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V神 : 混合式二層(Layer 2)協議的曙光

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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。

Gitcoin社區通過提案投票決定將V神捐贈的全部AKITA兌換為ETH:據官方消息,針對此前以太坊創始人V神向Gitcoin捐贈的秋田犬幣(AKITA),Gitcoin社區通過提案投票決定,將全部出售AKITA并將其兌換成ETH,該提案尚未執行。

此前報道,5月中旬,Vitalik Buterin出售大量meme代幣,并將所獲ETH和部分meme代幣進行捐贈,其中向Gitcoin的社區多簽錢包捐贈49萬億枚AKITA。[2021/6/7 23:17:43]

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:若不使用L2方案則無法短期解決可擴展性問題:10月3日消息,以太坊聯合創始人V神表示,由于可擴展性問題和gas價格飛漲,當前的以太坊網絡不能支持多種類型的應用程序。如果不使用第2層解決方案,則無法在短期到中期解決可擴展性問題。因此,升級以太坊2.0是從根本上解決這一問題所必需的步驟。但是,他還提到要完全實現以太坊2.0還需要很多時間。昨日消息,V神更新以太坊路線圖,表明以rollup構建為中心,rollup即為主要的Layer 2解決方案。(CoinPost)[2020/10/3]

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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。

V神:很高興看到ETC采用弱主觀分叉選擇規則來防止51%攻擊:V神發推稱,很高興看到ETC采用弱主觀的分叉選擇規則來保護交易的不變性,免受51%攻擊破壞。V神所指的是9月18日ETC Labs宣布的一項新擬議計劃。該計劃旨在遏制未來的51%攻擊。據悉,“修正指數主觀評分”(MESS)系統將防止惡意區塊鏈重組。ETC Labs透露,MESS協議已經進入測試階段,將在未來10天內推出。ETC開發團隊還透露,擬議解決方案的工作涉及Web3基礎設施公司Chainsafe和OpenRelay的努力。據稱,MESS是對以太坊創始人Vitalik Buterin在2014年提出的“指數主觀評分” 安全框架的改編。ETC Labs表示,除了增強網絡的安全性外,MESS還尊重網絡的“代碼即法律”理念。[2020/9/20]

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。

聲音 | V神:希望CBDC能和加密貨幣融洽相處:金色財經報道,以太坊聯合創始人V神(Vitalik Buterin)希望央行數字貨幣(CBDC)能和加密貨幣融洽相處。他今天在推特上提出了一個問題,即CBDC交易是否可以通過密碼驗證?也就是說,如果可以使用數學方法證明已完成交易,就會帶來一些有趣的可能性。V神補充說,如果可以向以太坊鏈證明在CBDC系統中進行了交易,則可以使用它來構建自動化的智能合約DEX。[2020/2/5]

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:

V神:未持有數字貨幣令牌的人不是失敗者:V神剛剛轉發用戶Jason Choi關于時代廣場大屏幕出現“nocoiner”字樣的推文,并發表評論稱“我非常不喜歡‘nocoiner’這樣的侮辱。沒有持有數字貨幣令牌的人不是一點都不酷的失敗者。他們是在使用非常合理的啟發式教育法,不親自參與他們不了解的行業。這有很多正當理由來對此保持警惕。”[2018/6/2]

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。

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。

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:

IntroducingtheOVM

BlogpostbyKarlFloersch

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