由区块链游戏转向了企业,7 个重要的节点服务商已停止提供 Loom 网络的验证人服务。Matic 是建立在以太坊之上的 POS+Plasma 混合侧链,由 Plasma 担保的 Layer2 交易,主网于 2020 年 5 月份上线,目前致力于支持游戏、NFT、Defi 这些方向的应用。

Rollup 方案

Rollup 方案可以被认为一种压缩技术,多笔交易可以压缩在一起(几千笔交易可以被打包到一个 Rollup 区块中),既能减少交易数据规模,又能降低交易验证负担,因此使得以太坊区块链能处理更多交易,tps 可达到 3000 左右。它是将所有 layer2 上的交易数据,也就是 Rollup 区块的快照发送到主链上某个智能合约内,用主链上的单个合约来保管所有的资金,而 Rollup 则通过在主链上为每一笔交易公开一些数据,让任何人都能通过观察区块链上的 calldata (交易输入数据)来获得 layer2 的所有数据。Rollup 区块的状态是由用户以及链下运营者来维护的,因此不会占用主链的存储空间。所有交易的收据都存储在以太坊区块链上,这就提升了 Layer2 交易的安全性。目前主要分为 ZK Rollup 和 Optimistic Rollup 两种 Rollup 技术分类。

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ZK Rollup

ZK Rollup 是靠着在主链完成零知识证明,链上无需包含签名数据,因为零知识证明就足以证明交易的有效与否,交易有效性就立刻确认,保证无效的状态绝不会发生,也即数据可用性放在链上,所以 ZK Rollups 对数据存储方面也带来了一定程度上的扩展性提升。但由于零知识证明生成的复杂性,目前适合简单的转账。它的缺点是验证链路的构造没有一个通用的解决方案,所以目前没有很好的办法做到很广义的虚拟机逻辑,简单来说,zk-Rollup 必须对每一个用例定制;程序正确性的验证相对复杂,要对多项式 curcuit 做验证;二层打包节点负担重,成本高,计算零知识证明所需时间长,用户延迟的体验角度仍然比较差。

代表项目 Loopring

路印协议 3.0 的核心设计目标包括两个:高安全性和高性能。协议设计的很多方面,都是围绕着在各种可能的情况下,为用户提现自己充值的资产提供各种保障。这种保障允许用户在极端情况下,仅提供默克尔证明,不依靠于交易所的任何动作,就可以将资产全部取出。而默克尔证明,则可以通过区块链上的数据可用性计算得到。为了提高吞吐量,并降低清结算成本,将几乎全部的计算都迁移到区块链外完成。这种计算会更新中继维护的一棵四叉默克尔树,用以保存每个用户每个币种的余额,以及每个订单的成交历史。中继批量处理几十到几万个充值提现和交易清结算等请求,并将批量更新后的树根上链。为了保障中继的计算更新方式严格遵循协议的规则,中继必须在一定时间内提供批量处理相关的零知识证明。即将发布的 3.6 版本变成成一个基于订单簿的去中心化交易所的 AMM 协议,将实现 Layer2 账户之间的转账,只需要一秒就能到账;Layer2 账户转到 Layer1 账户,只需要十几秒就能到账。目前代币 lrc 流通市值大约 1.88 亿美金,流通量 100%。

其他 ZK Rollup 项目:zkSync 是 Matter Labs 基于 ZK Rollup 技术开发的免信任型可扩展性和隐私性解决方案,主网于今年 6 月份上线了,旨在将以太坊上的吞吐量提高到像 VISA 那样每秒可达几千笔交易,同时又能确保资金像存储在底层账户那样安全,并维持较高水平的抗审查性。该协议的另一个重要方面是延迟性极低:ZK Sync 上的交易具有即时经济确定性。另一个,Aztec 的目标是在以太坊基础上建立一个 UTXO 层、使用零知识证明来提升交易的隐私性。这个项目使用一个公开的、大规模的多方计算(MPC)仪式来完成可信任初始化工作(trusted setup),并且开发了 zk.money 来让社区尝试他们的产品,并将隐私增强型技术和 zk Rollup 技术栈结合在一起,打造 ZK² Rollup。

Optimistic Rollup

Optimistic Rollup 的理念是由 John Adler 首先构想出来的,它保留了 calldata,可以主链获得所有 layer2 的数据,但那些刷新 Layer-2 状态的交易不会在链上被验证,只让主链存储一系列的历史状态根,添加了一个新的状态的一段时间(例如 1 周)后才将新状态最终敲定,也就是数据可用性放在链下。采用错误性证明(跟 Plasma 方案一样),对提交无效状态的执行者进行惩罚。其链下 OVM 虚拟机可以支持任意智能合约逻辑的实现,与以太坊 EVM 虚拟机搭配使用,开发者就可以用 Solidity 来写码,实现 dapp 和智能合约之间的无缝互操作性。它的缺点是安全问题,只有使用 1~2 周的错误性证明挑战期才足够安全。在挑战期过去以前,没有交易能被认为是确定的。

代表项目 IDEX

IDEX 是一个基于以太坊的分散式智能合约交易平台,提供实时交易,即时订单放置和处理,免费取消订单,实时订单簿更新等服务。IDEX 由一个智能合约,一个交易引擎和一个交易处理仲裁器组成,所有交易必须由用户的私钥授权。于今年 10 月 20 日发布了 2.0 版本,其 Rollup 链支持登记订单式去中心化交易功能,并且围绕此特定用例构建而成。

该链负责执行订单,维护用户余额,允许设置发生其他功能,例如更高级的订单类型,自动交易引擎等。Optimistic Rollup 的验证者必须有 IDEX 通证。验证者提交收据证明已发布的区块,并根据他们在有效区块上的签名和有效欺诈证明的签发而受到奖励或惩罚(如果他们选择接受全部的风险验证)。在协议中,区块生产者仅上传区块的 Merkle 根作为初始投入,仅在质疑时将区块内容发布到呼叫数据中。由于无法在链上保证 Rollup 区块数据的可用性,因此,这并不完全符合上述 Optimistic Rollup 的定义,实际上,他们将其称为优化 Optimized Optimistic Rollup。一旦发布呼叫数据后,就可以通过一两个附加步骤来证明欺诈行为。目前代币 idex 流通市值大约 3019 万美金,流通量 53.7%。

其他 Optimistic Rollup 项目:Optimism 是由 Plasma Group 的前研究人员在 2019 年成立的一家新盈利性公司,专注于实施以太坊扩容解决方案 Optimistic Rollup,9 月份推出其测试网,Synthetix、Uniswap、Chainlink 成为他们的早期测试者,Synthetix 用来大幅提升预言机报价频率,以此解决在一层网络会遇到的交易暂时停滞问题。

Validium 方案

Validium 是由零知识证明研发机构 StarkWare 主导开发的,选择将 layer2 的交易数据放在链下,因而比 rollup 方案有着更高的扩展性。验证计算方面,Validium 不像 Plasma 依托诈欺证明,而是采用零知识证明。如先前在讨论 zkRollup 时提到的,这样做会导致 Validium 在目前的应用部署,只能局限于特定目的(普适性低),比如 StarkEx 就是面向去中心化交易所的方案,但这些权衡使得 Validium 在某些方面优于 Plasma。在主网进行零知识证明验证能避免执行者提供无效状态,也能降低执行者不公开数据造成的后果。举例来说,想要勾结执行者,让状态错误地转变为「把他人的钱转到自己账户」是不可能办到的;因此 Validium 不需要在协议中设计「大量资金退出」激励博弈,也不需要延长资金从 layer2 退出的时间。由于交易数据放在链下,因此以太坊主网无法恢复它的 Merkle tree (默克尔树),所以它的并不具备以太坊主网的安全性。比如数据扣留攻击问题,(恶意)执行者修改自己所控制的账户的状态是没有问题的,然后积压关于这些交易的数据,这会导致某些用户想退出资金时,无法创建默克尔证明来证明他们对账户的所有权。

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代表项目 DeversiFi

DeversiFi 是基于以太坊智能合约的去中心化交易所,由 StarkEx 交易引擎支持的新版本交易所,为符合 ERC20 标准的代币提供交易服务。DeversiFi 带来了以客户为中心且流动性高的数字资产交易平台这一愿景。它将为开发者、交易商和爱好者提供一个混合社区和信息中心,旨在促进以太坊生态系统的讨论、开发和交易。DeversiFi 团队总部设在伦敦,最初名为 Ethfinex,2017 年由 Bitfinex 孵化。它在 2019 年 8 月推出并更名。DeversiFi 是非托管的,允许用户保持对其资金的控制。

据此前报道,6 月 3 日,DeversiFi 去中心化交易所重新推出 DeversiFi 2.0 版本,整合了 Validium 技术,每秒交易处理量可达 9000 +。为了解决 Validium 的数据扣留问题,避免冻结 layer2 上的账户,StarkEx 系统中引入了数据可用性委员会,8 位委员负责对数据签名,并保证数据始终可用。只要其中有一位委员在线且他是诚实的,用户就一定能获得退出资金需要的数据,但这带来委员签名私钥泄漏风险(这些私钥需要在线、保证能响应,因此保护起来非常困难),攻击者可以将 Validium 转化成只有他们自己知道的状态,从而冻结所有资产,然后对用户进行勒索。还面临着一种可能的失控情况是运营者被要求执行 KYC/AML (了解客户身份信息 / 反洗钱)措施,并且有义务冻结有 1 万美元交易史的账户内的所有资金(可能会永远冻结),之后 StarkEx 进行升级部署新版本后,被冻结的资金会交由指定参与方托管,而被冻结资金的用户根本没法反抗。同时 StarkEx 运营者随时都可以在合约逻辑上部署扩展程序,在不预先警告用户的情况下引入黑名单,成为隐藏的审查后门。目前代币 nec 流通市值大约 2412 万美金,流通量 25.6%。

其他 Validium 项目:去中心化衍生品交易所 dYdX 的永续合约产品在今年年底将集成 StarkEx,优化用户体验。

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扩容技术对比和未来发展

状态通道有一些独特的性质,让它在扩容领域有着独特的地位,它的诸多属性在很多应用中都非常重要。比如游戏、IoT 设备网络、去中心的互联网服务提供商等。Plasma 和状态通道之间,Plasma 中能够运行智能合约,而状态通道则不被允许。分片系统要比 Plasma 链更不易于遭受拒绝服务攻击,分片链提供的防御也更易于普及。但 Plasma 链可以被迭代,新的设计可以更快地被实现,因为每条 Plasma 链都可以在无需与该生态系统中的其他链进行协调的情况下单独地进行部署,而且由单个运营商运行的 Plasma 链还可以提供比分片系统更多的隐私保护;而在分片系统中,所有的数据都是公开的。

相比于 Plasma 和 ZK Rollup,Optimistic Rollup 做了一些权衡,所以带来的扩展性提升幅度最小,但 Optimistic Rollup 不依赖于什么过于前沿的技术或悬而未决的问题,实际推广中 Optimistic Rollup 更好落地。而 ZK Rollup 可以解决 Optimistic Rollup 上的几个根本问题,消除了令人厌恶的尾部风险(通过复杂但可行的攻击方法从 Optimistic Rollup 中盗取资金),将提取资金的时间从 1-2 周缩减到几分钟,支持快速的交易确认和退出,而且体量几无上限,并且默认保护隐私;对于需要提高流动性的项目而言,资本运作效率 ZK Rollup 高于 Optimistic Rollup。而由于 Validium 仅具备链下数据可用性,所以 Validium 比 ZK Rollup 的吞吐量会高得多,适合传统的高频交易;在某些场景下(如 DEX)可以起到保护交易者交易策略的作用,例如 DeversiFi 的客户不想将其交易历史记录在链上,这会将他们的策略暴露给竞争对手,所以 DeversiFi 2.0 版本选择运行在 Validium 上,通过数据可用性委员会(DAC)将数据存放在链下。

随着各种扩容技术方案的迭代发展,项目方也一直在克服各种障碍,例如状态通道项目 Celer 现今也允许链下执行智能合约交易,但需要合约符合一定的接口。各扩容技术也会互补,比如在 Optimistic Rollup 上面可以增加接入状态通道,或者在不同的 Rollup 之间,用状态通道进行跨链互通。Connext 今年 8 月发布的新功能 Spacefold,它就可以整合到 xDai、Optimism、SKALE 等这些 Layer2 解决方案,目前在开发各个 Rollup 之间的状态通道,探索 layer2 之间的可组合性;Celer 与 Matic 之间合作结合,Matic 可以实现用户之间高频和实时的交互,而 Celer 可以显著降低初始化,最终结算和协议故障保护的成本和延迟,从而减少用户体验摩擦。还有 Matter Labs 推出的 zkPorter,尝试通过结合 ZK Rollup 和分片技术来处理数据可用性。StarkWare 最近也提出了一种名为 Volition 的新方案,这是一种链上 / 链下混合数据解决方案,允许用户动态选择他们想要的数据存储位置。

最后 Vitalik 本月在以太坊社区发表了一篇为「探讨以 Rollup 为中心的以太坊发展路线」的文章,基本上是在主张,在 Eth2 的 Phase 1.5 阶段(也就是 Eth1 与 Eth2 的合并阶段)就能实现一个可扩展的权益证明网络,而不用等到 Phase 2 实现。以太坊可以利用分片链作为数据可用性层并使用 Rollup 作为执行环境来实现这一点(因为不用分片作为执行环境,故不用等到 Phase 2 实现),这会使以太坊生态社区更加积极的拥抱 Rollup 扩容方案。

总结

不同的扩容技术有它不同的优缺点,导致适应不同的应用场景,未来不同的扩容技术之间也会是相互合作关系,某一场景下同时使用多种扩容技术。虽然扩容生态已经很丰富了,但这些扩容方案目前也只是被少数项目所使用,原因有两个,一是对大多数开发者们来说,他们希望在不改变原有代码的情况下将应用迁移至 Layer2,因为对代码进行任何改动会涉及到可观的审计及维护费用;二是对用户来说,选择使用以太坊主链,还是 Layer2 应用是一件非常棘手的问题,用户需要明白使用两者的利弊,或者说,Layer2 项目方能直接让用户实现无感地与 Layer2 进行交互,在没有合理的激励措施下,将资产在一层与二层间转移对于用户来说是极具挑战性的。但这种状况会随着时间推移,技术难点逐一被解决,各个 layer2 项目方开发者迁移体验更完善,开发者迁移成本更低,以及各 defi 项目方、钱包和交易所都开始积极拥抱 layer2 方案时,最终那些能够得到众多开发者、用户、项目方支持的扩容技术方案,将建立一定的生态并经受住了时间的检验,脱颖而出,最终探索出一条可以能够承接住数千万、数亿用户的扩容技术方案。

参考资料:ethfans、以太坊中文网、链闻、涉及项目公众号。