V神 : 混合式二層（Layer 2）協議的曙光

注：原文作者是以太坊創始人VitalikButerin，以下是譯文內容。

特別感謝PlasmaGroup團隊提供的審閱及反饋工作。

目前2層擴容方法正從理論階段走向實踐階段，但同時，這些擴容技術所存在的內在挑戰也越來越容易被看到，也因此它們距離成為成熟的以太坊擴容技術還有一段距離。以太坊在很大程度上可以說是成功的，因為它的開發體驗是非常簡單的：你編寫一個程序，發布該程序，任何人都可以與之交互。另一方面，設計一個狀態通道或Plasma應用，依賴于很多關于激勵和特定于應用的開發復雜性的明確推理。對于特定的用例，例如相同的兩方之間的重復付款和二人博弈游戲，狀態通道是適合的，但對于更廣泛的應用而言，這被證明是具有挑戰性的。而Plasma，在支付方面可以很好地發揮作用，但面對更多的應用也同樣會面臨挑戰：即使實施一個去中心化交易所，也需要客戶端存儲更多的歷史數據，在Plasma上應用以太坊式智能合約似乎也非常困難。

但與此同時，一個被遺忘的“半layer-2”協議類別又重新出現了——這個類別在擴展性方面的收益較小，但其具有更容易泛化和更有利安全模型的好處。在一篇被大家遺忘已久的博客文章中，我介紹了“影子鏈”的概念，即區塊數據發布在鏈上，但默認情況下區塊不會被驗證的一種架構。相反，區塊是被暫時接受的，只有在一段時間后才能最終確定。在這兩周內，一個暫時接受的區塊可能會受到挑戰；只有這樣才能驗證該區塊，如果該區塊被證明是無效的，那么該區塊所在鏈將被恢復，并且原始發布者的存款將受到懲罰。合約不會跟蹤系統的完整狀態，它只跟蹤狀態根，用戶自己可通過從頭至尾處理提交給鏈的數據來計算狀態。而最近出現的一個ZKRollup提議，通過使用ZK-SNARKs驗證區塊的有效性，在沒有挑戰期的情況下做同樣的事情。

V神對Galaxy Digital創始人在早期購買以太坊表示感謝:針對Galaxy Digital創始人Mike Novogratz透露從V神手中購買50萬枚以太坊一事，V神在推特表示，這是向以太坊基金會購買，而不是我個人。我感謝Novogratz和其他早期購買ETH的買家。如果沒有他們，也許以太坊基金會在經濟上不會幸存下來，以太坊的發展也會更加艱難。[2020/11/17 21:06:01]

在鏈上發布ZKRollup包的剖析圖：影響ZKRollup系統狀態的數百筆“內部交易”被壓縮成一個包，每筆內部交易包含約10個字節，用于指定狀態轉換，再加上一個約100-300字節的SNARK。

在這兩種情況下，主鏈用于驗證數據可用性，但不驗證區塊有效性或執行任何重要的計算，除非有挑戰被提出。因此，這種技術并不具有驚人的可擴展性收益，因為鏈上數據開銷最終會成為瓶頸，盡管如此，它依然是一個非常重要的技術。數據比計算便宜，有很多方法可以非常顯著地壓縮交易數據，特別是因為交易中的大部分數據是簽名數據，很多簽名可通過多種形式的聚合壓縮為單個簽名。zkrollup通過將每筆交易壓縮到僅10個字節，其可承諾每秒500筆交易，這比以太坊鏈本身的吞吐量高出30倍。簽名不需要包括在內，因為有效性由零知識驗證。而使用BLS聚合簽名，可以在影子鏈中實現類似的吞吐量。而即將到來的以太坊伊斯坦布爾硬分叉，將把數據的gas成本從每字節68單位降低到每字節16單位，從而將這些技術的吞吐量再提高4倍。

V神：不會同時存在兩個版本ETH:金色財經報道，針對推特用戶提問“你不認為暫時在交易所中會出現兩個版本的ETH嗎？”，V神回復稱：“為什么會有人為此提供流動性呢？僅是將ETH轉移到ETH 2鏈上，不會產生利潤。”[2020/11/5 11:39:38]

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那么，數據鏈上技術與數據鏈下技術相比有什么好處呢？首先，前者不需要半可信的運營者。在ZKRollup中，由于有效性是由加密證明驗證的，所以package提交者沒法實現惡意破壞。在optimisticrollup中，惡意提交者可以發布壞區塊，但下一個提交者將在發布自己的區塊之前立即挑戰該區塊。在ZKrollup和optimisticrollup中，在鏈上發布足夠的數據，允許任何人計算完整的內部狀態，只需按順序處理所有提交的delta，并且沒有可奪走此屬性的“數據預扣攻擊”。因此，成為一個運營者可能是完全沒有權限的，所需要的只是一個用于反垃圾交易目的的保證金。

第二，optimisticrollup特別容易概括；optimisticrollup系統中的狀態轉換函數實際上可以是任何可在單個區塊的gas限制內計算的函數。盡管在實踐中，使ZKSNARKs超過通用計算是非常困難的(至少目前而言是這樣），ZKRollup在理論上也是可用同樣的方式進行概括的。第三，optimisticrollup更容易構建客戶端，因為其對第二層網絡基礎設施的需求更少，只需掃描區塊鏈就可以完成更多的工作。

V神：使用zk rollups可以最有效的減少gas費用:V神在推特表示，在ETH和ERC20 代幣轉帳中使用zk rollups可以最有效的減少gas費用。[2020/8/4]

但這些優勢來自于哪里呢？答案在于一個被稱為數據可用性問題的高級技術性問題。基本上，在第二層系統中有兩種欺騙方法。第一種是將無效數據發布至區塊鏈，第二種方法是根本不發布數據。已發布但無效的數據很容易處理，因為一旦數據在鏈上發布，就有多種方法可以明確地確定其是否有效，而無效的提交則是明確無效的，因此提交者可能會受到嚴重懲罰。另一方面，不可用的數據會更難處理，因為即使在受到質疑時可檢測到不可用性，也無法可靠地確定未發布的數據是誰的錯誤，尤其是在數據被默認保留的情況下，僅當某些驗證機制試圖驗證其可用性時才按需顯示。這一點在“漁夫困境”中得到了說明，它顯示了一個挑戰響應游戲如何無法區分惡意提交者和惡意挑戰者：

漁夫困境，如果你只在時間T3開始查看給定的特定數據，那么你不知道自己是處在Case1還是Case2中，因此誰是錯誤的呢？

Plasma和狀態通道，通過將問題推給用戶，都是圍繞解決“漁夫困境”問題：如果你作為用戶，你決定你正在與之交互的另一個用戶不向你發布他們應發布的數據，那么你有責任退出，并轉移到另一個交易對手/運營者。事實上，作為一個用戶，你擁有所有以前的數據，以及關于你簽署的所有交易的數據，這允許你向鏈證明你在layer-2協議中擁有哪些資產，從而安全地將它們帶出系統。你證明了一個給了你資產的操作的存在，沒有其他人能證明你批準的將資產發送給他人的操作的存在，所以你得到了資產。

聲音 | V神：對YouTube回應刪除加密視頻是因涉及Ethereum路線圖感到奇怪:被Youtube下架視頻的加密視頻制造者Christian Peel今日發推稱，“Youtube官方回應道，他們認為視頻中涉及Vitalik Buterin在Coinbase上就2016年的Ethereum路線圖進行問答的視頻是“有害或危險的內容，我已經上訴”。V神轉發并說道，有首詩說：我知道有首詩說當他們來找我說出來已經晚了，但是，審查一個虛無縹緲的路線圖回答只是…奇怪的。看來我們需要youtube的替代品。[2019/12/26]

這種技術很優雅，然而，它依賴于一個關鍵的假設：每個狀態對象都有一個邏輯上的“所有者”，并且沒有所有者的同意就無法更改對象的狀態。這對于基于UTXO的支付而言是好的，它甚至可用于去中心化交易所，但這種“所有權”屬性還遠遠不夠。一些應用程序并不具有自然所有者，即使在那些擁有所有者的應用程序中，也常常有多個人可合法地對對象進行編輯。而且，如果不引入拒絕服務攻擊的可能性，就無法允許任意第三方退出資產，準確地說這是因為無法證明發布者或提交者是否有過錯。

聲音 | V神：在沒有大型反DoS安全因素的情況下建立公鏈都是瘋狂的:V神在推特中稱，任何人在沒有大型反DoS安全因素的情況下建立公鏈都是瘋狂的。推特用戶John Galt@Brainvelli回應稱，收取燃氣費并不是真正的反DoS。你不能向普通用戶收取燃料費，他們不明白什么是燃料。我不是在談論txfees。我的意思是將區塊大小限制設置為區塊鏈理論上可以處理的幾倍，以防萬一有人想出一種聰明的方法來創建異常高負荷的事務。[2019/8/22]

另外，Plasma和狀態通道也存在各自特有的問題。狀態通道不允許已不是通道一部分的用戶進行鏈外交易。Plasma要求用戶存儲大量的歷史數據，當不同的資產可相互纏結時，這些數據會變得更大買單機制的去中心化交易所中發生的那樣）。

由于數據鏈上計算鏈下第2層技術沒有數據可用性問題，所以它們沒有這些弱點。ZKrollup和optimisticrollup非常小心地在鏈上放置足夠的數據，以允許用戶計算第2層系統的完整狀態，確保如果任何參與者消失，新的參與者都可輕松取代他們。它們唯一存在的問題，是在不進行鏈上計算的情況下驗證計算，這是一個更容易解決的問題。而且，擴展性獲得了顯著的提高：在ZKRollup中，每筆交易大約有10個字節，通過使用BLS聚合簽名，可以在optimisticrollup中實現類似級別的可擴展性。這相當于目前理論上每秒最多可支持500筆交易，而在伊斯坦布爾硬分叉后，就可實現超過2000TPS。

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但如果你想要實現更多的可擴展性呢？然后，在數據鏈上layer2和數據鏈下layer2協議之間有一個很大的中間地帶，有很多混合方法可以為你提供這兩者的一些好處。舉個簡單的例子，可通過發布一個映射來防止在PlasmaCash上實現的去中心化交易所的歷史存儲爆炸問題，該映射表示哪些訂單與鏈上的哪些訂單匹配：

左邊：如果PlasmaCash用戶擁有1個幣，他們需要存儲的歷史數據。中間：如果PlasmaCash用戶擁有1個使用原子交換與另一個幣進行交換的幣，他們需要存儲的歷史數據。右邊：如果訂單匹配在鏈上發布，PlasmaCash用戶需要存儲的歷史數據。

即使在去中心化交易所的環境之外，用戶需在Plasma中存儲的歷史數據量，也可以通過讓Plasma鏈定期在鏈上發布每個用戶的一些數據來減少。我們還可以想象一個平臺在某些狀態沒有邏輯“所有者”的情況下像Plasma一樣工作。Plasma開發人員已開始著手這些優化工作。

因此，對于layer2可擴展性解決方案的開發人員來說，這種混合方案極大地提高了開發的易用性、通用性和安全性，并減少了每個用戶的負載。這樣做的效率損失也被夸大了：即使在完全脫鏈的layer-2結構中，用戶在不同的交易對手和供應者的存款、取款和移動將是不可避免的，并且會經常發生，因此，不管怎樣，都會有大量的每用戶鏈上數據。混合路由為在半layer-2體系結構中快速部署完全通用的以太坊式智能合約打開了大門。

另請參見：

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