簡析以太坊擴容方案 Rollup:為何成為擴容主力?


所有的區塊鏈在開發時都會面臨同樣的問題,被稱為「區塊鏈三難困境」的三難是去中心化、安全性和可擴充套件性,每個區塊鏈只能解決這 3 箇中的 2 個。在以太坊中,它是去中心化和安全的,但缺乏可擴充套件性。

無論你是否參與過以太坊的鏈上互動,你都可能聽說過 Gas 費用這個詞。Gas 費用本質上是你在執行交易時支付的費用,這筆費用是為了補償你的交易需要使用的計算能量。目前,以太坊網路有每秒 15 筆交易 (TPS) 的限制,考慮到使用以太坊及其蓬勃發展的 DApp 生態系統的需求,這還遠遠不夠。這種情況會從本質上造成了一個瓶頸,即網路被交易堵塞,導致 Gas 費用飆升。每個人都在爭取他們的交易會先被驗證和執行,有些人甚至願意支付比其他人更高的 Gas 費用來確保交易快速完成,實質上意味著將交易包含在一個區塊中的需求超過了區塊本身的空間,結果將會是 Gas 費的飆升。

這就產生了一個問題,難道只有擁有大量的資金才能使用以太坊?這顯然不是以太坊的最初目標,它旨在為世界上的每個人提供前所未有的金融渠道。它想要公平的競爭環境,而不是成為「富人的遊樂場」。因此,以太坊迫切需要擴充套件解決方案。

解決以太坊基礎層(第 1 層)的可擴充套件性問題,意味著以太坊必須增加其區塊的限制以提高 TPS,這麼做的結果將是成為礦工 / 節點所需的硬體將非常昂貴(即設定節點),最終以太坊將變得越來越中心化。

因此,目前以太坊社羣認為擴充套件以太坊區塊鏈的最佳方法是通過第 2 層(Layer 2)擴充套件解決方案。第 2 層擴充套件解決方案有 3 大類技術:Plasma、狀態通道和 Rollups。

接下來,我將詳細介紹 Rollups。

如果你不知道第 2 層是什麼意思,那麼你可以這樣理解,第 1 層是最初的主要區塊鏈(以太坊),在那裡以太坊的使用者達成共識並構建各種應用程式,所以當第 1 層擁塞時,你可以有一個智慧合約來連線到主鏈外的「第 2 層」,在那裡交易可以被處理,然後再返回到可以驗證的主鏈上。第 2 層是一個額外的區塊鏈,它比以太坊主網本身的效率更高,成本更低。將第 2 層視為第 1 層(以太坊主網)的子城市,它或多或少地在第 1 層的控制下幫助運算。

Rollup 是一個非常聰明的擴充套件解決方案:它本質上是將計算過程從主鏈轉移到稱為「Rollup 鏈」的單獨鏈上。「Rollup 鏈」本質上是一條獨立的區塊鏈,在這些「Rollup 鏈」上,執行交易之後,資料被聚合並彙總在一起,然後傳輸到主鏈進行驗證。因此,這項技術被稱為 Rollup (彙總)。計算過程在鏈外進行,並且將放入以太坊主鏈區塊裡的資料也減少了,這兩者都可以減少以太坊的網路擁塞。


而 Rollup 技術要想實施,這個過程必須要有一個「中介」——一個將「Rollup 鏈」連線到主鏈的智慧合約。該智慧合約的主要功能是促進轉移並驗證「Rollup 鏈」發生的一切都按照規則進行。這種 Rollup 技術的好處是它可以將以太坊的 TPS 從 15 TPS 提高到 1000 TPS,同時將每筆交易的 Gas 費用從 45,00 GAS 降低到大約 300 GAS。

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以太坊社羣的成員和開發人員對 Rollup 技術進行了大量討論和辯論。這其中的爭論源於兩種都可性的 Rollup 技術:Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups (零知識彙總)。

Optimistic Rollups

Optimistic Rollups 使用一種稱為「欺詐證明」的技術點,簡單來說,Optimistic Rollups 不執行任何計算,因為它們只是與以太坊主鏈同時執行,並且在交易被執行和批處理後,它們只是將資料釋出到主鏈並假設它是正確的,因此被稱 Optimistic (樂觀)。

顯而易見的問題是,Optimistic 怎麼能證明資料是正確的?這其實就是「欺詐證明」的用武之地。Optimistic Rollups 有一個名為「爭議解決系統」的機制。如果有人從 Rollup 鏈向主鏈傳送了無效或欺詐性交易,則該系統將捕獲和懲罰該人。想要將這批交易提交給主鏈的一方也必須提供保證金才能這樣做。這種保證金通常以 $ETH 為單位,如果 Rollup 網路中的其他方發現了無效或欺詐的交易,他們可以提交欺詐證明。通過提交此欺詐證明,交易將再次執行,但這次是在以太坊主鏈上執行,如果發現它真的是欺詐性的,則交易的提交方的保證金將被削減,該人將損失其資金,以此來阻止惡意行為。

需要注意的是,「爭議解決系統」是雙向的,即使是提交「欺詐證明」的一方也必須提交保證金,如果驗證交易是沒有欺詐的,那麼他們也會失去保證金。這可確保網路不會因多個不必要的欺詐證明而過載。

目前 Optimistic Rollups 已經有兩個主要協議投入使用,Optimism 和 Arbitrum。這兩者都以不同的方式在以太坊主網上推出,並獲得了不同程度的績效。


而 Optimistic Rollups 的主要問題是時間。在主鏈上驗證交易之前,必須有足夠的時間傳送欺詐證明,並驗證批次中沒有欺詐性的交易。因此,假設你在 Optimistic Rollup 鏈中提交了一個代幣交換的交易,你將不得不等待此交易所在的批次通過爭議解決系統,如果涉及欺詐交易,則它有待解決,然後才能驗證交易。此過程可能需要數天,有時需要 2 周,這意味著您可能需要等待很長時間才能執行交易。

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因此,一種更復雜的 Rollup 技術應運而生,被稱為 ZK-Rollups。

ZK-Rollups

ZK-Rollups 使用稱為「ZK 證明」的技術點。它的工作原理是在主鏈外進行計算和資料儲存過程,並將批次傳送到第 1 層,它們會被立即驗證或拒絕。簡單來說,將需要驗證的資料視為「祕密訊息」,將 ZK 證明視為一種工具,可讓你證明「祕密訊息」,而無需透露這個「祕密訊息」是什麼(因此也被開發者成為零知識)。它是一種可以證明你知道某些「祕密資訊」而不必透露它的方式,同時也進一步減少了傳送到主鏈的資料。這種零知識證明系統允許即時驗證或拒絕交易。

這項技術極其複雜,且是一項非常重要的技術,因此大多數以太坊社羣成員希望它成為以太坊擴充套件問題的長期解決方案。它在解決 Optimistic Rollups 的交易時間問題的同時也解決了 Gas 費用問題,並且技術的設計方式使得任何一方都不可能提交欺詐或惡意交易。

但是,ZK-Rollups 同樣也有缺點。雖然與 Optimistic Rollups 相比,它似乎是更好的解決方案,但它與 EVM 不相容。與 EVM 不相容意味著以太坊主鏈上的現有應用程式將無法輕鬆的移動到 Rollup 鏈。想要遷移到 Rollup 鏈上的現有應用程式將不得不重寫程式碼。

認識到這樣的重大問題,ZK-Sync 開發團隊目前正在開發與 EVM 相容的 Rollup 鏈。如果他們成功了,那麼 ZK-Rollups 將真正成為目前以太坊主網的「富人遊戲規則」改變者。

目前有很多專案以不同的方式使用 ZK-Rollups,比如 Loopring、Hermez、ZK Tube、AZTEC、Starkware 和 ZK-Sync,它們都很出色且非常具有創新性。

總結性思考

目前以太坊生態系統有數百個 DeFi 協議,所有這些協議都在以太坊主網的使用者大量使用。因此,可以想象一下當 Rollup 技術實現後的場景,它為幾乎任何擁有網際網路的人開啟了以太坊的 DeFi 世界。此外,低 Gas 費用和交易時間的減少本身將導致更多依賴「低費用和快速交易」的新專案被建立。因此,不僅將有成千上萬的新使用者能夠輕鬆使用以太坊,而且還將有成千上萬的開發者加入以太坊。

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值得注意的是,以太坊實際上可以成為解決區塊鏈三難困境的第一個區塊鏈。以太坊接下來的一個主要升級是合併,也就是將共識層(信標鏈,之前稱為「ETH2」)與執行層(目前的以太坊鏈,之前稱「ETH1」)合併,合併之後將再次只有一條以太坊區塊鏈。而在合併之後的下一個主要升級將是共識層的資料分片,實際上是加速 Rollups。

因此,簡而言之,以太坊路線圖是以 Rollups 為中心,旨在加速和增強 Rollups。

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