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以太坊重要扩容方案: Optimistic Rollup现状报告(上)
如果不是因为这篇研究报告是受 MolochDAO 之托而作，我想 DAOSquare 应该不会翻译如此“技术性”的学术论文（至少现阶段不会）。不过，以太坊的扩展性的确是一个重要且热门的话题，现有的解决方案包括 Optimistic Rollup、Zk Rollup，而 Optimistic Rollup 则是一个提出时间并不长的新兴方案，它被认为是最有前途的扩容方案。那么时至今日它的发展情况如何？前景又如何？本文作者 Daniel Goldman 通过大量的调研完成了此份报告，现在，DAOSquare 将这份成果分享给大家！不过由于篇幅过于“宏大”，我们将分三期奉上，本篇为第一部分。
作者：Daniel Goldman （丹尼尔 ·戈德曼）自由软件工程师、技术顾问、作家
译者： Emma、Snow Lu
校对：Samuel
以太坊新兴 Optimistic Rollup 生态系统的技术概览
Optimistic Rollerball (Daniel Goldman original, 2020)
以下报告由 MolochDAO 授权制作， John Adler 提供相关意见/复审；但此篇所有观点均代表本人。此外，项目评估仅为该报告发稿时的状态简况（2020年2月）。事事均在变化，不做过度承诺。
笼罩以太坊扩容社区的阴霾--Optimsitc Rollup
2019下半年，Optimistic Rollups (ORU或Optiroll) 作为以太坊 Layer 2 扩容协议迅速兴起大热。本文旨在概述新兴 ORU 的开发生态系统至发稿时的简况（2020年2月）。 我们先将 ORU 理论属性放于 Layer 2 设计空间大背景下，之后比较不同项目的方法和技术设计决策以及其中的各种取舍。9个项目包括：
- Fuel Labs
- ANON
- Whitehat, Cellani, Lim ( hereby “WCL”)
- Pinkiebell
- Offchain Labs
- Interstate Network
- Optimism
- IDEX
- Celer
点击 此处 回顾他们的差异性。最后，我们将深入探讨一些定性问题，这些问题将围绕以上项目如何在空间中发挥自己的作用。
背景 & 理论
尽管美名在外，但开放且未授权的区块链也有很多问题：网络中的所有完整节点必须可见，并验证系统处理的每笔交易； 超低效率（相较中心化数字支付系统而言）是加密货币备受争论的扩容挑战的核心。
Layer 2 协议是减轻此类负担的一类方法。将所有的节点全部验证所有交易，变为仅由感兴趣的各方（例如那些希望获得自己资金的人）对交易的某些子集进行本地验证，以此（以某种方式，形状或形式）来转移这种负担 。 重要的是，他们保留基本层无需信任的安全模型，同时无需依赖 用户自己运行的 软件以外的资源。
数据可用性：解决
在以太坊 Layer 2 研发的早期阶段，研发人员计划在隐含假设下运作，即基础层“减轻验证负担”就是完全将（某些）交易数据隔离在区块链之外。 （请参阅 Josh Stark 2018年初的文章 Making Sense of Ethereum’s Layer 2 以了解当时的思维方式）。
加密货币协议有其内在的经济属性，可以激励区块生产者及时地、广泛地共享区块（除非是自私挖矿等边缘情况 selfish-mining edge cases ）； 区块链基础层有时被称为“数据可用性引擎”。 确保数据是（完全）公开的，可以保证其能够进行验证，并且无效交易几乎无法通过。
因此，在Layer 2的场景中，如果要将数据完全隔离在链外，将不再能保证我们有这种数据可用性； 因为那些担心数据有效性的人可能会隐瞒数据。 因此，我们必须弄清楚，在这种极端情况下，如何以某种方式确保不会发生无效的状态更新。 对于Layer 2系统，数据隐瞒问题始终是最难最坏的情况；因为最糟糕的就是在没有信息的情况下去探寻事实。
如果我们的定义足够宽松，针对该数据隐瞒问题的所有解决方案都可以分为两大类：状态通道和Plasma（ channels and Plasma ）。 如果两方在一个通道中，双方一致同意后，链下数据的更新才真正有效。 因此，如果 Alice 选择保留 Bob 的数据，Alice 将处于最新状态； 保留数据对她没有好处。 相比之下，Plasma 则没有双方一致同意的这一要求。 这直接导致在 Plasma 中，如果用户没有任何直接证据，则可能发生无效更新。即使在这种情况下，Plasma 仍可以保证用户持有必要的链下数据，在交互质疑期中证明并确保其资产所有权。
就实际结果而言，状态通道已成为第一个 Layer 2 构造。人们很容易理解，且状态通道（可能）确实解决了一些基础的研究挑战，我们的确也看到状态通道在比特币和以太坊上的应用。 状态通道具有一些实用属性，例如即时交易，这些属性非常契合一些特定应用程序的需求。 尽管是较通用的扩容方案，但在某种程度上仍受限制。 从本质上讲，通道之间是彼此独立的，且免信任的连接将导致资本效率低下，及/或受制于可用的流动路径。 （我之前在 Bitcoin’s Lightning Network 发表了相关限制以及解决策略。）
Plasma 有望提供一种用途更广，侧链式扩容方案，使参与者之间可以更轻松地进行信息交互，但是它的发展路程却更艰难。 有关 Plasma 技术挑战的细节不在本文讨论范围之内。 但是，（非常）简单来说，不能保证数据可用性的这种特质，让很多特性难以立刻保留，例如：支持任意计价支付，用户的验证/存储要求最小化，避免大批量退出方案，以及支持智能合约逻辑 。 虽然可以缓解这些问题，但是解决一个障碍的代价往往是加剧另一个障碍。 简而言之，很难做到完全正确，即使这些构造足够可行，其复杂性也会让实践变得困难而缓慢。 （我已在 此处 及 此处 发表分析了 Plasma Cash 及其变体的合理进展及其带来的挑战。
Plasma 的问题让甚至一些人认为其会消失（ declare its demise ）。 即使有人认为这种说法还为时过早（例如我），但是毫无疑问，Plasma 比预期设想的更加困难复杂，而且传输结果的空间速度比最初希望的要慢。 随着 Plasma 的停滞，以太坊社区渴望类似非监管下的、具有侧链特性的事物。此时，就研究和实施状态而言，Optimistic Rollup 出现了。
数据可用性：让步
我们可以在各种先前的提案中发现目前 Optimistic Rollup 的构造痕迹，比如 Shadowchains , Coinwitness , bulk validation with ZK-SNARKS (现在 称之为 ZK-Rollup) , 以及 2015年初的一场关于Arbitrum 的学生演讲 等。
就目前了解而言， John Adler 和 Mikerah Quintyne-Collins（又称““ Bad Crypto Bitch ”）将协议基础称为“合并共识 Merged Consensus ”。 先前的 Plasma Group 团队（现为 Optimism，下文介绍）在一篇 博客文章 中描述了类似原理，并在 Optimistic Layer 2 游戏语义分析中将其定为框架，命名为 Optimistic Rollup（无论出于何种原因），并最终确定。
Optimictic Rollup 采用前一段中所述的框架并把它翻转过来；ORU 并不打算在数据隐瞒的情况下保留非监管性，而是采取了一种更直接的方法，即直接要求将交易数据发布在链上，更具体地说，要求将足够的数据发布在链上，以便任何运行以太坊节点的人都可以重建 ORU 的状态。 扩容的好处在于，Layer 1 仅需发现数据并将其 Merkle 树化为区块根 ，无需执行任何操作；（理想情况下）计算仅在 Layer 2 执行。因此，交易数据作为呼叫数据发布在链上，并且不存储在状态中；因为状态容量增长和计算成本（可能）是以太坊扩容的核心瓶颈，这具有不小的增长空间。
与 Plasma 一样，基础层无法直接验证交易就意味着会有一些无效交易。 在 ORU 下，任何当事方都将见证无效交易的更新，然后通过欺诈证据向基础层展示欺诈证明，欺诈证明将还原欺诈性区块以及及后续的区块更新。 一旦过了足够的时间而没有提交欺诈证明，就可以确定并汇总区块，从这些区块中启动的提款就可以完成。 为了抑制故意发布无效区块的行为对社区的恶意破坏，区块提交人会发布一个保证金，如果欺诈证明有效，将大幅削减保证金。 这种防欺诈处理的精确方式是任何特定 ORU 结构的核心。
与 Plasma 相比，ORU 有一个不可避免的根本性缺点，那就是它的扩容性相对较低。 假设链上数据与 ORU 块中的数据成正比，则 ORU 构造会受到基础层最大数据量的限制。 不过在其他方面 ORU 也有很多益处，包括：
- 更轻松/更广泛地支持智能合约
- 更容易地支持任意付款面额
- 无需许可的区块生产
- 更简单的博弈退出机制
- 相对简单的操作
Projects Overview 项目概览
本报告采访了9个使用 ORU 设计模式的项目，其中一个项目选择在发布时保持伪匿名状态（以下称为“ ANON”）。
仅考虑 Optimistic Rollup 范围内的项目，也就是说，它们必须都是 “Optimistic”，包括某种假设，即“假设有效，除非或者直到提交欺诈证明”（即，不是 ZK-rollup ）并包括“Rollup”，即，链上发布了足够的数据，任何观察者都可以重建状态并检测无效性（即，不是 Plasma）。大多数所讨论的大多数项目都严格符合这些参数，唯一的例外是 IDEX 2.0，其详细信息将在下面讨论。基于 Plasma 或与 Plasma 相邻的构建上工作的其他各种项目，都属于研究 ORU 的初期阶段，包括 Matic，LeapDAO 和 Cryptoeconomics Lab。
智能合约支持和欺诈证明互动性
ORU 项目之间的核心区别在于它们对智能合约脚本的支持程度，以及它们所需要的验证和欺诈证明的性质。 在本次调研的9个项目中，有5个项目在其 Rollup 中实现了完整的以太坊虚拟机功能，其中 rollup 侧链具有 Solidity 智能合约支持，其支持程度（大致）与以太坊基础层的智能合约支持程度相当，而其余项目则更偏向于支持更有限的、受限的功能。
广义上讲，除了智能合约功能本身之外，支持完整的 EVM 能够保证 rollup 和主链之间的技术一致性，有望与基础架构工具更轻松地集成，并且让开发人员更容易过渡，他们已习惯在 Layer1 上使用 Solidity 编译的智能合约。相反，那些更偏向于支持更有限的、受限的功能项目具有以下优点：成本更低的（或多或少）欺诈证明，验证更容易，可以针对特定用户直接实现优化以及总体上的简化。
以上是报告的第一部分，剩下两部分将于近日陆续发布，内容包括：
- 完整的 EVM: Layer 2虚拟机
- 应用特定的 Rollups
- 信任假设
- 营利
- 用户体验 / 验证
- 关于研究 / 讨论的开放性话题
原文地址： https://medium.com/molochdao/the-state-of-optimistic-rollup-8ade537a2d0f
