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ROLL:5分鐘了解以太坊各個Layer2 擴容解決方案(狀態通道、側鏈、Roll Up等)

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自從Defi熱潮席卷以太坊,導致以太坊擁堵,Gas費用創歷史新高。我們一直以來關心的以太坊擴容的現實問題:在以太坊2.0尚未推出,更為貼合實際的Layer2方案有望解決以太坊的擴容問題。

這次,分布式課堂邀請了Celer團隊的Michael著重講述「鏈下」技術,它們包括狀態通道、Plasma、RollUp等。

,獲得計算機碩士學位。Michael目前在Celer負責對于區塊鏈技術,特別是各種二層擴容技術的研究,他參與了通用狀態通道、狀態守衛者側鏈(SGN)以及HybridRollup等的核心設計和開發工作。)

狀態通道

優點:延遲低,實時性高

缺點:用戶人數有限,資金利用率低

用途:小額支付/預測市場/賭球賽馬

一般情況下是雙方會在鏈下建立一個狀態通道,通過交換私鑰進行簽名以后的信息,并在鏈下進行交易。當時比特幣實現了名為閃電網絡的支付通道網絡,把這個狀態通道互相連接起來:即使用戶沒有直接狀態通道,也可以通過幾個中間節點把它一一層一層地轉發過去,相當于channelnetwork。

基本上,狀態通道的延遲能做到互聯網的延遲。比如說服務器之間的延遲是多少,這個狀態通道的延遲就是多少。市面上通過其他鏈發送交易的速度是秒級的。但是狀態通道的話,一般都是毫秒級的。另外,它還有一個優點就是實時性非常高。

BTC在15分鐘內跌幅超過1.00%:據火幣全球站數據顯示,BTC/USDT在15分鐘內出現劇烈波動,跌超1.00%,達到-1.00%。當前報價為9600.00美元,行情波動較大,請注意風險控制。[2020/6/11]

狀態通道是一種scaleup的手段。scaleup的意思是用技術手段線性地將區塊鏈擴容,比如說像分片。比如說以太坊2.0要啟動64個分片,然后它的容量就增加了64倍。而對于狀態通道來說,他現在能支持1000個用戶同時在線,未來可能最多支持到64000個用戶,這個數字還是很低的。

盡管狀態通道的scaleup是說你節點數量越多,你的網絡越大,你的容量越大。這只是一個很美好的設想,實際上它受到了一個很大的限制——lowliquidityutilization。狀態通道是要這個雙方都把這個錢存到鏈上的通道,之后再互相進行發送支付。第一步,就是要把錢存到鏈上去,這個錢是有限的。就是你比如說手上你有1000個以太,狀態通道只能發送1000個以太。如果你突然發送一筆2000以上的以太,它就無能為力了。

因為容量可以擴容,然而資金流動性卻沒有辦法擴容。如果一個用戶給另一個用戶發送一大筆錢,那中間每一個轉發的節點都要有這么大的容量,在現實生活中是不太可能的。等大家把這么多錢都鎖到一個狀態通道里邊,如果只能用狀態通道轉發的話,這個效率是非常低下。

BTC在15分鐘內漲幅超過1.00%:據火幣全球站數據顯示,BTC/USDT在15分鐘內出現劇烈波動,漲超1.00%,達到1.98%。當前報價為 8428.57 美元,行情波動較大,請注意風險控制。[2020/5/11]

狀態通道只能支持小額支付。像閃電網絡其實并不大,可能和資金利用率低是有關系的。另外,把一般的dAPP搬到狀態通道是相當難的。我們曾經嘗試把五子棋搬到狀態通道上。盡管我們寫了sdk,讓別的項目的開發去用,他們還是覺得這個開發是相當難的。

另外,狀態機只適用于這個固定的人數。就是你要把uniswap放在狀態機上是不現實的。因為在這個dAPP的用戶是無限量的,沒有一個固定的用戶集。即使你把棋類游戲或是稍大的PC游戲搬到狀態通道上,這些游戲也必須寫成狀態機的形式。他們每一個狀態的轉移,要非常清楚地寫出來。

理論上,你可以把任意單機游戲都搬到狀態通道上。但現實中沒有人會去這樣做,除非你是非常不信任游戲服務器。一般來說,預測市場以及賭球賽馬,是可以搬到狀態通道上的。

側鏈

優點:代碼和數據獨立

不增加主鏈的負擔

BTC走勢已接近15分鐘周期的三角末端,請密切留意突破時的大單成交情況:當前,BTC走勢已接近15分鐘周期的三角末端,請密切留意突破時的大單成交情況! AICoin PRO版K線主力成交統計顯示:過去48小時(即該三角區間),BitMEX XBT永續合約主力買入61筆,買成交8136.7萬張,買入均價7323.9美元;主力賣出筆數63筆,賣成交8569.2萬張,賣出均價7279.7美元。買賣成交差-432.5萬張。 AICoin主力成交指標,將數據應用在K線形態上,能夠幫助趨勢交易者或K線交易者更好地判斷突破的真假性。[2020/4/9]

缺點:安全性弱

側鏈的本質就是在這個基礎層上再搭一個鏈,然后用完全另外一套驗證人。它的整個安全性是分開的:主鏈有主鏈的安全性,側鏈有側鏈的安全性。

主鏈從POW轉到POS會有更強的安全性,但側鏈的驗證人偏少,安全性也較弱:比如說Cosmos才只有100個驗證人。

側鏈的TPS取決于它的驗證人。驗證的人數越多,它的TPS會越低。側鏈的延遲是相對低的,比狀態通道的毫秒級高一些,比主鏈的十幾秒幾十秒延遲低很多。

狀態通道的安全性就是雙方互相簽過名,就具備主鏈的安全性。只要一方做惡,另外一方都可以提交到主鏈,把它這個爭議解決掉。而側鏈的話就是你要信任多數的驗證人是好人,所以它的安全性要比主鏈低很多。

行情丨BTC在5分鐘內跌幅超過1.00%:據火幣全球站數據顯示,BTC/USDT在5分鐘內出現劇烈波動,跌超1.00%,達到-1.13%。當前報價為 8028.81 美元,行情波動較大,請注意風險控制。[2019/10/16]

Rollup/Plasma

Plasma:缺點是無法應用到智能合約上

用戶跑節點的負擔重

RollUp:優點是數據在鏈上,

可以隨時驗證

鏈下支付可以用任何代幣支付

而鏈上支付只能用ETH

Rollup是19年慢慢火起來的一個概念。和Rollup類似的Plasma,是以太坊上也是V神認為大有希望的一個解決方案。Plasma的問題是它只能夠把支付做好,對于稍微復雜的智能合約卻無能為力。作惡的一方是不會把數據給你提交上鏈,以至于這種爭議至少要等兩個星期才能解決。這個過程是對于用戶來說難以接受的。另外,由于Plasma的數據都在鏈下,用戶跑plasma的節點負擔是很重的:你跑的時間長了,就會消耗幾十個G或者幾百個G,是手機無法承受的。

19年有人提出了RollUp,在我看來是一個中間道路。RollUp就是鏈下的計算鏈上的數據Fraudproof。然后它最關鍵的一個點就是不是所有數據都在鏈上,它的鏈上數據僅僅限于它每一筆交易的輸入,但不包括它的最終狀態。比如說,你從a走到b,我只是把路徑告訴你了;但是你具體在a做了什么事,在b做了什么事,這種狀態是記錄在鏈下的。

行情丨BCH在5分鐘內跌幅超過1.50%:據火幣全球站數據顯示,BCH/BTC在5分鐘內出現劇烈波動,跌超1.50%,達到-1.99%。當前報價為 299.16 美元,行情波動較大,請注意風險控制。[2019/7/24]

任何人任何用戶都可以去看RollUp的區塊,也就是打包后的交易,然后把它這個狀態的轉移重新更換。如果狀態轉移是錯的,用戶就可以在鏈上提交Fraudproof,并將驗證人淘汰掉。因為驗證人在鏈上是有質押的,如果他作惡的話,他的質押會被沒收掉。且雖然不是每一筆Rollup都會進行驗證,但是驗證人會一直跑,一旦發現有Fraud,就可以拿到相應獎勵。這個過程可以理解為任何人都可以進行抽查以及督察。

他的好處是數據都在鏈上,可以任憑用戶隨時去驗證,不會出現像plasma那樣的數據可用性問題。且驗證的結果具有唯一性,驗證人鏈下把這個智能合約跑一遍,就會發現驗證鏈下的計算是否按照鏈上的智能合約。從經濟學角度來說,一般的驗證人不太會去做惡,因為他的質押額太大了。

RollUp和Plasma其實非常類似。只是Rollup把數據放到鏈上去,FraudProof的過程會非常簡單。Rollup的TPS會在主鏈的幾百倍左右,一般是在幾百上千的級別;根據不同業務,如果應用簡單一些的話,應該可以做到幾千級別。而plasma的TPS最高能到上萬。

OptimisticRollUP/ZKRollUp

OptimisticRollUP:

可以支持通用的智能合約

缺點:需一到兩周時間去跑證明

ZKRollUP:可以支持支付以及DEX

缺點:耗內存和CPU/無法支持智能合約

離落地還有時間

OptimisticRollUP從技術來說要比ZKRollUp簡單很多。它的好處是可以支持通用的智能合約。ZK和Optimistic的區別是,FraudProof變成了ValidityProof。這兩種驗證方式相當于兩種不同的思維方式:OptimisticRollUP是樂觀思維,就是說相信驗證人是不會做惡的;ZK是悲觀思維,相信驗證人還是會作惡的,所以要生成一個零知識證明,然后和RollUp一起打包到鏈上去。大家去驗證不需要跑狀態轉移,因為這個轉移已經通過零知識證明跑過一遍了。

這就類似法律上的舉證證明,是自證清白還是別人證明你是好人。ZKRollUp相當于自證清白。其實,Optimistic和ZK都牽涉到一個最終性的問題。OptimisticRollUP的最終性是比較長的,用戶沒有跑過這個證明,提現期需要一到兩周。這期間系統會給足夠多的窗口,讓足夠多的人去驗證這個事情。ZK不會碰到這個問題,因為一旦它的零知識證明上鏈,它的最終性也就確認了。

那么ZKRollUp的問題是什么呢?它對于這個節點要求是非常非常高的。ZKRollUp就是耗CPU和內存,并需要很強的服務器去做這個打包。而OptimisticRollUP對于打包者的要求并不那么高。唯一要求的就是驗證人在鏈上質押來保證不會作惡。

由于這個ZK的復雜性,導致它目前只能用于一些特定的應用:比如說像那個支付和DEX。另外ZK還包含了零知識電路,它是密碼學中非常新的概念,目前存在安全隱患的可能。

HybridRollUp

避免了中心化的問題,引入了側鏈做打包人

HybridRollUp是結合了側鏈和RollUp。我們發現了一個問題打包者可能很中心化,比如說路印。而ZKRoll因為對打包者要求很高,它的中心化問題更加嚴重。這會引發一個問題:假設路印的服務器到期以后,機器就會發生宕機,交易所會進入提現模式,相當于變相被解散。為了預防這種風險,我們犧牲了一些TPS,引入了側鏈的驗證人。

HybridRollUp的好處:第一,不會出現打包人只有一個以及單點故障這個情況,因為這需要一個側鏈共同去打包。第二,作惡的可能性更小了,因為需要所有節點共同加強才能去作惡。且安全性是雙重的:側鏈以及RollUp的雙重安全性會防止有人作惡。

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