以太坊重要擴容方案: Optimistic Rollup現狀報告(上)

如果不是因為這篇研究報告是受 MolochDAO 之托而作，我想 DAOSquare 應該不會翻譯如此“技術性”的學術論文（至少現階段不會）。不過，以太坊的擴展性的確是一個重要且熱門的話題，現有的解決方案包括 Optimistic Rollup、Zk Rollup，而 Optimistic Rollup 則是一個提出時間并不長的新興方案，它被認為是最有前途的擴容方案。那么時至今日它的發展情況如何？前景又如何？本文作者 Daniel Goldman 通過大量的調研完成了此份報告，現在，DAOSquare 將這份成果分享給大家！不過由于篇幅過于“宏大”，我們將分三期奉上，本篇為第一部分。

作者：Daniel Goldman（丹尼爾·戈德曼）自由軟件工程師、技術顧問、作家

譯者：Emma、Snow Lu

校對：Samuel

以太坊新興 Optimistic Rollup 生態系統的技術概覽 

             

Optimistic Rollerball (Daniel Goldman original, 2020)

以下報告由 MolochDAO 授權制作，John Adler 提供相關意見/復審；但此篇所有觀點均代表本人。此外，項目評估僅為該報告發稿時的狀態簡況（2020年2月）。事事均在變化，不做過度承諾。

推特已在其應用程序內顯示比特幣和以太坊的價格:金色財經報道，據CO NEWS發推特表示，推特已開始顯示比特幣和以太坊等加密貨幣的最新價格，此功能目前僅對部分加密貨幣啟用。

據悉，在推特搜索框中搜索Bitcoin或BTC、Ethereum或ETH時，會出現對應的價格圖表，數據源于Robinhood。[2022/12/22 22:00:11]

籠罩以太坊擴容社區的陰霾--Optimsitc Rollup

2019下半年，Optimistic Rollups (ORU或Optiroll) 作為以太坊 Layer 2 擴容協議迅速興起大熱。本文旨在概述新興 ORU 的開發生態系統至發稿時的簡況（2020年2月）。 我們先將 ORU 理論屬性放于 Layer 2 設計空間大背景下，之后比較不同項目的方法和技術設計決策以及其中的各種取舍。9個項目包括： 

Fuel Labs

ANON

Whitehat, Cellani, Lim ( hereby “WCL”)

Pinkiebell

Offchain Labs

Interstate Network

Optimism

IDEX

Celer

點擊此處回顧他們的差異性。最后，我們將深入探討一些定性問題，這些問題將圍繞以上項目如何在空間中發揮自己的作用。

背景 & 理論

以太坊網絡當前已銷毀超203萬枚ETH:3月31日消息，Tokenview鏈上數據顯示，當前，自EIP-1559以來，以太坊總產出3,402,069.89枚ETH，總銷毀2,035,837.02枚ETH；平均每分鐘銷毀5.94枚ETH，總銷毀率59.84%。其中，OpenSea銷毀214,376.94枚ETH，Uniswap V2：Router 2銷毀117,796.1枚ETH，Tether USD銷毀86,195.48枚ETH。[2022/3/31 14:28:40]

盡管美名在外，但開放且未授權的區塊鏈也有很多問題：網絡中的所有完整節點必須可見，并驗證系統處理的每筆交易； 超低效率（相較中心化數字支付系統而言）是加密貨幣備受爭論的擴容挑戰的核心。

Layer 2 協議是減輕此類負擔的一類方法。將所有的節點全部驗證所有交易，變為僅由感興趣的各方（例如那些希望獲得自己資金的人）對交易的某些子集進行本地驗證，以此（以某種方式，形狀或形式）來轉移這種負擔 。 重要的是，他們保留基本層無需信任的安全模型，同時無需依賴用戶自己運行的軟件以外的資源。

數據可用性：解決 

在以太坊 Layer 2 研發的早期階段，研發人員計劃在隱含假設下運作，即基礎層“減輕驗證負擔”就是完全將（某些）交易數據隔離在區塊鏈之外。 （請參閱 Josh Stark 2018年初的文章 Making Sense of Ethereum’s Layer 2 以了解當時的思維方式）。 

加密貨幣協議有其內在的經濟屬性，可以激勵區塊生產者及時地、廣泛地共享區塊（除非是自私挖礦等邊緣情況 selfish-mining edge cases）； 區塊鏈基礎層有時被稱為“數據可用性引擎”。 確保數據是（完全）公開的，可以保證其能夠進行驗證，并且無效交易幾乎無法通過。

Metacartel Ventures合伙人：前10個巨鯨地址持有17%以太坊供應量:Metacartel Ventures合伙人Adam Cochran對前10000個以太坊巨鯨錢包地址進行了獨立審計，數據顯示，前10000個地址持有總價值超過9170萬個以太坊，這一數字占據了今天市場上以太坊供應量的17%。(Nulltx)[2020/5/4]

因此，在Layer 2的場景中，如果要將數據完全隔離在鏈外，將不再能保證我們有這種數據可用性； 因為那些擔心數據有效性的人可能會隱瞞數據。 因此，我們必須弄清楚，在這種極端情況下，如何以某種方式確保不會發生無效的狀態更新。 對于Layer 2系統，數據隱瞞問題始終是最難最壞的情況；因為最糟糕的就是在沒有信息的情況下去探尋事實。

如果我們的定義足夠寬松，針對該數據隱瞞問題的所有解決方案都可以分為兩大類：狀態通道和Plasma（channels and Plasma）。 如果兩方在一個通道中，雙方一致同意后，鏈下數據的更新才真正有效。 因此，如果 Alice 選擇保留 Bob 的數據，Alice 將處于最新狀態； 保留數據對她沒有好處。 相比之下，Plasma 則沒有雙方一致同意的這一要求。 這直接導致在 Plasma 中，如果用戶沒有任何直接證據，則可能發生無效更新。即使在這種情況下，Plasma 仍可以保證用戶持有必要的鏈下數據，在交互質疑期中證明并確保其資產所有權。

就實際結果而言，狀態通道已成為第一個 Layer 2 構造。人們很容易理解，且狀態通道（可能）確實解決了一些基礎的研究挑戰，我們的確也看到狀態通道在比特幣和以太坊上的應用。 狀態通道具有一些實用屬性，例如即時交易，這些屬性非常契合一些特定應用程序的需求。 盡管是較通用的擴容方案，但在某種程度上仍受限制。 從本質上講，通道之間是彼此獨立的，且免信任的連接將導致資本效率低下，及/或受制于可用的流動路徑。 （我之前在 Bitcoin’s Lightning Network 發表了相關限制以及解決策略。）

分析 | 加密貨幣市場研究員Alex Kruger：以太坊反彈因之前超跌，加密貨幣仍未改變弱勢局面:據Digitaljournal報道，近期以太坊的大幅反彈，外界普遍認為是由于之前的超跌，對此，經濟學家和加密貨幣研究員Alex Kruger預計，至少在短期內，以太的上行反彈將持續下去，這也與BTC的拉升有關，不過長期看來，ETH和其他加密貨幣的價格可能進一步下跌。

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?[2018/9/17]

Plasma 有望提供一種用途更廣，側鏈式擴容方案，使參與者之間可以更輕松地進行信息交互，但是它的發展路程卻更艱難。 有關 Plasma 技術挑戰的細節不在本文討論范圍之內。 但是，（非常）簡單來說，不能保證數據可用性的這種特質，讓很多特性難以立刻保留，例如：支持任意計價支付，用戶的驗證/存儲要求最小化，避免大批量退出方案，以及支持智能合約邏輯 。 雖然可以緩解這些問題，但是解決一個障礙的代價往往是加劇另一個障礙。 簡而言之，很難做到完全正確，即使這些構造足夠可行，其復雜性也會讓實踐變得困難而緩慢。 （我已在此處及此處發表分析了 Plasma Cash 及其變體的合理進展及其帶來的挑戰。

Plasma 的問題讓甚至一些人認為其會消失（declare its demise）。 即使有人認為這種說法還為時過早（例如我），但是毫無疑問，Plasma 比預期設想的更加困難復雜，而且傳輸結果的空間速度比最初希望的要慢。 隨著 Plasma 的停滯，以太坊社區渴望類似非監管下的、具有側鏈特性的事物。此時，就研究和實施狀態而言，Optimistic Rollup 出現了。 

V神：DPOS機制對于以太坊來說不明智:Vitalik Buterin近日發文表達了對由持幣者投票決定誰運行節點的這種機制的反對，認為這種機制對于以太坊來說是不明智的。表示如今DPOS的最新丑聞似乎嚴重惡化，因為Eos的委托獎勵現在如此之高(每年5%的通脹率，每年約4億美元)，因此，這場由誰來管理節點的競爭實質上已成為美中地緣經濟戰的另一個前沿領域。[2018/3/30]

數據可用性：讓步

我們可以在各種先前的提案中發現目前 Optimistic Rollup 的構造痕跡，比如 Shadowchains, Coinwitness, bulk validation with ZK-SNARKS (現在稱之為 ZK-Rollup), 以及2015年初的一場關于Arbitrum 的學生演講等。

就目前了解而言，John Adler 和 Mikerah Quintyne-Collins（又稱““Bad Crypto Bitch ”）將協議基礎稱為“合并共識 Merged Consensus”。 先前的 Plasma Group 團隊（現為 Optimism，下文介紹）在一篇博客文章中描述了類似原理，并在 Optimistic Layer 2 游戲語義分析中將其定為框架，命名為 Optimistic Rollup（無論出于何種原因），并最終確定。

Optimictic Rollup 采用前一段中所述的框架并把它翻轉過來；ORU 并不打算在數據隱瞞的情況下保留非監管性，而是采取了一種更直接的方法，即直接要求將交易數據發布在鏈上，更具體地說，要求將足夠的數據發布在鏈上，以便任何運行以太坊節點的人都可以重建 ORU 的狀態。 擴容的好處在于，Layer 1 僅需發現數據并將其 Merkle 樹化為區塊根，無需執行任何操作；（理想情況下）計算僅在 Layer 2 執行。因此，交易數據作為呼叫數據發布在鏈上，并且不存儲在狀態中；因為狀態容量增長和計算成本（可能）是以太坊擴容的核心瓶頸，這具有不小的增長空間。

與 Plasma 一樣，基礎層無法直接驗證交易就意味著會有一些無效交易。 在 ORU 下，任何當事方都將見證無效交易的更新，然后通過欺詐證據向基礎層展示欺詐證明，欺詐證明將還原欺詐性區塊以及及后續的區塊更新。 一旦過了足夠的時間而沒有提交欺詐證明，就可以確定并匯總區塊，從這些區塊中啟動的提款就可以完成。 為了抑制故意發布無效區塊的行為對社區的惡意破壞，區塊提交人會發布一個保證金，如果欺詐證明有效，將大幅削減保證金。 這種防欺詐處理的精確方式是任何特定 ORU 結構的核心。

與 Plasma 相比，ORU 有一個不可避免的根本性缺點，那就是它的擴容性相對較低。 假設鏈上數據與 ORU 塊中的數據成正比，則 ORU 構造會受到基礎層最大數據量的限制。 不過在其他方面 ORU 也有很多益處，包括：

更輕松/更廣泛地支持智能合約

更容易地支持任意付款面額

無需許可的區塊生產

更簡單的博弈退出機制

相對簡單的操作

正如我們預料，即使是上述因素也需要在不同的 ORU 結構中相互權衡。 （有關 ORU 背后的更多信息，請參閱 John Adler 的 “The Why’s of Optimistic Rollup”。）

Projects Overview 項目概覽 

             

Link to spreadsheet

本報告采訪了9個使用 ORU 設計模式的項目，其中一個項目選擇在發布時保持偽匿名狀態（以下稱為“ ANON”）。

僅考慮 Optimistic Rollup 范圍內的項目，也就是說，它們必須都是 “Optimistic”，包括某種假設，即“假設有效，除非或者直到提交欺詐證明”（即，不是 ZK-rollup）并包括“Rollup”，即，鏈上發布了足夠的數據，任何觀察者都可以重建狀態并檢測無效性（即，不是 Plasma）。大多數所討論的大多數項目都嚴格符合這些參數，唯一的例外是 IDEX 2.0，其詳細信息將在下面討論。基于 Plasma 或與 Plasma 相鄰的構建上工作的其他各種項目，都屬于研究 ORU 的初期階段，包括 Matic，LeapDAO 和 Cryptoeconomics Lab。

智能合約支持和欺詐證明互動性

ORU 項目之間的核心區別在于它們對智能合約腳本的支持程度，以及它們所需要的驗證和欺詐證明的性質。 在本次調研的9個項目中，有5個項目在其 Rollup 中實現了完整的以太坊虛擬機功能，其中 rollup 側鏈具有 Solidity 智能合約支持，其支持程度（大致）與以太坊基礎層的智能合約支持程度相當，而其余項目則更偏向于支持更有限的、受限的功能。

廣義上講，除了智能合約功能本身之外，支持完整的 EVM 能夠保證 rollup 和主鏈之間的技術一致性，有望與基礎架構工具更輕松地集成，并且讓開發人員更容易過渡，他們已習慣在 Layer1 上使用 Solidity 編譯的智能合約。相反，那些更偏向于支持更有限的、受限的功能項目具有以下優點：成本更低的（或多或少）欺詐證明，驗證更容易，可以針對特定用戶直接實現優化以及總體上的簡化。

以上是報告的第一部分，剩下兩部分將于近日陸續發布，內容包括： 

完整的 EVM: Layer 2虛擬機

應用特定的 Rollups

信任假設

營利

用戶體驗 / 驗證

關于研究 / 討論的開放性話題

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