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ROL:歐易OKEx研究院:以太坊中場戰事---Rollup的實與虛_Qrolli

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Time:1900/1/1 0:00:00

自以太坊誕生以來,其低下的交易處理能力,導致以太坊網絡時常發生堵塞,且 Gas 費用高漲,嚴重地限制了以太坊生態的發展。為此,以太坊擴容問題一直被市場所關注,在 DeFi 大爆發的背景下,側鏈、狀態通道、Plasma 等 Layer 2 擴容方案都無法滿足市場的要求, Rollup 成為了時代的寵兒。

當然,Rollup 并不是一種純粹的 Layer 2 方案,而是更像 Layer 1 和 Layer 2 的混合體:數據在鏈下進行計算并打包壓縮,隨后鏈上進行存儲。此外,為了解決數據的真實性和有效性,保障資產安全,Rollup 推出了使用「有效性證明」的 ZK-Rollup,以及沿用 Plasma「欺詐證明」的 Optimistic Rollup。

綜合而言,ZK-Rollup 和 Optimistic Rollup 各有優劣,ZK-Rollup 適用于支付、交易等非合約領域,成本低且速度快;而 Optimistic Rollup 因為 OVM 的存在,目前適用于智能合約應用領域;但隨著 ZK-Rollup 類項目推出圖靈完備的 EVM,未來 ZK-Rollup 可能會取代 Optimistic Rollup。

但是,Rollup 的擴容上限取決于區塊 Gas 消耗量的上限,因此只能成為以太坊在未來短中期的擴容方案,以解決 DeFi 生態的燃眉之急,從長期看,要根本性地解決以太坊擴展性問題,還仰仗以太坊 2.0 分片技術的順利實現。

不過值得注意的是,Rollup 協議可以捕獲價值,在經濟上具有可持續性。可以預見的是,Rollup 項目發行的代幣將具有巨大的投資潛力。

經過近兩年的蟄伏,以太坊的 Rollup 擴容方案終于走到了要開花結果的黎明前夕:今年 2 月,Optimism 宣布完成了 A 輪融資,并將于三月上線主網;來自 Matter Labs 的 ZkSync,其主網也于去年上線,并將在今年推出支持圖靈完備的智能合約;此外,另一個受行業矚目的 Rollup 方案---Arbitrum,也將于今年上線主網。

表 1. Rollup 方案進展情況,資料來源:歐易 OKEx 研究院

歐易OKX集成加密托管公司Copper的ClearLoop平臺:金色財經報道,據周一的一份聲明,歐易OKX加入Copper的ClearLoop平臺,允許兩家公司的機構客戶將資產保存在該托管公司的基礎設施中,同時將其委托至該交易所平臺上進行交易。

Copper表示,這一合作允許數字資產交易員尋找其他持有資產的方式,同時可以立即訪問OKX的流動性市場和交易工具。(CoinDesk)[2023/4/4 13:42:43]

在 Rollup 夜盡天明之時,市場也對其充滿了期待與追捧。但從實際情況看,很多投資者和以太坊用戶對 Rollup 的認知并不清晰,不過在總體上達成了共識:Rollup 很重要,是以太坊的未來。

這句話的前半部分是對的,Rollup 對當前的以太坊而言,確實是重要的;但后半部分卻是不準確的,Rollup 并不是以太坊的未來。更切確地說,Rollup 只代表了以太坊的中短期擴容方案,是以太坊解決網絡擁堵問題的中場戰事,從長期看,要根本性地解決以太坊擴展性問題,還仰仗以太坊 2.0 分片技術的順利實現。

想要正確地理解、預測 Rollup 的未來,把握其中的財富機會,我們還需要從 Rollup 的歷史脈絡、原理機制方面進行剖析。

自以太坊誕生以來,其低效的性能就不斷受到市場的病垢:以太坊網絡的 TPS (交易處理能力)約為 15 筆 / 秒,而 Visa 網絡則是 2000 筆 / 秒,雙十一期間支付寶更是達到 50 萬筆 / 秒。低下的交易處理能力,導致以太坊網絡時常發生堵塞,且 Gas 費用高漲,尤其是在 2017 年的大牛市,以及自 2020 年興起的 DeFi (去中心化金融)浪潮期間這一現象尤為突出,嚴重地限制了以太坊生態的進一步發展。

圖 1. 以太坊網絡日均交易筆數和 Gas 消耗量變化,資料來源:Etherscan,歐易 OKEx 研究院

解決區塊鏈網絡的擁堵,提升公鏈的可擴展性,逐漸成為行業關注的重點。各種區塊鏈的擴容方案也紛至沓來,主要包括兩大類:

鏈上擴容方案,也叫 Layer 1 方案,主要通過提高區塊鏈本身的交易容量來實現擴容。常見的 Layer1 方案有增大區塊容量(如 BCH 使用 32M 容量的大區塊),隔離見證(BTC,將數字簽名與交易數據分開,改變原區塊結構以實現擴容),分片技術(以太坊 2.0,將主鏈的狀態和歷史記錄劃分到不同分片上實現擴容)。

歐易OKEx將調整USDT永續及USDT交割合約面值:據官方消息,歐易OKEx宣布將于近期對USDT永續及USDT交割合約的合約面值進行調整,調整時間為5月25日17:00。調整期間將暫停部分交易及其他功能,預計持續30分鐘,期間經典賬戶模式下對應幣種的USDT合約將暫停交易,統一賬戶模式下的所有業務線將暫停交易,用戶無法進行下單、撤單、追加保證金、資金劃轉等操作。[2021/5/8 21:38:58]

鏈下擴容方案,也叫 Layer2 方案,主要通過第二層協議在鏈下執行大部分交易,以降低成本提高效率。目前主流的 Layer2 方案包括狀態通道、側鏈、Plasma。

圖 2. 區塊鏈擴容主要方案,資料來源:歐易 OKEx 研究院

在以太坊發展早期,人們普遍認為側鏈(Sidechain)技術是解決區塊鏈擴容問題的最佳方案。所謂側鏈,即平行于主鏈的另一條獨立的區塊鏈,通過將部分交易以托管的方式轉移到側鏈,以此實現主鏈擴容,但這帶來兩個嚴重問題:首先,側鏈上的資金安全得不到保障,一旦黑客控制住了某條側鏈,就可以將側鏈上的資金盜走;其次,側鏈不能保證數據的可得性,只要黑客控制了側鏈,就可以拒絕分享底層交易數據,對主鏈安全性造成重大打擊。

圖 3. 側鏈技術方案原理,資料來源:歐易 OKEx 研究院

為了解決側鏈存在的問題,并實現以太坊擴容,以太坊創始人 Vitalik 在 2017 年推出了名為「Plasma」的 Layer 2 擴容方案。Plasma 的特別之處在于設計了一套欺詐證明機制:Plasma 將特定的底層數據發送給用戶自己進行保管,解決了數據可得性問題;此外,Plasma 有一個「退出期」設計,即便黑客取得側鏈的控制權并嘗試取款時,任何用戶都可以在「退出期」內提交證據來進行挑戰,如果挑戰成功,任何人都不能提取這筆資產,并且運營方也將被罰款,由此保證了數據的真實、有效和準確性,解決了資金安全性問題,。

歐易OKEx熱門幣種播報:分布式存儲生態GNX持續拉升,日內漲幅59.65%:據歐易OKEx平臺數據顯示,今日行情集體拉升,BTC日內小幅上漲,現穩于57,000USDT上方;

據歐易OKEx行情顯示,歐易OKEx日內漲幅榜中,漲幅前三的幣種是:GNX、EGT、MLN;波卡生態類漲幅最大的是RFUEL;分布式存儲漲幅最大的是GNX;

截至4月19日16:00熱門幣種行情如下:[2021/4/19 20:36:01]

然而,Plasma 解決了側鏈的問題,卻產生了新的問題:首先,用戶必須每兩周上線一次,以實現對 Plasma 鏈的監控,否則錯過了「退出期」,黑客就可以取出資產;其次,用戶必須自己保存底層交易數據,以保證數據的可獲得性,但卻給用戶帶來巨大的存儲成本。因此,Plasma 對用戶并不友好,體驗極差。在 2018 年的大熊市背景下,曾經被以太坊社區基于厚望的 Plasma 方案也逐漸被拋棄。

事實上,即便沒有 2018 年的大牛市,Plasma 也難以適應以太坊生態的發展---從 2019 年開始,DeFi 逐漸興起,以 Uniswap 為代表的 AMM 更是成為其中的佼佼者。對于 Uniwap 上的流動性提供者(LP)而言,其存放在交易池中的資產,很容易發生改變,不可能滿足 Plasma 方案中對 LP 每次交易時都進行挑戰驗證的要求。事實上,大量的 DeFi 協議都可以在不經用戶同意下改變賬戶狀態,因此 Plasma 在 DeFi 時代是注定沒落的。

圖 4. Layer 2 擴容方案的演化發展,資料來源:歐易 OKEx 研究院

同樣地,狀態通道也存在側鏈和 Plasma 面臨的問題:狀態通道不能代表那些邏輯上沒有明確所有者的對象 (如 Uniswap),需要對象都是明確的資產所有者。

因此,在 DeFi 對于以太坊生態越來越重要的今天,無論是狀態通道、側鏈,還是 Plasma,都無法滿足以太坊的現實需求。與其說是 V 神對 Rollup 起到了決定性的推動作用,不如說是時代選擇了 Rollup。那么 Rollup 的特殊之處在哪呢?

歐易OKEx旗下Block Dream Fund 啟動1000萬美元Filecoin 生態基金:據官方消息顯示,歐易OKEx旗下Block Dream Fund 宣布與Filecoin Network 達成合作,并將推出1000萬美元生態基金支持 Filecoin 生態項目。 Block Dream Fund將從經驗、全球資源、平臺項目扶持等方面為Filecoin Slingshot、Filecoin Launchpad Accelerator 和 Filecoin Frontier Accelerator等主要項目進行幫助。

Block Dream Fund是數字資產交易平臺歐易OKEx旗下專注于發掘優質區塊鏈項目的基金,首期規模1億美金,專注于投資區塊鏈底層基礎設施、Layer2、DeFi、波卡生態、數據分析及工具類、隱私保護等方向。[2021/4/9 20:02:04]

在解析 Rollup 之前,我們不妨了解 Plasma 的擴容方式:在鏈下,由 Plasma 運營者將等待批量處理的交易匯總起來,生成一個梅克爾樹(Merkle Tree),樹中每個葉子可以代表一筆交易資產的信息,如果沒有交易,則葉子值為 0。隨后,Plasma 將梅克爾樹的樹根發送給主鏈上鏈,同時將梅克爾樹的分支發送給用戶保管。

因此,主鏈實際上只保存了梅克爾樹根的哈希值,而通過梅克爾樹根的引索,可以找到分支葉子中的具體交易信息,但這些具體的交易信息,而是由用戶在鏈下存儲,因此節省了鏈上區塊大量的空間,實現了主鏈的擴容。

圖 5. Plasma 擴容原理,資料來源:Plasma 白皮書,歐易 OKEx 研究院

但正如前面所言,由用戶在鏈下保存具體的交易信息,在數據可用性上打了折扣,也不適用于 DeFi 應用。為此,以太坊社區提出了一種新方案:將交易數據壓縮并放在鏈上,這就是 Rollup (聚合)方案。

具體而言,Rollup 將交易數據進行壓縮編制成梅克爾樹,并存儲在鏈上;同時在智能合約中保存梅克爾樹的樹根(狀態根)。Rollup 的運營方可以將發布一批匯總交易(Batch),該交易即壓縮過的交易集合,而且包含之前的狀態根和新狀態根 (處理交易之后的新梅克爾樹根)。智能合約會對狀態根進行檢查并更新,由此實現資產的轉移。

歐易OKEx Layer2概念幣板塊播報:PERP帶頭領漲:據歐易OKEx平臺數據顯示,新增幣幣交易專區-Layer2概念幣板塊今日普遍上漲。

據了解,Layer 2 通常被稱為“鏈下”解決方案,其主要目的是擴展區塊鏈的性能,同時保留分布式協議的去中心化優勢。Layer2板塊幣種行情如下:[2021/3/29 19:26:20]

當然,從上我們可以看出,Rollup 并不是一種純粹的 Layer 2 方案,而是更像 Layer 1 和 Layer 2 的混合體:數據在鏈下進行計算打包,但在鏈上進行存儲。因此將 Rollup 稱為半鏈下擴容或 semi-layer 2 方案更為合適。

圖 6. Rollup 擴容原理,資料來源:Vitalik. An Incomplete Guide to Rollups,歐易 OKEx 研究院

用一個形象的比喻,現在我們要保存很多電影,Plasma 類似于我們將電影存儲在電腦上,然后只在 U 盤上保存一個目錄文件,根據這個目錄文件的指引,我們可以方便地找到任何一部電影在電腦中的位置;而 Rollup 的方法則是先將電影進行壓縮,隨后再全部保存到 U 盤中。這樣一來,我們就可以在 U 盤中存儲更多的電影。

那么 Rollup 是如何實現壓縮的呢?---主要是對交易的參數進行壓縮,主要包括 Nonce,Gasprice,Gas,To,Value,Signature,如下表所示:

表 2. Rollup 壓縮方式,資料來源:Vitalik. An Incomplete Guide to Rollups,歐易 OKEx 研究院

在過去,一筆交易需要占用 112 字節的存儲空間,現在只需要 12 字節的空間,一個字節大約花費 16 Gas;而在以太坊上,Gas 上限是 1250 萬,我們假設 Rollup 需要花費 50 萬 Gas,那么在 Rollup 上,其交易處理能力是:

(區塊 Gas 消耗量上限 – Rollup Gas 消耗量)/ 每字節的 Gas 消耗量 / 一筆交易字節數 / 出塊時間 =(12,500,000 – 500,000)/ 16 / 12 /14= 4464 筆 / 秒

目前在以太坊上進行一次轉賬需要消耗約 21,000 Gas,這意味著如果全部用來轉賬,那么以太坊的最大交易處理能力為:區塊 Gas 消耗量上限 / 單筆轉賬 Gas 消耗量 / 出塊時間 = 12,500,000 / 21,000 /13 = 45 筆 / 秒

這意味著 Rollup 在轉賬場景下降以太坊的 TPS 提升了 100 倍。同樣地,根據 Vitalik 的計算,在 ERC20 轉賬、Uniswap 運用場景,可實現同條件下以太坊 TPS 擴展 100-400 倍。

前面的分析一直很順利,但我們忽略了一個與側鏈技術類似的重要問題:如何防止 Rollup 運營方偽造數據進行盜取資產呢?以太坊社區提出了兩個方案:使用「有效性證明」的 ZK-Rollup,以及沿用 Plasma「欺詐證明」的 Optimistic Rollup。

首先我們看實現有效性證明 ZK-Rollup 方案。ZK-Rollup 即采用 ZK-SNARK (簡明的非交互式零知識證明,zero-knowledge succinct non-interactive argument of knowledge)來保證交易的安全性。

" 零知識證明(ZKP)" 是由 S.Goldwasser、S.Micali 及 C.Rackoff 在 20 世紀 80 年代初提出,指證明者能在不向驗證者提供任何有用的信息的情況下,使驗證者相信某個論斷是正確的。

一個經典的例子:有一個缺口的環形長廊 ,出口和入口距離非常近(在目距之內),但走廊中間某處有一道只能用鑰匙打開的門,Alice 要向 Bob 證明自己擁有該門的鑰匙。采用零知識證明,則 Bob 看著 Alice 從入口進入走廊,然后又從出口走出走廊,這時 Bob 沒有得到任何關于這個鑰匙的信息,但是完全可以證明 Alice 擁有鑰匙。

圖 7. 零知識證明案例,資料來源:歐易 OKEx 研究院

從上我們可以看出,ZKP 具有計算的不對稱性。在 ZK-Rollup 的方案中,由 Rollup 運營方投入大量資源以執行 ZK-SNARK 計算并放在匯總交易(batch)中,而智能合約(驗證方)可快速低成本低證明交易安全性。因此 ZK-Rollup 有諸多好處:能在保護隱私的同時簡潔快速地驗證數據的真實有效性;但其缺點是計算量大,技術難度高且難以支持虛擬機。

在前面的 Plasma 方案中,我們已經介紹過其設計的「欺詐證明」機制,可實現交易數據的真實、有效和準確性,保證了資產的安全。Optimistic Rollups 正是沿用了該機制:這類 Rollup 會追蹤所有歷史狀態根以及每個 batch 的哈希值。如果任何人發現某個 batch 的后狀態根不正確,都可以向區塊鏈發布一個證明,證明該 batch 計算錯誤。智能合約會對證明進行驗證,并且對該 batch 及其之后的 batches 進行回滾。

Optimistic 選擇了 Plasma 的欺詐證明機制,即意味著有像 Plasma 一樣漫長的「退出期」(約一周時間),這極大地降低了資金的利用效率,但好消息是,隨著 DeFi 生態的成熟,可以有大量的流動性提供者為用戶在「退出期」內提供資金,可有效解決資金利用抵消的問題。此外最重要的是,Optimistic Rollup 也繼承了 Plasma 的 OVM,這意味著可在 Optimistic Rollup 網絡部署兼容以太坊 EVM 的智能合約,這一點對 DeFi 尤為重要。

表 3. ZK-Rollup 和 Optimistic Rollup 性能對比,資料來源:Vitalik. An Incomplete Guide to Rollups,歐易 OKEx 研究院

從上面我們可以看出,相較于其他 Layer2 方案,Rollup 能更好地保證數據的安全性和數據的可得性,然而 Rollup 真的是以太坊的未來嗎?

并不是,從 Rollup 的擴容方案可以看出:區塊 Gas 消耗量的上限即是 Rollup 方案的上限。這類似于早高峰時乘坐地鐵,為了使地鐵車廂(區塊)能裝更多的人,我們可是再擠更多的人進車廂(壓縮)。然而,再怎么壓縮,也是有上限的。在未來隨著區塊鏈應用的不斷發展,我們僅僅會為了最多擴容 100 倍而滿足嗎?所以從長期看,以太坊擴容的未來還是取決于以太坊 2.0 分片技術的順利實現。

然而,根據以太坊官方的規劃,以太坊 2.0 分片的實現可能要等到 2030 年了。但即便在目前,由于 DeFi 的大熱,以太坊早已擁擠不堪,Gas 費高企。幾年前的狀態通道、Plasma 等 Layer 2 方案無法滿足 DeFi 的要求,分片技術又是一個遙遠的目標。正是「往者不可諫,來者也不可追」,Rollup 自然而然成為了在短中期應對以太坊擴容方案的最佳方案,成為邁向以太坊 2.0 的中場接力手。

當然,Vitalik 主推 Rollup 的另一個原因在于:Rollup 協議可以捕獲價值,在經濟上具有可持續性。

先談經濟價值,Rollup 可以緩解以太坊的擁堵,降低 Gas 費。節約出來的成本,其中的部分就可以轉化為 Rollup 協議的收入(如收費和 MEV 的方式),并具有經濟上的可持續性。

那么 Rollup 為什么可以捕獲價值呢?這與 Rollup 的特殊性有關:數據放在主鏈上,僅僅是在鏈下進行數據計算。這種介于 Layer1 和 Layer2 的混合方案,使得 Rollup 成為主鏈上一個特殊 Dapp 應用,因此 Rollup 項目是可以在主鏈上發行基于該 Rollup 協議的代幣,能通過代幣來捕獲協議的價值。

可以預見的是,在未來幾個月 Rollup 大爆發后,將會有眾多 Rollup 發行項目代幣,那些愿意將協議經濟價值附著在代幣上的項目,其代幣將具有很大的投資潛力。

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