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全面易懂的分析现有L2环境

金色-去中心化金融社区2022-03-23 07:03:08

介绍

区块链领域中最具争议的话题之一无疑是可扩展性。

更具体地说，扩展以太坊已经被证明是一个具有挑战性但必要的操作；随着其日益流行，要求将交易包含在区块中的请求增加，从而导致交易成本增加。以太坊主网以每秒处理约15笔交易，所以似乎有必要提高吞吐量。

为了减轻以太坊节点的负担，出现了许多限制主网所需处理或存储量的解决方案，每个解决方案都有自己的优点和缺点。

为了提高以太坊网络在其实际单链配置中的速度，现在正在使用多种可替代的扩展策略；它们都旨在从以太坊主区块链上卸载交易处理以提高可扩展性，但它们确实这以各种不同的方式。

值得注意的是，这些扩展技术并不仅限于以太坊，也可能用于其他网络。

今天这篇文章的目的是介绍区块链生态系统中主要的扩展可能性。

实际上，现有技术有各种共识算法和新的实现，比如分片方法，它们直接在基础层解决可扩展性问题。

正如在之前的报告中所预期和解释的，分片链仅占当前区块链的一小部分，这些区块链在最近几个月引起了人们的极大兴趣，包括在 Harmony One 上的DeFi Kingdoms和Aurora (Near Protocol的EVM兼容链)的引入。这些生态系统发展的主要驱动力是部署在其中的应用程序，其更快的速度和更便宜的gas费用会给用户带来更好的体验。

在分片链家族中，有可能找到以太坊2.0。

此外，还有构建在rollup之类的侧链和解决方案；这种技术继承了来自主层的所有安全性和共识协议，使它们比大多数其他扩展技术具有更大的优势。在这方面，这些解决方案可以被归类为“非托管”侧链。

从本质上讲，rollup收集大量的交易，在链下计算它们，然后将它们作为单个链上交易进行广播。

目前在以太坊主网上活跃的rollup分为两种类型：

ZK-Rollup(其中Zk代表零知识)，由有效性证明支持
Optimistic，通过欺诈证明实现

在深入这个领域之前，有必要提一下什么是“零知识”证明。

零知识证明

从它的纯定义开始，零知识证明(Zero Knowledge Proof, ZKP)是一组工具，可以在不揭示潜在假设的情况下验证信息。

“零知识”的表达源于没有提供任何(“零”)关于特定事实的信息的想法：这是由一组加密技术实现的，该技术使“证明者”能够在不披露任何数据的情况下，以数学方式向“验证者”表明一个计算断言是有效的。

ZKP已经被引入到区块链域以改进其功能。零知识证明可以分为交互式和非交互式两种类型。

交互式ZKP要求证明者进行一系列的活动或行动，以说服验证者他们拥有某些知识。交互式ZKP中所需的大部分活动都包含了数学概率思想。
非交互式zkp不需要证明者和验证者之间的交互，否则验证可能会在之后发生。在这种情况下，这类ZKP需要额外的计算机或软件。

所有的零知识证明(交互或非交互)必须满足三个先决条件:

完整性：如果一个陈述为真，验证者可以验证证明者持有所有必要的输入。
有效性：断言不能被反驳，验证者不能被说服证明者有必要的输入。
零知识：验证者除了断言是真还是假之外没有其他信息。其他各方的信息和个人数据保持匿名。

ZK-Rollup

零知识Rollups将所有交易数据提交到主链，它们使用所谓的Zk-Snark验证交易。

该加密工具由 Vitalik Buterin 于2018年推出。

缩写SNARK代表s uccinct, n on-interactive argument of Knowledge：

简洁意味着证明比基础数据更短。
知识论证表明，如果没有适当的“证人”或证据来证明他们所证明的东西是真实的，一个证明者就不能构建被验证的证明。

一旦这些验证证明完成并发布到主链，其中包含的所有交易都被声明为final。L2节点构造这些证明所需的处理能力非常高，因为它们使用加密活动。

ZK-rollup通过中继者(也称为操作者或验证者)合并交易，然后由中继者生成零知识证明来证明交易的真实性。在此之后，在主层上提交并发布证明。

Optimistic Rollup

Optimistic Rollups的基本假设是，所有已处理的交易都是有效的。事实上，这个名字来源于节点对链的乐观状态。

每当发现交易无效时，节点可以通过提供欺诈证明来质疑发现错误交易的整批交易：支持乐观的底层系统将在主链上重新运行一批交易rollups（乐观虚拟机，OVM）。

总的来说，OVM 允许L2上的交易完成，即使它们已被L1拒绝为无效；如果交易被认为无效，L2链会重置到欺诈交易被发现之前的状态。由于欺诈性交易，所有后续交易都变得无用。

由于这种乐观的方法是建立在提交的交易总是真实的前提下，直到被证明是不同的，所以它被认为有点“基于信任”。

如果在生态系统中为玩家提供了适当的激励，那么这个假设就会变得现实。然而，为了防止出现最坏的情况，也有必要采取额外的预防措施。例如，当将资金从L2转移到L1时，Optimism 有7天的持有时间，以便为验证者提供足够的时间来发现和标记任何欺诈性交易。

Optimism和 Arbitrum 是在以太坊上实现的两个最新的Optimistic Rollups，它们是同类中最重要的。这些解决方案在以太坊社区中得到了大量关注和报道。

Validium

以类似于ZK-rollup的方式运行，不同之处在于数据保存在链下。因为交易数据不是发布在区块链上的，所以有必要采用额外的信任假设，因为用户必须信任运营者，以便在需要时可以访问数据。

Validium的链下数据存储有很多好处，包括更快的交易速度和保障了客户隐私，因为交易是不允许公众访问的。

然而，由于数据是在链下保存的，因此用户将无法轻松显示他们在智能合约中的可用金额。

因此，为了筹集资金，他们必须从中继者那里获得数据，并且必须对中继者的可用性做出假设。

为了解决这个问题,，StarkWare等解决方案提供了一个数据可用性委员会(DAC)，使它存储所有链下数据并在紧急情况下可以公开访问，从而使用户能够减少对这些中继者的依赖。因为它们仍然是使用零知识证明，不存在传播错误状态的危险；相反，用户此时必须相信的只是信息的及时性。

Validium 解决方案是最近才出现的，因为它们建立在ZK-rollup所奠定的基础上，如果扩展解决方案的有效性证明套件越来越流行，它们可能会获得动力。

Validium的项目包括DeversiFi、ZKSwap(支付和交易平台)、Sorare(足球NFT游戏)和Immutable X (NFT市场)。

Plasma

在Plasma家族中，你可以找到几个基本复制以太坊的区块链，它们通过信任最小化的桥架构连接到以太坊。每个Plasma链都可以采用自己的交易验证流程，但以太坊区块链仍然是真理的最终权威。

Plasma用户不需要对运营者抱有信心，而且总是有机会收回他们的现金，即使是在运营者不诚实或进行阻碍的情况下。虽然Plasma的发布在以太坊社区引起了极大的兴趣，但它也带来了一些挑战：新数据可用性的混合网络攻击，要求用户监控交易来检测恶意行为，以及对如果大量用户试图同时退出 Plasma 链，主链上的数据容量会减缓基于 Plasma 的系统的采用。

此外，许多 Plasma 设计一直受到一系列用户体验和安全问题的困扰，它们并不能促进智能合约的开发。例如，OMG和Polygon现在已经放弃了Plasma，这让一些人认为它已经死了。

比较

到目前为止，由于其允许开发者将他们的以太坊应用“复制和粘贴”到L2平台上的特性，Optimistic Rollups得到了最大的关注和接受。

领先的以太坊主网应用，如 Uniswap 和Synthetix，已经开始使用基于概率Rollups解决方案的Optimistic Rollups解决方案部署他们的应用。类似地，ZK-rollup和Validium解决方案虽然目前对通用智能合约提供的支持非常有限，但仍在积极实施中。

ZK-rollup相对于Optimistic rollup的一个主要优势是没有退出时间。中继者将无法欺骗系统，因为使用零知识证明来建立交易的真实性。

一般而言，这些举措的发展高度依赖于他们可以提供什么。零知识证明 EVM 兼容性的未来有望很好地促进基于有效性证明的 L2 解决方案组合的增长。

随着Matter Labs和StarkWare率先通过选择数据可用性来使用这些证明的可访问性，它们可能会超过Optimistic rollup。零知识证明所提供的安全性，以及中继者发布恶意活动的难度，使得L2系统使用它们的能力的未来看起来更加光明。

截至今天，整个L2领域的锁定总价值约为60亿美元。

从下面的图表中可以看出，我们已经从门户网站L2Beat获得了更新的数据，其中突出显示了Optimistic Rollups如何保持市场领先地位，占总市场价值的70%，其中Arbitrum以31亿美元排名第一。采用ZK-Rollup的L2应用程序 dYdX 以9.95亿美元的价值位居第二。到目前为止，Validium 提供了一个较低的 TVL，随着 IMX 和 Sorare 的出现，这看起来很有希望。