梳理 Rollup、分片與 Plasma 等以太坊擴容方案的演進與採用現狀。

原文標題:《以太坊擴容分析》
撰文:孫琪璇 Simon

一直以來,以太坊公有鏈的核心限制是每一筆交易都要由網絡中的每一個節點進行處理,在以太坊區塊鏈上進行的每一項操作(付款,新的 ECR20 合約部署、創建 NFT 等)都必須由網絡中的每一個節點並行處理,這也就意味着以太坊整個網絡的吞吐量(tps)不能高於以太坊單個節點的吞吐量。以太坊可以選擇提高節點的區塊工作量來實現擴容,但這是以去中心化爲代價的,因爲節點做的工作多了,意味着算力小的計算機(就像消費者設備)可能會退出網絡,挖礦在算力大的節點上就變得更加中心化。在 2017 年的時候以太坊就因爲 ICO 熱潮就已經導致以太坊開始變的擁堵,主鏈每秒所能處理的交易量只有 15 筆(tps),從那時起,陸續有開發團隊提出相應的解決方案,只是隨後而至的熊市降低了人們的交易熱情,這類方案也就淡出了投資者的視野。

直到今年 5 月份,隨着流動性挖礦及 Uniswap 的火爆,用戶發現交易的 gas price 成本一路飆升到 500Gwei (約兩三百人民幣),需要漫長的交易確認時間,未確定交易數達 14 萬餘筆,以太坊轉賬變的極其擁堵和昂貴,這嚴重阻礙了以太坊生態的發展以及用戶的增長,因此擴容問題再次吸引着開發者、項目方和投資人的關注,雖然現在隨着 defi 的熱度降低,gas price 回調到了 20 至 40Gwei 之間,但未來隨着越來越多的項目在以太坊的基礎上構建,或者已有大型用戶體量的互聯網公司產品採用以太坊,那麼勢必需要解決擴容這個挑戰。例如擁有超過 4.3 億用戶規模的 Reddit 論壇計劃將 Reddit 積分(ERC20 代幣)帶入以太坊主網,該計劃最終被 22 個以太坊擴容技術開發團隊提交了解決方案。

縱觀過去,以太坊擴容的研究演進之路已經成爲現實中許多工程項目的研究案例。然而理想很豐滿,現實很骨感,很多具有前瞻性的想法和技術,直到真正實踐的時候,工程師纔會意識到可行的方案中充滿着權衡及折中的考慮。本文將梳理分析一下現今已有的各擴容方案的演進情況、進展和採用該方案的代表項目現狀,以及未來可能的方向。

一覽以太坊 2020 主要擴容方案及代表項目Gas price 歷史記錄

擴容方案分類

在以太坊主網上,所有的計算過程和數據存儲都在主鏈進行,每個節點都需要處理所有交易,交易數據存在區塊中,全節點執行所有計算過程,開發者已經提出了很多在解決協議層吞吐量問題的方案,這些解決方案基本可以分爲兩類:一類是將所有計算委託給一小組強大的節點來完成,可以根據 layer2 如何解決這兩個擴展相關的瓶頸問題(計算 & 數據存儲)來對各種擴容方案分類。另一類是讓網絡中的每個節點都只需處理所有工作中的一部分,也就是 layer1 層的擴容方案。如下面兩張圖所示,目前主要有六種擴容計算方案,它們分別是分片、側鏈、狀態通道、Plasma、Rollup、Validium,其中我們把 ZK Rollup 和 Optimistic Rollup 統稱爲 Rollup 技術擴容方案

一覽以太坊 2020 主要擴容方案及代表項目

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擴容方案詳情

分片 (sharding) 方案

分片屬於 layer1 擴容,是指區塊鏈不同的節點子集處理區塊鏈的不同部分,通過分割數據以減少區塊鏈節點必須存儲和處理的數量。內部運行很多條鏈,並將一條鏈稱爲一個「片區」。每個片區都會擁有獨立的一組驗證者,即通過 PoS 機制來驗證交易和生成區塊的網絡參與者。通過隨機性來選擇每一個分片的驗證者,而爲了實現隨機性和驗證者分配的計算,所有現有的設計都包含了一條信標鏈,負責執行維護整個網絡所需的操作:除了生成隨機數和將驗證者分配到各個片區,還包括接收分片的信息更新(並創建快照)、處理權益證明(PoS)系統中驗證者質押的押金及其罰沒,並(在支持該功能之後)不斷重劃片區(rebalancing shards)。同時,整個網絡的處理能力受到信標鏈節點的計算能力限制,因此分片的數量自然是有上限的。但分片網絡結構的節點性能提升會產生倍乘效應,比如所有節點(包括信標鏈中的節點)處理交易的速度都變成 4 倍,那每個分片能夠處理的交易量將是之前的 4 倍,且信標鏈能夠維持的分片數量也將是之前的 4 倍,整個系統的吞吐量將變成 4x4=16 倍。分片模式一般有交易分片和狀態分片(State Sharding)兩種,交易分片只是對交易進行分片分配,而狀態分片是對存儲、交易處理和網絡都進行了分片分配,而需要跨片區交易時,則通過同步或異步兩種方式之一去實現。分片方案的惡意分叉問題容易解決,但解決無效區塊問題非常棘手,因爲解決數據有效性方面的兩個解決方向漁夫和密碼學技術證明還是存在缺陷,數據可用性也是。

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代表項目 Harmony

Harmony 於去年 6 月份上線主網,是一個快速安全的區塊鏈,核心創新在於狀態分片,快速共識算法以及高效 P2P 網絡。Harmony 的分片技術結合了全新的 EPoS 抵押機制以及基於 VDF 的隨機數算法,兼顧去中心化和安全性。同時,Harmony 的網絡層優化實現了最佳的跨分片路由以及快速區塊傳播。在主網初具雛形之後,Harmony 將遊戲和去中心化金融作爲未來重點應用領域。目前主網有 159 個節點參與競選,其中 82 個大衆節點被選中,能夠實現 5 秒即時確認性,有四個分片實施;同時,團隊正在開發連接 Bitcoin、Ethereum 和 Binance chains 的零信任橋。目前代幣 one 流通市值大約 3830 萬美金,流通量 57%。

其他分片方案項目:Zilliqa 是第一個把分⽚做出來的公鏈,但它僅僅只能對交易進行分片,已經過時了。NEAR Protocol 使用了獨家研發的分片技術——「夜影」(Nightshade),可以將網絡分割成多個分片,平行計算並運行,由此帶來的結果是網絡的吞吐能力迅速上升。而隨着用量和節點的增加,網絡的可拓展性也會隨之不斷提升。因此從理論的角度上看,NEAR 的拓展能力是沒有上限的。

側鏈方案

側鏈協議本質上是一種跨區塊鏈解決方案。通過這種解決方案,可以實現數字資產從第一個區塊鏈到第二個區塊鏈的轉移,又可以在稍後的時間點從第二個區塊鏈安全返回到第一個區塊鏈。其中第一個區塊鏈通常被稱爲主區塊鏈或者主鏈,每二個區塊鏈則被稱爲側鏈。側鏈是獨立的網絡,通常具有唯一的共識層,通過雙向掛鉤連接到一個基礎層協議。由於沒有第一層設計的負擔,側鏈可以支持超出其基礎層能力的某些特性,包括但不限於可擴展性和互操作性,同時不依賴於第一層的存儲。儘管有這些所謂的好處,但這些分支網絡需要參與者之間更多的信任和協作。它的缺點是安全性問題,因爲無法獲得主鏈的安全性。

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代表項目 xDai Stable

xDai 是以太坊側鏈,運用 POA Network 突出的跨鏈橋接技術 (Token Bridge Technology),橋接 Dai 穩定幣作爲通證,具有「可擴展、使用方便」的優點,由原 POA 團隊負責開發。

xDai 應用爲日常用戶提供快速交易的平臺,且只收取極低的費用。由於 xDai 與以太坊兼容,因此數據和資產可以無縫傳輸到以太坊主網,提供後端安全和無限擴展的機會。通過「穩定、高速、安全和可擴展」這些良好性能之間的協同作用,xDai 爲 P2P 支付、個人支付、訂閱服務和區塊鏈銀行業務的實現提供了可能。xDai 的出現在很大程度上催化了人們使用穩定幣的進程;在支付費用保持穩定的條件下,用戶可以快速且方便地使用穩定幣。用戶在進行支付行爲時,只需要消耗一種代幣,而不需要像過去一樣使用以太坊作爲燃料費用,轉賬費低廉且轉賬速度遠遠高於以太坊。目前代幣 stake 流通市值大約 4234 萬美金,流通量 35.3%。

其他側鏈方案項目:SKALE Network 是一個高吞吐量、低延遲、可配置的拜占庭容錯彈性區塊鏈網絡,該網絡最初的應用場景會作爲太坊區塊鏈的側鏈,它可被稱爲彈性側鏈網絡,今年 6 月份上線了主網。

狀態通道(State Channel)方案

狀態通道技術,受啓發於比特幣的閃電網絡。狀態通道是固定一組參與者(通常是兩名參與者)之間的協議,用以實現安全的鏈下交易,其中支付通道專門用來支付。支付通道協議具體情況是兩名參與者各自通過鏈上交易在鏈上鎖定保證金,一旦鎖定完成,參與者雙方即可互相發送形式爲輪次、金額、簽名的狀態更新來實現轉賬,無需與主鏈進行交互,只要雙方的餘額都還爲正值即可。一旦參與者中有一方想要停止使用支付通道,可以執行「退出」操作:將最後的狀態更新提交至主鏈,結算下來的餘額會退給發起支付通道的兩方。主鏈可以通過覈實簽名和最後結餘來驗證狀態更新的有效性,從而防止參與者使用無效狀態來退出支付通道。狀態通道帶來的優點是交互延遲在毫秒級別,是唯一能夠逼近當今互聯網用戶體驗的區塊鏈擴容技術;交易手續費極低,從根本上比所有其他 layer2 技術的交易手續費低;水平擴展性強,加節點就能增加總系統容量,TPS 無上限,且互相之間不隔離,不需要有跨分片或者跨鏈之類的複雜操作。但它的「退出」模式存在一個問題,即主鏈無法驗證支付通道是否提交了全部交易,也就是說,在提交了狀態更新之後是否不再出現新的狀態更新。此外,狀態通道的另一個缺點是隻能在兩個參與者之間開設。

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代表項目 Celer Network

Celer Network 是第一個致力於以狀態通道技術爲基石構建匹配互聯網規模的區塊鏈應用入口平臺,讓所有人都能夠在該平臺上便捷快速地開發、運行與使用高性能的分佈式區塊鏈應用。它並不是一個獨立的區塊鏈,而是一個可以廣泛運行在現有和未來區塊鏈之上的網絡系統。Celer 以其在鏈下擴容技術和加密經濟學上的創新爲區塊鏈平臺提供了前所未有的高性能和靈活性。Celer 是去年三月份的幣安 launchpad 項目(現流通市值 1650 萬美金,流通量 40%),隨後主網於去年 7 月上線,並推出 CelerX 錢包和五子棋遊戲,並和多個遊戲公司達成合作,重點選擇現金競技遊戲賽道。同時,近期上線了狀態守衛者網絡(SGN)、流動性鎖定證明和支持性拍賣,保護整個網絡安全,以及聯合以太坊社區的其他狀態通道項目共同提出一套標準規範。Celer 把一些 layer1 層的公鏈也已對接好了,比如比如以太,波卡,Near,Conflux 等。未來致力於推動最新開發的 hybrid-Rollup 方案再次對接 layer 1 層公鏈,該方案也就是把 Optimistic Rollup 和 SGN 混合起來去實現,該方案存在一個「如何幫助輕節點監控交易的有效性」的問題。目前代幣 celr 流通市值大約 1628 萬美金,流通量 39%。

其他狀態通道項目:Raiden 主網於今年 5 月 27 日上線,進展一直很慢;Liquidity 實際採用率極低,團隊沒有太多更新和進展,社區也沒什麼關注度。同時他們的代幣 rdn 和 lqd 均被一些交易所整體下架或者取消某個交易對。Connext (未發幣)開發一直較爲活躍,由於無法在 Layer2 支持智能合約以及提供清晰的全局賬本,轉而開發了 Spacefold,爲支持 EVM 的 Layer 2 側鏈間 ERC20 轉賬提供解決方案。

Plasma 方案

Plasma 由 Vitalik Buterin 和 Joseph Poon(閃電網絡創始人) 在 2017 年共同提出,Plasma 是一種鏈下交易的技術,從一個新的方向實現了狀態通道,它允許創建附加在以太坊主鏈上的子鏈,這些子鏈反過來可以產生他們自己的子鏈,他們的子鏈也可以產生他們子鏈。其結果就是,我們可以在子鏈級別執行許多複雜的操作,運行擁有數千名用戶的整個應用程序,並且只需與以太坊主鏈進行儘可能少的交互;子鏈可以更快地操作,且交易費用更低,因爲它的操作不需要在整個以太坊區塊鏈存留副本。區別於狀態通道,Plasma 中能夠運行智能合約,如果說狀態通道是對交易吞吐量的擴容,那麼它是對計算能力的擴容。Plasma 是將計算和數據存儲都遷移到 layer2 進行,由 layer2 的執行者週期性地向主鏈遞交 Merkle 根形式的「狀態承諾」。如果執行者遞交無效的狀態,用戶可以向主鏈上的智能合約提供錯誤性證明(fraud proof);一旦確認執行者出現欺詐行爲,則智能合約會罰沒他的保證金。雖然說我們可以通過錯誤性證明,使得提供無效承諾的執行者在主鏈上遭到懲罰;但如果 Plasma 的執行者拒絕在主鏈上公開數據,那麼用戶則無法取得構造出錯誤承諾的錯誤數據,就無法提供錯誤性證明,所以 Plasma 面臨的最大問題是交易數據可用性。針對這個問題,Plasma 衍生出一些相應的方案,如延長資產從 layer2 退出的時間:當出現作惡行爲,就能允許大量資產從 Plasma 鏈退出。但經過這些年的摸索,可行的方案還沒有真正實現。

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代表項目 OMG Network

OMG Network 以 OmiseGO 的品牌名稱創立於 2017 年,基於以太坊的 plasma 擴容技術方案,用於主流數字錢包,可跨國家司法管轄區和組織機構使用法定貨幣或加密數字貨幣進行實時、點對點的價值交易和支付服務;它搭建了一個具備去中心化交易、流動性提供機制、清算信息網絡和資產支持的區塊鏈網關,也就是一個去中心化交易和支付平臺。白皮書是由 Joseph Poon 撰寫,Vitalik Buterin 任顧問,而其母公司 Omise 成立於 2013 年,是東南亞一家知名金融科技公司。OMG 去年 11 月和 Maker DAO 合作,爲 Dai 提供 larye2 擴展方案,並於今年 6 月份推出其主網 bata 版本,允許每秒最多處理 4000 筆交易(TPS),交易費用可低至幾美分,驗證時間只需幾秒鐘,之後 Tether 正式在 OMG 上發行 USDT。目前代幣 OMG 流通市值大約 3.41 億美金,流通量 100%。

其他 Plasma 項目:第一個 Palsma 的產品級實現是 Loom Network 在 2018 年使用 Plasma Cash 做出來的,但之後聯合創始人兼首席執行官 Matthew Campbell 已於去年 12 月離職,關注點由區塊鏈遊戲轉向了企業,7 個重要的節點服務商已停止提供 Loom 網絡的驗證人服務。Matic 是建立在以太坊之上的 POS+Plasma 混合側鏈,由 Plasma 擔保的 Layer2 交易,主網於 2020 年 5 月份上線,目前致力於支持遊戲、NFT、Defi 這些方向的應用。

Rollup 方案

Rollup 方案可以被認爲一種壓縮技術,多筆交易可以壓縮在一起(幾千筆交易可以被打包到一個 Rollup 區塊中),既能減少交易數據規模,又能降低交易驗證負擔,因此使得以太坊區塊鏈能處理更多交易,tps 可達到 3000 左右。它是將所有 layer2 上的交易數據,也就是 Rollup 區塊的快照發送到主鏈上某個智能合約內,用主鏈上的單個合約來保管所有的資金,而 Rollup 則通過在主鏈上爲每一筆交易公開一些數據,讓任何人都能通過觀察區塊鏈上的 calldata (交易輸入數據)來獲得 layer2 的所有數據。Rollup 區塊的狀態是由用戶以及鏈下運營者來維護的,因此不會佔用主鏈的存儲空間。所有交易的收據都存儲在以太坊區塊鏈上,這就提升了 Layer2 交易的安全性。目前主要分爲 ZK Rollup 和 Optimistic Rollup 兩種 Rollup 技術分類。

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ZK Rollup

ZK Rollup 是靠着在主鏈完成零知識證明,鏈上無需包含簽名數據,因爲零知識證明就足以證明交易的有效與否,交易有效性就立刻確認,保證無效的狀態絕不會發生,也即數據可用性放在鏈上,所以 ZK Rollups 對數據存儲方面也帶來了一定程度上的擴展性提升。但由於零知識證明生成的複雜性,目前適合簡單的轉賬。它的缺點是驗證鏈路的構造沒有一個通用的解決方案,所以目前沒有很好的辦法做到很廣義的虛擬機邏輯,簡單來說,zk-Rollup 必須對每一個用例定製;程序正確性的驗證相對複雜,要對多項式 curcuit 做驗證;二層打包節點負擔重,成本高,計算零知識證明所需時間長,用戶延遲的體驗角度仍然比較差。

代表項目 Loopring

路印協議 3.0 的核心設計目標包括兩個:高安全性和高性能。協議設計的很多方面,都是圍繞着在各種可能的情況下,爲用戶提現自己充值的資產提供各種保障。這種保障允許用戶在極端情況下,僅提供默克爾證明,不依靠於交易所的任何動作,就可以將資產全部取出。而默克爾證明,則可以通過區塊鏈上的數據可用性計算得到。爲了提高吞吐量,並降低清結算成本,將幾乎全部的計算都遷移到區塊鏈外完成。這種計算會更新中繼維護的一棵四叉默克爾樹,用以保存每個用戶每個幣種的餘額,以及每個訂單的成交歷史。中繼批量處理幾十到幾萬個充值提現和交易清結算等請求,並將批量更新後的樹根上鍊。爲了保障中繼的計算更新方式嚴格遵循協議的規則,中繼必須在一定時間內提供批量處理相關的零知識證明。即將發佈的 3.6 版本變成成一個基於訂單簿的去中心化交易所的 AMM 協議,將實現 Layer2 賬戶之間的轉賬,只需要一秒就能到賬;Layer2 賬戶轉到 Layer1 賬戶,只需要十幾秒就能到賬。目前代幣 lrc 流通市值大約 1.88 億美金,流通量 100%。

其他 ZK Rollup 項目:zkSync 是 Matter Labs 基於 ZK Rollup 技術開發的免信任型可擴展性和隱私性解決方案,主網於今年 6 月份上線了,旨在將以太坊上的吞吐量提高到像 VISA 那樣每秒可達幾千筆交易,同時又能確保資金像存儲在底層賬戶那樣安全,並維持較高水平的抗審查性。該協議的另一個重要方面是延遲性極低:ZK Sync 上的交易具有即時經濟確定性。另一個,Aztec 的目標是在以太坊基礎上建立一個 UTXO 層、使用零知識證明來提升交易的隱私性。這個項目使用一個公開的、大規模的多方計算(MPC)儀式來完成可信任初始化工作(trusted setup),並且開發了 zk.money 來讓社區嘗試他們的產品,並將隱私增強型技術和 zk Rollup 技術棧結合在一起,打造 ZK² Rollup。

Optimistic Rollup

Optimistic Rollup 的理念是由 John Adler 首先構想出來的,它保留了 calldata,可以主鏈獲得所有 layer2 的數據,但那些刷新 Layer-2 狀態的交易不會在鏈上被驗證,只讓主鏈存儲一系列的歷史狀態根,添加了一個新的狀態的一段時間(例如 1 周)後纔將新狀態最終敲定,也就是數據可用性放在鏈下。採用錯誤性證明(跟 Plasma 方案一樣),對提交無效狀態的執行者進行懲罰。其鏈下 OVM 虛擬機可以支持任意智能合約邏輯的實現,與以太坊 EVM 虛擬機搭配使用,開發者就可以用 Solidity 來寫碼,實現 dapp 和智能合約之間的無縫互操作性。它的缺點是安全問題,只有使用 1~2 周的錯誤性證明挑戰期才足夠安全。在挑戰期過去以前,沒有交易能被認爲是確定的。

代表項目 IDEX

IDEX 是一個基於以太坊的分散式智能合約交易平臺,提供實時交易,即時訂單放置和處理,免費取消訂單,實時訂單簿更新等服務。IDEX 由一個智能合約,一個交易引擎和一個交易處理仲裁器組成,所有交易必須由用戶的私鑰授權。於今年 10 月 20 日發佈了 2.0 版本,其 Rollup 鏈支持登記訂單式去中心化交易功能,並且圍繞此特定用例構建而成。

該鏈負責執行訂單,維護用戶餘額,允許設置發生其他功能,例如更高級的訂單類型,自動交易引擎等。Optimistic Rollup 的驗證者必須有 IDEX 通證。驗證者提交收據證明已發佈的區塊,並根據他們在有效區塊上的簽名和有效欺詐證明的簽發而受到獎勵或懲罰(如果他們選擇接受全部的風險驗證)。在協議中,區塊生產者僅上傳區塊的 Merkle 根作爲初始投入,僅在質疑時將區塊內容發佈到呼叫數據中。由於無法在鏈上保證 Rollup 區塊數據的可用性,因此,這並不完全符合上述 Optimistic Rollup 的定義,實際上,他們將其稱爲優化 Optimized Optimistic Rollup。一旦發佈呼叫數據後,就可以通過一兩個附加步驟來證明欺詐行爲。目前代幣 idex 流通市值大約 3019 萬美金,流通量 53.7%。

其他 Optimistic Rollup 項目:Optimism 是由 Plasma Group 的前研究人員在 2019 年成立的一家新盈利性公司,專注於實施以太坊擴容解決方案 Optimistic Rollup,9 月份推出其測試網,Synthetix、Uniswap、Chainlink 成爲他們的早期測試者,Synthetix 用來大幅提升預言機報價頻率,以此解決在一層網絡會遇到的交易暫時停滯問題。

Validium 方案

Validium 是由零知識證明研發機構 StarkWare 主導開發的,選擇將 layer2 的交易數據放在鏈下,因而比 rollup 方案有着更高的擴展性。驗證計算方面,Validium 不像 Plasma 依託詐欺證明,而是採用零知識證明。如先前在討論 zkRollup 時提到的,這樣做會導致 Validium 在目前的應用部署,只能侷限於特定目的(普適性低),比如 StarkEx 就是面向去中心化交易所的方案,但這些權衡使得 Validium 在某些方面優於 Plasma。在主網進行零知識證明驗證能避免執行者提供無效狀態,也能降低執行者不公開數據造成的後果。舉例來說,想要勾結執行者,讓狀態錯誤地轉變爲「把他人的錢轉到自己賬戶」是不可能辦到的;因此 Validium 不需要在協議中設計「大量資金退出」激勵博弈,也不需要延長資金從 layer2 退出的時間。由於交易數據放在鏈下,因此以太坊主網無法恢復它的 Merkle tree (默克爾樹),所以它的並不具備以太坊主網的安全性。比如數據扣留攻擊問題,(惡意)執行者修改自己所控制的賬戶的狀態是沒有問題的,然後積壓關於這些交易的數據,這會導致某些用戶想退出資金時,無法創建默克爾證明來證明他們對賬戶的所有權。

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代表項目 DeversiFi

DeversiFi 是基於以太坊智能合約的去中心化交易所,由 StarkEx 交易引擎支持的新版本交易所,爲符合 ERC20 標準的代幣提供交易服務。DeversiFi 帶來了以客戶爲中心且流動性高的數字資產交易平臺這一願景。它將爲開發者、交易商和愛好者提供一個混合社區和信息中心,旨在促進以太坊生態系統的討論、開發和交易。DeversiFi 團隊總部設在倫敦,最初名爲 Ethfinex,2017 年由 Bitfinex 孵化。它在 2019 年 8 月推出並更名。DeversiFi 是非託管的,允許用戶保持對其資金的控制。

據此前報道,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 技術,每秒交易處理量可達 9000 +。爲了解決 Validium 的數據扣留問題,避免凍結 layer2 上的賬戶,StarkEx 系統中引入了數據可用性委員會,8 位委員負責對數據簽名,並保證數據始終可用。只要其中有一位委員在線且他是誠實的,用戶就一定能獲得退出資金需要的數據,但這帶來委員簽名私鑰泄漏風險(這些私鑰需要在線、保證能響應,因此保護起來非常困難),攻擊者可以將 Validium 轉化成只有他們自己知道的狀態,從而凍結所有資產,然後對用戶進行勒索。還面臨着一種可能的失控情況是運營者被要求執行 KYC/AML (瞭解客戶身份信息 / 反洗錢)措施,並且有義務凍結有 1 萬美元交易史的賬戶內的所有資金(可能會永遠凍結),之後 StarkEx 進行升級部署新版本後,被凍結的資金會交由指定參與方託管,而被凍結資金的用戶根本沒法反抗。同時 StarkEx 運營者隨時都可以在合約邏輯上部署擴展程序,在不預先警告用戶的情況下引入黑名單,成爲隱藏的審查後門。目前代幣 nec 流通市值大約 2412 萬美金,流通量 25.6%。

其他 Validium 項目:去中心化衍生品交易所 dYdX 的永續合約產品在今年年底將集成 StarkEx,優化用戶體驗。

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擴容技術對比和未來發展

狀態通道有一些獨特的性質,讓它在擴容領域有着獨特的地位,它的諸多屬性在很多應用中都非常重要。比如遊戲、IoT 設備網絡、去中心的互聯網服務提供商等。Plasma 和狀態通道之間,Plasma 中能夠運行智能合約,而狀態通道則不被允許。分片系統要比 Plasma 鏈更不易於遭受拒絕服務攻擊,分片鏈提供的防禦也更易於普及。但 Plasma 鏈可以被迭代,新的設計可以更快地被實現,因爲每條 Plasma 鏈都可以在無需與該生態系統中的其他鏈進行協調的情況下單獨地進行部署,而且由單個運營商運行的 Plasma 鏈還可以提供比分片系統更多的隱私保護;而在分片系統中,所有的數據都是公開的。

相比於 Plasma 和 ZK Rollup,Optimistic Rollup 做了一些權衡,所以帶來的擴展性提升幅度最小,但 Optimistic Rollup 不依賴於什麼過於前沿的技術或懸而未決的問題,實際推廣中 Optimistic Rollup 更好落地。而 ZK Rollup 可以解決 Optimistic Rollup 上的幾個根本問題,消除了令人厭惡的尾部風險(通過複雜但可行的攻擊方法從 Optimistic Rollup 中盜取資金),將提取資金的時間從 1-2 周縮減到幾分鐘,支持快速的交易確認和退出,而且體量幾無上限,並且默認保護隱私;對於需要提高流動性的項目而言,資本運作效率 ZK Rollup 高於 Optimistic Rollup。而由於 Validium 僅具備鏈下數據可用性,所以 Validium 比 ZK Rollup 的吞吐量會高得多,適合傳統的高頻交易;在某些場景下(如 DEX)可以起到保護交易者交易策略的作用,例如 DeversiFi 的客戶不想將其交易歷史記錄在鏈上,這會將他們的策略暴露給競爭對手,所以 DeversiFi 2.0 版本選擇運行在 Validium 上,通過數據可用性委員會(DAC)將數據存放在鏈下。

隨着各種擴容技術方案的迭代發展,項目方也一直在克服各種障礙,例如狀態通道項目 Celer 現今也允許鏈下執行智能合約交易,但需要合約符合一定的接口。各擴容技術也會互補,比如在 Optimistic Rollup 上面可以增加接入狀態通道,或者在不同的 Rollup 之間,用狀態通道進行跨鏈互通。Connext 今年 8 月發佈的新功能 Spacefold,它就可以整合到 xDai、Optimism、SKALE 等這些 Layer2 解決方案,目前在開發各個 Rollup 之間的狀態通道,探索 layer2 之間的可組合性;Celer 與 Matic 之間合作結合,Matic 可以實現用戶之間高頻和實時的交互,而 Celer 可以顯著降低初始化,最終結算和協議故障保護的成本和延遲,從而減少用戶體驗摩擦。還有 Matter Labs 推出的 zkPorter,嘗試通過結合 ZK Rollup 和分片技術來處理數據可用性。StarkWare 最近也提出了一種名爲 Volition 的新方案,這是一種鏈上 / 鏈下混合數據解決方案,允許用戶動態選擇他們想要的數據存儲位置。

最後 Vitalik 本月在以太坊社區發表了一篇爲「探討以 Rollup 爲中心的以太坊發展路線」的文章,基本上是在主張,在 Eth2 的 Phase 1.5 階段(也就是 Eth1 與 Eth2 的合併階段)就能實現一個可擴展的權益證明網絡,而不用等到 Phase 2 實現。以太坊可以利用分片鏈作爲數據可用性層並使用 Rollup 作爲執行環境來實現這一點(因爲不用分片作爲執行環境,故不用等到 Phase 2 實現),這會使以太坊生態社區更加積極的擁抱 Rollup 擴容方案。

總結

不同的擴容技術有它不同的優缺點,導致適應不同的應用場景,未來不同的擴容技術之間也會是相互合作關係,某一場景下同時使用多種擴容技術。雖然擴容生態已經很豐富了,但這些擴容方案目前也只是被少數項目所使用,原因有兩個,一是對大多數開發者們來說,他們希望在不改變原有代碼的情況下將應用遷移至 Layer2,因爲對代碼進行任何改動會涉及到可觀的審計及維護費用;二是對用戶來說,選擇使用以太坊主鏈,還是 Layer2 應用是一件非常棘手的問題,用戶需要明白使用兩者的利弊,或者說,Layer2 項目方能直接讓用戶實現無感地與 Layer2 進行交互,在沒有合理的激勵措施下,將資產在一層與二層間轉移對於用戶來說是極具挑戰性的。但這種狀況會隨着時間推移,技術難點逐一被解決,各個 layer2 項目方開發者遷移體驗更完善,開發者遷移成本更低,以及各 defi 項目方、錢包和交易所都開始積極擁抱 layer2 方案時,最終那些能夠得到衆多開發者、用戶、項目方支持的擴容技術方案,將建立一定的生態並經受住了時間的檢驗,脫穎而出,最終探索出一條可以能夠承接住數千萬、數億用戶的擴容技術方案。

參考資料:ethfans、以太坊中文網、鏈聞、涉及項目公衆號。