X-Rollups 以 Wanchain 作爲以太坊的 Layer 2,以確保足夠的效率和低延遲的優勢。

原文標題:《Wanchain 發佈 X-Rollups 以太坊二層方案白皮書》
撰文:Wanchain

2021 年 4 月 19 日,Wanchain 團隊發佈了 X-Rollups 二層方案白皮書,旨在從理論入手,往後逐步落實到工程實踐,全面解決當前以太坊上交易量大、交易成本高等一系列詬病。

X-Rollups 是全新的以太坊二層解決方案,以 Wanchain 作爲以太坊的 Layer 2,確保 Layer 2 方案保持高效率和低延遲的優勢。

當前,Wanchain 團隊與正與 FinNexus 等生態項目團隊開展緊鑼密鼓地合作,計劃在將來共同推出基於 X-Rollups 機制的二層 DeFi 應用。

Layer 2 賽道再添新成員,瞭解 Wanchain 提出的 X-Rollups 方案

下面,我們不妨一起領略一下 X-Rollups 二層方案的魅力吧。

有關 X-Rollups 的更詳細技術細節,請參見 白皮書原文

以太坊現狀 & 痛點:低吞吐量、高交易費

隨着 DeFi 應用的爆炸式發展,以太坊上已經部署了大量的去中心化應用。不幸的是,以太坊作爲最廣泛使用的智能合約平臺卻受限於可擴展性無法滿足終端用戶的海量需求。具體而言,以太坊目前存在以下幾大問題:

  • 較低的交易吞吐量:以太坊的出塊速度不高(當前約 13 秒一個塊)和區塊大小受限(每個塊無法包含足夠多數量的交易),導致了以太坊網絡的交易吞吐量較低。

  • 高額的交易費用:隨着區塊鏈生態系統的迅速增長,鏈上交互的頻率越來越高。以太坊對鏈上所有交易都要收取一定的 Gas 費,而這筆費用目前已經足夠高昂到限制了鏈上 DeFi 應用的操作。

  • 較差的用戶體驗:由於較低的交易吞吐量以及高額的交易費用,導致以太坊上 DApp 的交互成本高且存在相當程度的延遲。因此用戶在使用 DeFi 產品時體驗較差。

X-Rollups,全面解決以太坊上的痛點

X-Rollups 是由 Wanchain 團隊推出的全新以太坊二層解決方案,旨在解決以太坊目前存在的痛點,同時該方案秉持了完全去中心化的設計理念,並充分考慮到與現有開發者社區和生態應用的完全兼容。因此,與已有的二層擴容方案相比,X-Rollups 在去中心化、安全性、兼容性、可擴展性和延遲性上均具備一定優勢。

X-Rollups 二層方案介紹

X-Rollups 整體框架

我們前面介紹過,作爲 Layer 1 (一層)的以太坊,存在有限交易吞吐量和高額交易費的缺陷。所以 Layer 2 (二層)方案就是要解決這一缺陷。該方案是以 Wanchain 作爲以太坊的 Layer 2,因爲 Wanchain 作爲公鏈兼具 高交易吞吐量和低交易費用的優勢。

不久前,Wanchain 進行了木星版本的升級,至此,Wanchain 全面兼容了以太坊 EVM。因此,以太坊(即 Layer 1)上的 Dapp 都可以根據需要再在 Wanchain (即 Layer 2)上部署一套對應的應用。同時,Layer 1 上的資產和代幣可以無縫遷移至 Layer 2,以獲取更好的用戶體驗,享受更低的 Gas 費。

Layer Connector 處於 Layer 1 和 Layer 2 之間,它是連接 Layer 1 和 Layer 2 的紐帶,通過 Layer Connector 完成資產在 Layer 1 和 Layer 2 之間資產的安全轉移以及信息在一二層間的有效驗證。

下圖展示了 Ethereum (Layer 1)、Wanchain (Layer 2)和 Layer Connector 相互之間的關係。

Layer 2 賽道再添新成員,瞭解 Wanchain 提出的 X-Rollups 方案

Layer Connector,連接一二層的紐帶

Layer Connector 由兩大角色運行,即 Storeman Group 和 Voucher Group。它們各司其職,分別承擔着資產的轉移和信息的驗證。

當用戶發起將資產從 Layer 1 轉移至 Layer 2 的交易時,Storeman Group 會將用戶的資產鎖定在 Layer 1 上,並在 Layer 2 上鑄造等量的映射資產。反之亦然。

Voucher Group 負責將 Layer 2 的區塊信息注入 Layer 1,保證 Layer 1 能夠對 Layer 2 的任意交易進行合法性驗證。通過這些注入的信息,Layer 2 自動地與 Layer 1 達成錨定。

需要強調的是,Storeman Group 和 Voucher Group 的節點成員是由社區隨機選擇產生的,且每個成員需要預先存入一定量的押金作保證,防止節點作惡。因此,兩大關鍵角色是完全去中心化的,整個 X-Rollups 方案也是完全去中心化的方案。

核心算法

X-Rollups 二層方案借鑑並創新了業內的部分主流密碼學算法。

  • 基於門限簽名的共識算法:基於門限簽名的共識算法(TSS-based Consensus ,簡稱 TBC)用於在 Storeman 組和 Voucher 組節點成員內部對 Layer 1 和 Layer 2 上的數據達成共識。
  • 增強壓縮算法:增強壓縮算法(Enhanced Compression Algorithm,簡稱 ECA)用於完成對注入 Layer 1 數據的壓縮。數據壓縮一致是決定 Rollups 方案可擴展性的關鍵因素。
  • 2-Stage Proof:通過對 Layer 1 上的已注入的 Layer 2 信息來驗證 Layer 2 上任意交易的合法性。

X-Rollups 二層方案如何運行

部署階段

  • 在 X-Rollups 的 Layer 1 和 Layer 2 部署五項智能合約(具體參見白皮書),實現對資產和信息在 Layer 1 和 Layer 2 之間的有效管理。

  • 通過節點競選的方式,完成 Storeman Group 和 Voucher Group 的選舉。(選舉的方式參考目前跨鏈節點 Storeman Group 的月度選舉)

  • 對於第三方 Dapp 來講,除了原先在以太坊上部署的 Dapp 外,需要在 Layer 2 上根據實際需求再部署一套相應的 Dapp。(由於 Layer 2 完全兼容 Layer 1 的 EVM,因此部署過程將變得極爲簡單高效)

使用階段

資產從 Layer 1 到 Layer 2,參與 Layer 2 的 DeFi 應用

當用戶在 Layer 1 上發起將 ETH 或 ERC20 轉移至 Layer 2 時,Storeman Group 在接收到用戶的交易請求後會將用戶的資產鎖定在 Layer 1 上,並在 Layer 2 的目標地址上映射出相同數量的資產。

這時,用戶便可拿着 Layer 2 上的映射資產,以更低的成本、更好的體驗參與到 Layer 2 上的 DeFi 應用。

資產從 Layer 2 回到 Layer 1

當用戶在 Layer 2 上發起將映射資產轉移回 Layer 1,拿回 ETH 或 ERC20 時,Storeman Group 在接收到用戶的交易請求後會將用戶在 Layer 2 上的資產銷燬,並釋放 Layer 1 上被鎖定的 ETH 或 ERC20 資產。

當然,在這一過程中,Layer Connector 中的 Voucher Group 會對來自 Layer 2 上的信息進行合法性驗證,只有驗證通過的交易才能最終在 Layer 1 上釋放被鎖定的資產。

X-Rollups 二層方案的優勢

與目前以太坊上主流的 Optimistic Rollups 和 ZK Rollups 二層方案相比,X-Rollups 在數據可用性、交易合法性、兼容性、可擴展性和延遲性等方面均表現出了相應的優勢。

數據可用性

當前流行的二層方案都是將 Layer 2 的交易壓縮後存入 Layer 1 以實現數據的可用性。在 X-Rollups 中,Voucher 組定期向 Layer 1 注入壓縮後的 Layer 2 區塊數據頭,極大節省了成本但同樣實現了數據可用性。不僅如此,Layer 2 的基礎設施是 Wanchain,其作爲公鏈的活性和韌性進一步提升了數據的可用性。

交易合法性

在 Optimistic Rollups 中,Layer 2 交易的合法性是由欺詐證明保證的。因此至少需要一個誠實節點執行完所有 Optimistic Rollups 的交易並且當有非法交易提交到 Layer 1 時提交對應的欺詐證明,這使得 Optimistic Rollups 容易遭受拒絕服務攻擊。在 ZK Rollups 中,狀態的遷移只有當 Rollups 智能合約對其零知識證明驗證通過後纔是有效的。不幸的是,零知識證明系統的建立需要授信建立的過程,並且計算複雜度很高。在 X-Rollups 中,Layer 2 交易的合法性是由 2-Stage Proof 保證的,通過存在 Layer 1 中的區塊頭 Merkel 根可以完成驗證。由於誠實大多數假設,Voucher 組能夠始終在 Layer 1 中維護一個合法的區塊頭 Merkel 根。因此,沒有任何一個非法交易能夠通過 Layer 1 的驗證。

兼容性

Optimistic Rollups 的虛擬機 OVM 能夠實現任意的智能合約邏輯,因此幾乎所有以太坊上應用均可被支持,可以基於 EVM、EWASM 或者其他任何虛擬機。ZK Rollups 則具備較低的兼容性,因爲已有的零知識證明是爲特定的應用所設計,如通證轉移或者原子交換。X-Rollups 具有極高的兼容性,因爲 Wanchain 完全兼容以太坊 EVM,因此所有以太坊上的生態應用均可到萬維鏈上,甚至無需修改代碼。

可擴展性

可擴展性的決定因素是壓縮效率,高壓縮效率意味着高可擴展性。Optimistic Rollups 和 ZK Rollups 都是將交易作爲壓縮的對象。Optimistic Rollups 的吞吐量爲 450 TPS,而 ZK Rollups 的吞吐量約爲 680 TPS。作爲對比,X-Rollups 使用 ECA 作爲數據壓縮算法,選取區塊頭作爲壓縮對象而不是交易,因此實現了更高的壓縮比率,更高的可擴展性。理論上 X-Rollups 能夠達到 10000 以上 TPS。

延遲性

Optimistic Rollups 爲保證安全性,爲欺詐證明提供了一個 1 到 2 周時間窗口。在此期間,無論是內部 Rollups 交易還是退出交易都不具備最終確定性。因此 Optimistic Rollups 存在 1 到 2 周的延遲性。而零知識證明目前需要大量的計算量,據測試在普通計算平臺上生成 1000 筆交易的零知識證明需要大約 20 分鐘。因此 ZK Rollups 的延遲性大概爲 20 分組。X-Rollups 中,延遲來源於 Voucher 組提交區塊頭的時間段,少於 5 分組。因此 X-Rollups 的延遲性約爲 5 分鐘。

結論

X-Rollups 是一個全新的以太坊 Layer 2 解決方案,具備高效率和低延遲的優勢。它可以爲第三方的去中心化應用構建一個可擴展的、用戶友好的平臺。潛在的應用包括支付、原子交換、流動性、去中心化交易所、借貸等。我們相信 X-Rollups 會是 DeFi 時代中一個具有競爭力的 Rollups 擴容方案。