Rollup最近在Ethereum社區風靡一時,有望在未來成為Ethereum的主要擴容解決方案。但這項技術到底是什么樣的呢?它可以給我們帶來什么變化?我們如何使用這項技術?這篇文章將試圖回答其中的一些關鍵問題。
背景:什么是Layer1和Layer2擴容?
目前主要有兩種區塊鏈擴容方式。
首先,你可以直接提高區塊鏈交易吞吐量,但這類技術主要挑戰為「當區塊容量越大時,區塊鏈將更難以驗證,而且很可能逐漸變得更中心化」。為了避免這樣的風險,開發者可以提高客戶端軟件的效率,或者使用Sharding技術讓構建和驗證工作分散到許多節點上,目前Ethereum準備借助Eth2升級引入Sharding技術。
其次,你也可以改變使用區塊鏈的方式。用戶不必將所有交易放在區塊鏈上,而是可以通過Layer2協議在鏈下執行大部分交易。即鏈上的智能合約只需執行兩個任務:處理存取款和驗證鏈下交易的有效性。由此減輕鏈上負擔,提高交易處理效率。
Statechannelsvsplasmavsrollups
目前主要有三種Layer2擴容方案:Statechannels、Plasma和Rollups,這三種各有優劣。
譯者注:譯文中省略Statechannels和Plasma科普內容,主要講述Rollups部分。
術語說明
Batch:批處理交易,指將Layer2交易批量打包并提交到Layer1的Rollup合約。
Sequencer:排序者,指在Layer2上打包排序交易的角色,類似Layer1的礦工。
Stateroot:狀態根,指Layer2上所有狀態通過MerkleTree生成的哈希值。
Rollups
參考:Optimisticrollups和ZKrollups。
Plasma和StateChannels是「完全」的Layer2方案,因為它們試圖將數據和計算都轉移至鏈下。然而,由于存在「數據可用性的博弈問題」,意味著這兩種方案不可能安全地滿足所有應用場景。
Plasma和StateChannels通過依賴所屬權的owner來解決該問題,但這使它們無法完全通用化。
Vitalik Buterin:由于安全問題只用少量ETH質押:金色財經報道,以太坊聯合創始人Vitalik Buterin由于擔心安全問題和保持安全的復雜性,他只用少量的ETH質押。Buterin在Bankless Podcast上表示,他并沒有把他所有的以太坊質押,只是 \"相當小的一部分\",因為在網絡上安全投資需要多重簽名,這仍然是一個棘手的過程。如果你把你的ETH質押,訪問它的鑰匙必須在某個在線系統上公開。為了安全起見,它必須是一個多重簽名,而用于抵押的多重簽名仍然相當難以設置,它在很多方面都變得很復雜。[2023/6/30 22:10:38]
另一方面,Rollups是一種「混合」的Layer2方案。Rollups將計算轉移至鏈下,但同時將每筆交易的部分數據保留在鏈上。
為了提高效率,他們使用了不少fancy的壓縮技巧,盡可能地使用「計算」代替「數據」。其結果是系統的擴容仍然受限于底層區塊鏈的數據帶寬,但效率是可觀的:EthereumERC20代幣轉賬成本約為45,000gas,而Rollup中的ERC20代幣轉賬僅使用16字節的鏈上空間,成本低于300gas。
事實上,數據上鏈是關鍵。將數據放在鏈上并獲得共識,如果任何人愿意,他們可以在本地處理rollup中的所有操作,從而允許他們監測欺詐交易,請求提款,或親自生成transactionbatches。
因為沒有數據可用性問題,所以惡意或離線運營者所造成的損失會更少,從而為誰有權發布batches打開了更大的設計空間,并簡化rollups系統。最重要的是,沒有數據可用性問題也意味著不再需要將資產映射到owners。
這是Ethereum社區對rollups比以往的Layer2擴容方案更興奮的關鍵原因:Rollups是完全通用的,我們甚至可以在rollup內運行一個EVM,使得現有的Ethereum應用不必編寫過多新的代碼就可以遷移到rollups上。
那么Rollup到底是如何工作的呢?
鏈上會有一個智能合約維護著stateroot:rollup狀態的Merkleroot。
任何人都可以發布一筆batch交易,這是一個高度壓縮的交易集合,包含舊的stateroot和新的stateroot。合約會檢查batch中的舊stateroot是否匹配當前的stateroot,如果匹配,則將stateroot更新到新的stateroot。
流動性激勵解決方案Graviton與公鏈Sei達成合作:金色財經報道,公鏈Sei Network宣布與流動性激勵解決方案Graviton建立戰略合作伙伴關系,Graviton將幫助Sei提升開發能力并壯大其生態系統,Graviton團隊將會被優先考慮獲得Sei Network旗下5000萬美元生態系統基金的支持。(福布斯)[2022/11/26 20:46:43]
為了支持存款和提款,我們增加了交易的能力,其輸入或輸出是「外部」的rollup狀態。如果一個batch來自外部的輸入,那么提交該batch的交易也需要將這些資產轉移到rollup合約中。如果一個batch有對外的輸出,那么在處理該batch時,智能合約將會執行「提現」操作。
這一切就這么簡單!除了一個主要的細節:如何知道batch中的post-stateroots是正確的呢?如果有人可以用任意post-stateroot提交一個batch而沒有任何懲罰,他們就可以直接將rollup內的全部資產轉給自己。這個問題有兩種截然不同的解決思路,從而衍生出兩種「口味」的rollup方案。
OptimisticrollupsVSZKrollups
以下是這兩種「口味」的rollups方案描述:
Optimisticrollups,采用欺詐性證明:rollup合約會跟蹤歷史的stateroots和每一個batch的哈希值。如果有人發現某個batch的post-stateroot不正確,那么他們可以向合約提交證明,證明該batch計算錯誤。合約驗證該證明有效后,會對該batch和之后的所有batch進行回滾。
ZKrollups,采用有效性證明:每一個batch都包含一個稱為ZK-SNARK的密碼學證明,它可以證明post-stateroot是執行該batch的正確結果。無論計算量有多大,合約都可以迅速地在鏈上驗證證明。
但兩種「口味」的rollup之間有著復雜的權衡:
方案權衡
總的來說,我的觀點是:
短期內,Optimisticrollups很可能在通用的EVM計算中勝出,而ZKrollups則可能在簡單的支付、交易和其他特定應用場景中勝出,但最終從中長期來看,隨著ZK-SNARK技術的改進,ZKrollups將在所有場景中勝出。
4萬枚ETH從Vitalik Buterin創建的合約地址轉出:11月24日消息,據WhaleAlert監測,4萬枚ETH從Vitalik Buterin創建的合約地址(0x22086開頭)轉出,該合約地址當前還持有逾25萬枚ETH,價值近3億美元。[2022/11/24 8:05:12]
欺詐性證明剖析
Optimisticrollup的安全性主要取決于:如果有人將一個無效batch發布到rollup合約中,那么保持跟蹤鏈上信息并發現欺詐的任何人都可以發布欺詐性證明,向合約證明該batch無效并回滾。
如圖所示,聲稱某batch無效的欺詐性證明將會包含這些綠色數據:該batch本身和Merkletree的部分內容,從而證明該batch讀取或修改特定賬戶。
而該樹中的黃色節點可以從綠色的節點重建,所以不必提供。這些數據足以執行該batch并計算post-stateroot。如果計算出的post-stateroot和該batch中提供的post-stateroot不一樣,那么說明該batch具有欺詐性。
如果一個batch存在錯誤,但之前所有的batches都是正確的,那么就可以創建一個欺詐性證明以表示該batch是錯誤的。
請注意對舊的batches聲稱無效的處理:如果存在多筆無效batches提交到rollup中,那么最好盡量證明最早無效的batch。當然,如果一個batch是正確的,那么永遠不可能創建一個欺詐性證明以表示其無效。
Rollups是如何壓縮數據的?
一筆簡單的Ethereum交易通常消耗約110字節。然而,在Rollup上發送ETH僅僅消耗約12字節。
字節消耗對比
為了達到這樣的壓縮效果,一方面是采用了更簡單高級編碼,而目前Ethereum的RLP在每個值的長度上都浪費了1字節。另一方面,還有一些巧妙的壓縮技巧:
Nonce:該參數的目的是為了防止「重放」。如果賬戶的當前nonce是5,那么該賬戶的下一筆交易必須使用nonce5,但一旦交易被處理,那么該賬戶中的nonce就會被遞增到6,這樣采用nonce5的交易就不會被執行。在rollup中,我們可以完全省略nonce,因為我們只是從pre-state中恢復nonce。同時由于簽名會采用最新的nonce進行檢查,如果有人試圖使用舊的nonce重放交易,那么簽名將無法通過驗證。
明星在其官網添加VIT支付:據Coindesk消息,美國明星Stormy Daniels在其官網中添加VIT支付,意在獎勵觀看視頻的網站訪問者,獲得VIT的用戶可以購買網站上的優質內容,或購買、訂閱支持該令牌的其他網站的服務。Stormy Daniels稱2006年與特朗普有過一段交往經歷,并因此出名。[2018/5/25]
Gasprice:我們可以允許用戶使用固定范圍的gasprices進行支付,例如2的16次冪。或者,我們也可以在每筆batch中收取固定費用,甚至可以將gas支付完全移到rollup協議之外,讓交易者通過特定渠道向batch創建者支付費用。
Gas:我們同樣也可以將gas設置為2的多次冪。另外,我們也可以在batch層面設置gas限制。
To:我們可以使用「索引」來代替20字節的地址。
Value:我們可以用科學計數法存儲value。在大多數情況下,轉賬僅需1~3有效位。
Signature:我們可以使用BLS聚合簽名,它允許許多簽名聚合成一個約32-96字節的簽名。然后,這個簽名可以一次性對整個消息集和發送者進行batch檢查。表中的~0.5表示一個區塊中可驗證的聚合簽名的數量是有限制的,因為它需要在一次欺詐證明中驗證簽名。
ZKrollups特有的一個重要壓縮技巧:如果交易的一部分僅用于驗證,并與計算狀態更新無關,那么這部分可以省略。這在Optimisticrollup中是做不到的,因為該數據仍然需要包含在鏈上,以防將來欺詐性證明檢查所需,而在ZKrollup中,證明數據正確性的SNARK已經提供了任何驗證所需的數據。
一個重要的例子是隱私保護rollups:在Optimisticrollup中,每筆交易中~500字節用于隱私的ZK-SNARK需要上鏈,而在ZKrollup中,覆蓋整個batch的ZK-SNARK已經足以表明「內部」的所有ZK-SNARKs是有效的。
這些壓縮技巧是rollup擴容的關鍵,如果沒有這些技巧,rollup或許只能在基礎鏈的擴容上有大約10倍的提升,但有了這些壓縮技巧,幾乎所有應用的擴容系數都可以超過100倍。
誰可以提交batch?
金色財經現場報道 VR ALL ART首席執行官Vitomir Jevremovic:用虛擬現實和區塊鏈技術顛覆藝術世界:金色財經前方記者實時報道,第二屆全球金融科技與區塊鏈中國峰會于4月12日在上海召開,VR ALL ART首席執行官Vitomir Jevremovic在會上指出,藝術無國界,但是藝術市場有國界,由于運輸距離和本地市場等諸多方面的限制,藝術市場存在挑戰,藝術品投資流動性很差。區塊鏈技術的特性使得其可以提供金融交易支付的支持,保證上鏈藝術品的唯一標識、藝術認證和可追溯性,促進藝術品流通。此外,通過VR技術,將虛擬現實與區塊鏈技術結合還能打破距離限制,為用戶更好的瀏覽藝術世界提供可能。[2018/4/12]
關于哪些人可以在Optimisticrollup或ZKrollup中提交batch的問題存在許多流派。一般來說,大家都認為提交batch的用戶必須先交納一大筆押金,如果該用戶提交欺詐性的batch,那么這筆押金的一部分將被燒掉,另一部分作為獎勵給到提交欺詐性證明的用戶。但除此之外,還存在許多可能性:
Totalanarchy:任何人都可以在任何時候提交batch。這是最簡單的方法,但它有一些嚴重的缺點,比如存在這樣的問題:多個參與者同時生成并試圖提交batch,而其中僅有一個batch可以成功被收錄。這將導致大量的浪費,比如沒有意義的生成batch證明或者提交batch到鏈上。
中心化的Sequencer:通過Sequencer這樣的角色提交batch。這是最「高效」的,但它依賴于一個中心化的角色。
Sequencer拍賣:通過拍賣來決定誰有權利成為第二天的Sequencer。這種方案的優點是可以籌集資金,而這些資金可以通過rollup的DAO來分配。
從PoS集合中隨機選擇:任何人都可以將ETH存入rollup合約中,每一個batch的sequencer都會從其中一個存款人中隨機選擇,被選中的概率與存款金額成正比。這種方案的主要缺點是大量資產被鎖定,導致資金效率低。
DPoS投票:Sequencer通過拍賣選中,但如果他們表現不佳,那么代幣持有者可以投票將其踢出,并舉行新的拍賣來替代他們。
改進提交batch和stateroot的方式
目前一些正在開發的rollup方案采用的是“splitbatch”模式,即提交Layer2batch的動作和提交一個stateroot的動作分開執行,這會有一些關鍵優勢:
你可以允許許多sequencers并行發布batch,以提高抗審查能力,而不用擔心一些batch會因為其他batch已經被打包而無效。
如果一個stateroot存在欺詐,你不需要回滾所有batch,僅恢復該stateroot即可,并等待有人為該batch提供新的stateroot。這樣可以更好地保障交易發送者的交易不會被回滾。
總的來說,這是一個相當復雜的技術組合,它們試圖在涉及效率、簡單性、抗審查和其他目標的復雜權衡中獲得平衡。但現在談哪種組合最有效還為時過早,而時間會證明一切。
Rollups將會帶來多大的擴容?
目前Ethereum的gaslimit是1,250萬,交易中每個字節的數據需要消耗16gas。那么如果一個區塊僅包含一個batch,那么該batch會有=75萬字節。如上圖所示,每一位用戶轉賬ETH僅消耗12字節,那么也就是說,該batch最多可以包含62,500筆交易。
在平均區塊時間為13秒的情況下,這相當于達到約4,807TPS。
部分用例擴容提升規模
那么擴容上限可以這么計算:
(L1gascost)/(bytesinrollup*16)*12million/12.5million
現在值得注意的是這些數字還是過于樂觀,原因有幾個:
首先,最重要的是一個區塊幾乎永遠不會僅包含一個batch,因為將可能會存在多個rollup方案同時運作。第二,存款和提款將持續存在。第三,短期內使用量會很低,所以固定成本成為主要消耗。但即使將這些因素考慮在內,預計擴容規模也會超過100倍。
現在,如果我們想要超過~1,000-4,000TPS,該怎么辦呢?這就是ETH數據分片的意義所在,sharding建議每12秒開辟一個16MB的空間,這個空間可以被任何數據填滿,系統保證對這些數據的可用性達成共識,而這些數據空間可以被rollup使用。
這個約1,398kB/s的數據量比當前Ethereum60kB/s提高了23倍,從長遠來看,數據容量有望進一步增長。因此,使用Eth2分片數據的rollup可以處理高達約100kTPS,未來甚至會更多。
Rollup還有哪些尚未解決的挑戰?
雖然現在Rollup的基本概念已經被大家所熟知,我們也很確認它們從根本上是可行的、安全的,以及已有多個rollup方案被部署到主網上,但rollup的設計仍然存在許多地方沒有被很好地探索,將Ethereum生態系統的大部分內容完全遷移到rollup上以利用其擴容能力也存在不少挑戰:
Userandecosystemonboarding-使用rollups的應用不多,用戶對rollups也不熟悉,目前很少有錢包開始整合rollups,而商家和慈善機構還不接受它們用于支付。
Cross-rolluptransactions-有效地將資產和數據(例如oracle輸出)從一個rollup轉移到另一個rollup中,而不會產生經過Layer1的費用。
Auditingincentives-如何最大限度地提高至少一個誠實節點會真正全面驗證一個Optimisticrollup的概率,以便出錯時他們會發布欺詐性證明。對于小規模的rollup來說,這不是一個重要的問題,可以簡單地借助利他主義,但對于更大規模的rollup來說,需要更嚴謹地推理這個問題。
Exploringthedesignspaceinbetweenplasmaandrollups-是否存在一些方法可以將狀態更新的相關數據放在鏈上,而不是所有的數據。
Maximizingsecurityofpre-confirmations-許多rollup為了更快的用戶體驗,提供了一個「預確認」的概念,即sequencer立即給予一個承諾,交易將被包含在下一個batch中,如果他們食言,sequencer的押金將被銷毀。但這種方案的經濟安全性是有限的,因為可能同時向許多用戶做出承諾,這種機制能否獲得改進?
Improvingspeedofresponsetoabsentsequencers-如果一個rollup的sequencer突然下線,那么快速和經濟地從這種情況中恢復過來將是非常有價值的:要么快速且經濟地大規模退出到另一個rollup,要么更換sequencer。
EfficientZK-VM-生成通用EVM代碼的ZK-SNARK證明可以被正確執行,并且有一個明確結果。
結論
Rollups是一種強大的Layer2擴容范式,預計將成為Ethereum短期和中期擴容的基石。我們已經看到了Ethereum社區對此感到大大的興奮,因為這與之前的Layer2擴容方案不同,它們可以支持通用的EVM代碼,允許現有的智能合約輕松遷移。
這是通過一個關鍵的妥協來實現的:放棄將數據和計算完全放在鏈下,而是將每筆交易的少量數據留在鏈上。
Rollups方案有很多種,在設計空間上會有很多選擇:可以采用欺詐性證明的Optimisticrollup,或者采用有效性證明的ZKrollup。Sequencer可以是一個中心化的角色,也可以是一個去中心化的角色,或者是介于兩者之間的其他選擇。
總的來說,Rollup仍然是一項早期階段的技術,一切仍在迅速發展,特別是Loopring,ZKSync和DeversiFi已經運作了幾個月。
期待在未來的幾年內,Rollup領域會出現更多令人興奮的工作成果。
原文:AnIncompleteGuidetoRollups
作者:Vitalik
譯者:阿樹
鏈聞消息,納斯達克上市公司、不銹鋼生產商正康國際子公司xSigmaCorporation發布去中心化交易所xSigmaDEX白皮書,介紹了其技術規格、代幣經濟和產品開發路線圖.
1900/1/1 0:00:00雖然由于WhatsApp備受爭議的隱私政策更新,今年Telegram可能會吸引大量用戶,但該應用在2020年在印度的增長已經令人印象深刻.
1900/1/1 0:00:00尊敬的社區用戶: 霍比特交易所將于2021年1月14日20:05上線POLS/USDT聚合交易對。由于POLS為聚合交易幣對,所以暫時不開放充幣和提幣,充幣和提幣開放時間之后將會以公告另行通知.
1900/1/1 0:00:00Gate.io于去年上線HipoSwap去中心化交易平臺。河馬DeFi是用戶通往DeFi的大門,支持包括以太坊在內的多鏈去中心化交易,歷史行情展示,資產管理,流動性挖礦等全方位的DeFi服務,支.
1900/1/1 0:00:00鏈聞消息,波卡測試網Rococo目標是成為適用于平行鏈和XCMP測試的環境,并將在其發展過程中經歷快速的變化、更新和鏈狀態重置,在初步測試取得成功后將會被整合進Westend測試網絡.
1900/1/1 0:00:00Gate.io抵押借幣功能至今已上線超過400天,服務千萬有借貸需求的全球用戶。在Gate.io抵押借幣功能中可按70%的初始質押率借入USDT,最高可借500萬USDT,無期限限制,默認期限1.
1900/1/1 0:00:00