了解以太坊擴展演進歷程 以太坊會有怎樣的擴展未來_以太坊:PLA

原文作者：Paween Pitimanaaree

以太坊一直是用戶和開發人員的首選區塊鏈，在 DeFi 和 NFT 上的 TVL 超過 550 億美元。然而，如此高的網絡采用率也給以太坊網絡帶來了重大問題，尤其是在其可擴展性方面，因為目前的網絡在保持理想的去中心化程度的同時，每秒平均只能處理 13.5 筆交易。

為了提高以太坊的可擴展性，過去幾年開發了多種方法，目前正在研究更多方法。這些解決方案包括狀態通道、Plasmas、Validiums、Rollups 和側鏈。

雖然它們可能被分類為不同的類別，但實際上它們并不完全不同。一些基本思想本質上是相同的，并且通常建立在以前的思想之上。

因此，本文的其余部分旨在概述這些以太坊擴展解決方案實際上是如何隨著時間的推移而發展的。

以太坊擴展解決方案的示例。（* 側鏈可以擴展以太坊，但不能從以太坊的安全性中受益）

狀態通道是以太坊擴容最早也是最簡單的方法。關鍵思想是在鏈下處理交易，只將最終結果發布回主網絡。這將減少到主網的不必要的中間交易，從而減少潛在的網絡擁塞。

美國紐約古根海姆博物館正在招聘了解NFT的職員:據CoinDesk消息，根據一份新的招聘公告，美國紐約市的現代藝術圣地之一古根海姆博物館正在關注NFT的潛在未來。博物館管理人員寫道：古根海姆博物館希望下一個MBA實習生提供對基于NFT的藝術的評估，這是一個新興、快速增長、高度可擴展的藝術領域。[2021/3/20 19:02:29]

狀態通道用戶流。以太坊交易的數量可以減少到 2 筆——打開和關閉通道。

以下是鏈下交易在幕后的工作方式。想象一下 2 個用戶 A 和 B 想要在他們之間轉賬。如果 A 向 B 發送 10 美元，B 向 A 發送 5 美元，最后 A 向 B 發送 20 美元。而不是在鏈上分別發送這 3 筆交易，如果他們同意 A 應該在單筆交易中向 B 發送總共 10-5+20= 25 美元。

為了概括這個想法，一組參與者可以打開一個狀態通道并將資金鎖定在主網上通道的多重簽名智能合約中。然后，他們可以在他們之間解決鏈下交易，并且只有在同意解鎖資金并關閉通道后才將最終狀態更新到以太坊。

狀態通道主要用于需要就彼此的行為達成一致的兩方之間的微交易和支付。它們不能很好地擴展以支持智能合約，因為

dApp 通常涉及大量最終用戶，這使得各方之間的協議更加復雜。

智能合約 dApp 通常可以由任何人在以太坊或狀態通道上無需許可地進行交互，從而在每個網絡上創建不同的事實。

BB：中國非常了解區塊鏈的能力，準備在政策層面取得成功:Block.one CEO?Brendan Blumer（BB）在接受采訪時表示：“我們看到亞洲正在積極采用區塊鏈技術，以及如何在公共和私有區塊鏈組件之間創建互操作性。中國正在建設大型私人基礎設施。我認為中國非常了解區塊鏈的能力，已經將其作為革新本國貨幣和提高本國貨幣地位的基石，尤其是在新興市場。就經濟增長而言，中國最令人難以置信的事情之一是他們如何積極地鋪平道路，以讓組織可以利用這些新技術進行創新，而美國則用監管阻礙了組織的發展。在中國，政府已經開拓了道路。你可以從增長數字中看到這一點。他們準備在政策層面上取得成功。”（福布斯）[2020/10/20]

Plasma 定期將 Merkle 根狀態哈希發布到以太坊。在有人提供欺詐證明并質疑其有效性之前，所有狀態更新都被視為有效。

Plasma 鏈只是一個由運營商運行的獨立區塊鏈，它定期將檢查點保存到以太坊網絡。這些檢查點存儲為 Merkle 根狀態哈希以提高 gas 效率。這意味著任何交易計算都可以卸載到 Plasma 鏈以實現可擴展性，同時利用以太坊層來驗證 Plasma 鏈的狀態更新正確性。

為了確保狀態轉換正確，Plasma 采用了防欺詐機制。每個過渡都被認為是正確的，直到有人在該時間段內對其提出質疑（通過提供使過渡無效的證據）。任何不正確的狀態轉換都將被簡單地丟棄，而新的轉換將建立在先前正確的轉換之上。

加拿大央行正在招聘深入了解數字貨幣的經濟學家:10月19日消息，加拿大央行正在招聘一位對金融技術和數字貨幣有深入了解的經濟學家，這可能是加拿大央行邁向數字貨幣（CBDC）一系列舉措的最新一步。根據官方頁面，經濟學家的職責將是監測和分析與電子資金和支付有關的最新發展，實施研究項目，編寫分析說明并致力于“ CBDC的潛在發展”。申請人必須滿足一系列要求，其中包括對比特幣、以太坊和其他主要加密貨幣平臺的深入了解，以及熟悉傳統支付系統。（Cointelegraph）[2020/10/19]

Plasma 在正常情況下可以很好地工作。然而，問題之一是當操作者宕機或惡意時。如果運營商停止提供交易信息，那么沒有人將能夠生成證明來使狀態轉換無效。因此，運營商的任何惡意行為（例如運營商從另一個賬戶竊取資金）最終都會在主網中被接受。

在這種情況下，為所有用戶實施“大規模退出”方案，以使用最新的有效狀態退出 Plasma 生態系統。但是，整個狀態數據將被轉儲到以太坊上，這可能會引發網絡擁塞。

另一個問題是非 EVM 兼容性。通用智能合約的狀態沒有明確的類似所有權的結構，這意味著任何人都可能在狀態轉換中取得進展，從而使這些合約無法退出游戲。

Validium 在以太坊上發布 Merkle 根狀態哈希和 ZK 證明作為檢查點。狀態更新的正確性由 ZK 證明來驗證。

BitCherry CEO：將建立開發者社區，讓用戶多維度了解BitCherry:BitCherry CEO Paul表示：“BitCherry目前在與已合作企業建立更深度的合作，幫助他們構建分布式商業架構，但在主網以及商業落地之前，對于技術的差別大家很難意識到，只有當基于底層真正來做一些開發、應用實現的時候，才會感受到不同鏈之間的微妙區別。接下來，我們會更加注重社區中的內容質量，以及組成形態，目前計劃內的是建立開發者社區，以便讓愛好者們通過不同的維度了解我們。”[2020/9/2]

Validium 還運行自己的區塊鏈并將 Merkle 根狀態哈希發布到以太坊，類似于 Plasma。它們的主要區別在于狀態更新驗證機制。Plasma 依賴于防欺詐機制，而 Validium 使用零知識 (ZK) 證明，例如 ZK-SNARKs 和 ZK-STARKs。

ZK 證明是生成的計算連同狀態更新一起提交給以太坊，以確保狀態轉換是有效的。盡管 ZK 證明的復雜生成過程可以在鏈下計算，但鏈上驗證相當容易。這使得 Validium 可以在以太坊上更新狀態和證明后立即確定。

然而，由于其復雜的密碼計算，ZK 證明與 EVM 字節碼存在兼容性限制。因此，當前可用的 Validium 應用程序僅限于簡單的用途，例如代幣傳輸，僅涉及簡單的加減運算。

除了 EVM 不兼容之外，數據可用性仍然是一個問題。Validium 仍然依賴于鏈下數據存儲（通過數據可用性委員會或 DAC）來確保交易數據始終可以重建為完整的區塊鏈狀態。但是，這為安全模型增加了另一層信任，因為它需要信任另一方始終可用并正常運行，即使該方是去中心化的。

The Block研究總監：不懂Compound，就如同不了解部分準備金銀行制度:The Block研究總監Larry Cermak發推稱，Compound實際上顯示了你們中有多少人不知道什么是部分準備金銀行制度（fractional-reserve banking）。你怎么可能在不了解它是什么的情況下就想消滅它呢？

注：部分準備金銀行制度是現代銀行體系的一種管制形式。依法要求有關金融機構將其所吸收的存款的一定比例，以中央銀行存款（或庫存現金）的形式留作準備金。[2020/7/5]

Rollup 發布狀態根和壓縮交易信息（加上 ZK Rollup 中的 ZK 證明）。

Rollup 解決了數據可用性問題。它們可以被認為是下一代 Plasma 鏈和 Validium。除了狀態更新（在 ZK Rollup 的情況下加上 ZK 證明）之外，交易信息作為 calldata 在以太坊上發布。這意味著給定在以太坊上提交的所有 calldata，總是可以從頭開始重建區塊鏈的當前狀態。因此，我們不需要單獨依賴任何第三方，如 DAC 來存儲狀態樹。

有兩種主要類型的 Rollup：Optimistic Rollup 和 ZK Rollup。

與 Plasma 鏈的工作方式類似，Optimistic rollups 認為狀態轉換是有效的，直到有人挑戰。任何人都可以通過在以太坊網絡上的“驗證者合約”上實施的防欺詐機制來質疑并聲稱狀態更新不正確。

防欺詐機制有多種方法：

Optimism 使用單輪交互式證明，以太坊必須在鏈上執行整個 L2 交易以進行驗證。這種方法可以立即防止欺詐，但會帶來大量的計算 gas 成本。

Arbitrum 使用多輪防欺詐，執行鏈下二進制搜索來查找無效轉換狀態更新的“操作碼”。只有一個操作碼在鏈上執行，這意味著這里所需的 gas 要低得多。

最終，防欺詐可確保以太坊上發布的狀態有效且完全可重構，而無需信任外部各方。Optimistic rollups 也與 EVM 兼容，這意味著在以太坊上運行的任何 dApp 都可以輕松移植，而無需更改任何代碼。這使得 Optimistic Rollup 作為以太坊擴展解決方案被廣泛采用。

ZK rollup 只是 Validium 和數據可用性的結合。該鏈定期在以太坊上提交其哈希狀態以及壓縮的交易數據，并使用有效性證明來驗證狀態轉換。

與 Validium 類似，ZK Rollup 無法有效地與 EVM 兼容，因為為完全集成的 EVM 環境生成證明可能需要數小時才能完成。追求使用 EVM 或 ZK-EVM 開發 ZK rollup 的項目正在平衡 EVM 兼容性和性能之間的權衡。事實上，Vitalik 將 ZK-EVM 分為 4 種類型，從完全等效于以太坊到部分兼容 EVM，如圖 1 所示。

不同類型的 ZK-EVM。

目前，只有尚未與 EVM 等效的 Type 4（例如 zkSync 和 Warp）和 Type 3（例如 Scroll 和 Polygon Hermez）是可行的，因為必須采取更多的變通方法來使用 ZK 證明來充分發揮 EVM 的功能。但是隨著以太坊變得對 ZK-SNARK 更加友好并且正在進行更多的研究和開發，我們應該能夠看到 Type 2 和 Type 1 ZK-EVM 在未來變得普遍。

側鏈是獨立的區塊鏈，運行自己的區塊參數和共識機制。他們可以通過雙向橋與以太坊通信。然而，與任何其他擴展解決方案不同，側鏈不會將任何交易或狀態數據發布到以太坊；因此不要繼承以太坊的安全性。由于側鏈有自己的區塊參數，它們可以通過調整某些參數（例如減少區塊時間或增加塊大小）輕松支持比以太坊提供的更高的吞吐量。然而，他們通過犧牲安全性和去中心化來實現這些目標，例如具有中心化驗證者或需要高端計算硬件。由于以太坊的愿景是專注于去中心化和安全性，側鏈并不是以太坊基金會作為擴展解決方案的重點，盡管它們被認為是減少以太坊交易流量的最有效方法之一。

過去的擴展解決方案隨著時間的推移而發展——解決了以前擴展設計中的關鍵問題，例如狀態轉換驗證和數據可用性。在當前階段，rollup 被認為是擴展以太坊的最先進的解決方案，因為它們利用了以太坊安全性和 EVM 兼容性以適合通用用途。然而，在 Rollup 方面仍有許多可能的改進領域，以實現進一步的安全性、去中心化和可擴展性：

去中心化 Rollup 排序器——Rollup 可以利用類似 PoS 的機制來選擇排序器，以降低中心化和審查風險。

Rollup 之間的直接通信通道——在沒有以太坊作為媒介的情況下，在 Rollup 之間進行橋接和消息傳遞可以增強用戶體驗并降低交易成本。

雖然像 Rollup 這樣的鏈下擴展解決方案已經可以提供多重可擴展性，但以太坊也有自己的計劃，通過 ETH 升級在基礎層進行擴展。以太坊分片作為重要的里程碑升級之一，將能夠通過與 Rollup 的集成進一步協同提升以太坊的可擴展性。

分片作為 Rollup 的數據可用性層——64 個以太坊 2.0 分片鏈中的一些可以用作 Rollup 的“數據倉庫”，以便在其上發布哈希根。從理論上講，分片和 Rollup 可以將以太坊吞吐量提高到 100,000 TPS。

代碼可執行分片——其他分片鏈將能夠運行 EVM 字節碼和以太坊等智能合約。然而，由于之前的分片鏈使用提供的大吞吐量，這種實現的實際需要有待確定。

憑借足夠的可擴展性，以太坊可以支持當前使用的 web2 服務（如 Visa）的高交易吞吐量。向金融的未來邁出了重要的一步。

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