鴕鳥區塊鏈

L2大行其道,全面解析以太坊的各大擴容方案

鴕鳥區塊鏈要聞 2021-10-15 15:35
摘要:

以太坊正在成為一條模塊化的區塊鏈。也就是說,以太坊將越來越依賴外部執行層和外部數據可用性層來推進其基礎性能。

來源:Unitimes獨角時代

作者:William Peaster

當前的以太坊是一條整體單片式區塊鏈(monolithic blockchain) :它為自己提供安全性,執行自己的交易,并維護自己的數據可用性。

然而,這種傳統類型的區塊鏈,即為自己提供安全性、執行和數據可用性層的鏈,由于其「包攬了所有的事情」而存在固有的局限性。

這些局限性會給用戶帶來較高的交易成本。

這是因為以太坊執行層稀缺的區塊空間,加上不斷增長的網絡使用需求,導致了網絡擁堵,推高了交易成本。

換句話說,單片式區塊鏈一次只能處理這么多的交易 (transactions)。

為了解決這些局限性,以太坊生態中的開發者和研究人員近年來開創了一系列不同的可擴展性解決方案。這些方案有著不同的呈現方式和規模,但絕大多數都是作為以以太坊為中心的執行層,提供廉價和快速的 Crypto 交易。

現如今,許多新的可擴展性解決方案都已經可以使用了,而且更多的方案即將到來。為了緊跟目前正在發生的一切,本文將帶領讀者深入了解當前各大以太坊可擴展性方案!

鏈下擴容 vs. 鏈上擴容

當前,以太坊社區同時在使用鏈下擴容性策略和鏈上擴容策略。

鏈下擴容(off-chain scaling) 是指為以太坊等底層鏈提供外部執行的任何創新方式。人們將這些創新稱為「Layer 2」 (簡稱 L2) , 也即將交易的執行放在以太坊之外的第二層網絡進行,從而優化以太坊 L1 的性能。

鏈上擴容(on-chain scaling) 是指為了提高區塊鏈的吞吐量 (即每秒能夠處理的交易量) 而對其進行的任何直接修改。雖然諸如 Rollups 和 Validiums 等鏈下擴容方案會在短期內擴展以太坊,但以太坊網絡的長期補充策略是實現分片(sharding),也即將以太坊 L1 分成許多條有著共享安全性的分片鏈(shard chains)。

理解 L2

全面解析以太坊擴容賽道格局:L2 大行其道,模塊化或是未來

制圖:u/emkoscp

Rollups

Rollup 是一種可擴展性解決方案,通過在其自己的經優化的執行層上面執行交易,并將交易數據發布到以太坊(以后可能還有其他 L1s 公鏈) 上。通過這種方式,Rollups 鏈直接繼承了以太坊 L1 的安全性保障**。

放大來看,當前有兩種類型的 Rollups:ZK-Rollups 和 Optimistic Rollups。

1)ZK-Rollups 通過使用一種稱為 zk-SNARK 的加密證明,將許多筆鏈下交易“卷起來”形成一筆可驗證的交易批次。然后,這些較小的加密證明將被有效地發布到以太坊 L1 上面。

簡單來說就是,鏈下執行 + 通過 zk-SNARKs 提交鏈上數據 = ZK-Rollups。

全面解析以太坊擴容賽道格局:L2 大行其道,模塊化或是未來Loopring(路印) 是 DeFi 領域最受歡迎的 zk-Rollup 項目之一

當前我們可以使用的基于 ZK-Rollup 方案的 Rollups 網絡包括:

Loopring

Polygon Hermez

zkSync

2)Optimistic Rollups 也是將許多交易「卷起來」以批次的方式提交至以太坊 L1 鏈上,但這種方案并不使用零知識證明來證明交易的有效性:Optimistic Rollups “樂觀地”假設了交易的有效性,除非通過所謂的「欺詐證明」(fraud proofs) 成功地挑戰了交易的有效性。

簡單來說就是,鏈下執行 + 鏈上數據 + 欺詐證明 = Optimistic Rollups。

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Arbitrum 是基于 Optimistic Rollup 方案的 L2 網絡

當前我們可以使用的基于 Optimistic Rollup 方案的 Rollups 網絡包括:

Arbitrum One

Optimism

關于 Arbitrum One 網絡和 Optimism 網絡的使用細則和注意事項,可參考此前發布的文章 《一文讀懂新晉 L2 網絡 Arbitrum》 和 《L2 熱潮來襲!如何使用 Optimism 網絡?》

Validiums

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DeversiFi 是目前最大的基于 Validium 方案的 L2 項目

另一種類似于 Rollups 的可擴展性解決方案是 Validiums。

Validiums 的運作方式類似于 ZK-Rollups,因為這種方案也依賴于零知識證明來批處理和執行交易。但與 ZK-Rollups 相比,Validiums 在鏈下保存其數據可用性(即交易數據存儲在鏈下)**,而 ZK-Rollups 的數據可用性存儲在以太坊 L1 鏈上 。

這種動態特征使得 Validiums 這種擴容方案具有很高的性能(Validiums 能夠提供比 ZK-Rollups 更高的吞吐量),但同時也在一定程度上使這種方案具有托管的性質(這意味著 Validiums 的運營商可以凍結或者沒收用戶的資金) 。

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Sorare 是一款由 Validium 驅動的夢幻足球游戲

換句話說,鏈下執行 + 零知識證明 + 鏈下數據 = Validiums。

當前我們可以使用的基于 Validium 方案的項目包括:

DeversiFi(去中心化交易所)

Immutable X(一個以 NFTs 為中心的 L2 網絡)

Sorare(一款夢幻足球游戲)

Volitions

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Volitions 是一種混合式擴容解決方案,讓用戶能夠在「ZK-Rollup 模式」和「Validium 模式」之間進行選擇。

在實踐中,這意味著 Volitions 的用戶能夠使交易在鏈下執行,同時可以選擇鏈上數據可用性或者鏈下數據可用性,也即選擇將數據可用性保存在以太坊 L1 鏈上或者在 Valildiums (鏈下)。

側鏈

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就以太坊而言,側鏈是與以太坊兼容的區塊鏈。

側鏈 (sidechains) 可以是獨立的區塊鏈,比如 BSC(幣安智能鏈),或者更普遍的是,為了明確地迎合以太坊用戶的定制區塊鏈,比如 Polygon 的側鏈。側鏈與以太坊的兼容性源于它們支持 EVM(以太坊虛擬機)。

因此,側鏈可以作為以太坊 L1 的外部執行層,即便側鏈并沒有直接繼承以太坊 L1 的安全性保障。但一些側鏈項目,比如 Polygon 的側鏈,通過向以太坊提交檢查點 (checkpoints),模糊了這種區別。

當前我們可以使用的側鏈包括:

Polygon

xDai

Ronin(NFT 游戲 Axie Infinity 量身定制的側鏈)

狀態通道

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Connext 是以太坊生態中最知名的狀態通道項目之一

狀態通道 (State Channels) 是一種由多簽智能合約支撐的鏈下擴容方案。在狀態通道網絡中,ETH 等加密資產可以鎖定在這些合約中,用于在用戶之間創建雙向支付通道。

換句話說,狀態通道就像是在「記賬」,用戶彼此之間可以在鏈下進行數百次交易,然后通過向以太坊 L1 發送最后一筆交易來停止記賬。這樣一來,原本是許多筆的交易,通過狀態通道得以簡化。

目前我們可以使用的狀態通道項目:

Connext

Plasma

Plasma 鏈是一種依賴于欺詐證明 (fraud proofs) 的擴容方案,類似于 Optimistic Rollups。但與 Optimistic Rollups 不同的是,Plasma 將數據可用性保存在鏈下。盡管是以太坊 L2 研究的最早領域之一,Plasma 的實現未能像其他更新的擴容方案那樣獲得足夠的吸引力。

以太坊 L1 何時實現分片?

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上圖:以太坊的更新路線圖。制圖:trent.eth

以太坊開發者社區預計,分片(sharding) 將在未來幾年內推出。

這一更新將把以太坊一直以來的單一協議擴展到 64 條新的「分片鏈」上。通過這種方式將以太坊網絡的負荷分布到這些分片鏈上,以太坊 L1 得以實現水平擴展,極大地改善了交易延遲和吞吐量能力。

值得注意的是,正如以太坊創始人 Vitalik Buterin 之前強調的那樣,「分片和 Rollups 帶來的可擴展性好處相互疊加」,這些創新將使以太坊輕松地支持數十億用戶。

以太坊擴容的未來是模塊化的

直到最近,以太坊一直是一條整體單片式區塊鏈,僅依靠自己提供安全性、執行和數據可用性。

我們現在正開始看到,以及未來會越來越多地看到,以太坊正在成為一條模塊化的區塊鏈。也就是說,我們將看到以太坊越來越依賴外部執行層和外部數據可用性層來推進其基礎性能。

從 Rollups 到側鏈,我們已經討論了這些早期的外部執行層是什么樣子。同樣值得注意的是,像 Polygon Avail 這樣的定制化數據可用性區塊鏈,也將在擴大模塊化區塊鏈未來的可能性方面發揮重要作用。

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