ETH2:觀點 | ETH 2.0本就是一種形式的rollup

當我們向一種新的擴容范式轉變時，回顧被拋棄的舊范式是一種很好的做法。

這篇文章旨在讓讀者相信，“以rollup為中心”的方法并不會背離分片，并且有望構建對整個系統更直觀的理解。

OptimisticRollup的定義

出于本文的目的，我們先詳細說明最簡單的OptimisticRollup(ORU)實現。

ORU需要具備以下幾個特性：

將所有交易數據提交到鏈上

將狀態根提交到鏈上

假設狀態根是正確的

一些節點負責驗證ORU的狀態轉換

設有鏈上欺詐證明執行程序，可以撤銷無效狀態轉換

分片為什么不可行

在證明ETH2.0分片只是一種復雜的ORU系統之前，我們先來探究一下為什么原生分片系統并非安全的可擴展性解決方案。其背后原因不是特別直觀。

觀點：環保人士對加密貨幣開采感到擔憂:財經網站Forexlive發布消息稱，環保人士對加密貨幣開采感到擔憂。隨著加密貨幣價格的上漲，其效率變得越來越低。例如，比特幣有關數學方面的困惑會隨著價格的上漲而變得更加復雜。另一方面，交易現狀保持不變。因此，從長遠來看，加密貨幣網絡將需要更多的計算機能力和能量來處理相同數量的交易。[2021/10/18 20:38:13]

從數學角度證明分片的安全性

假設

一條區塊鏈上有16384個驗證者和64條分片鏈，每條分片鏈都由128名驗證者組成的委員會負責驗證。委員會成員選舉是不可預見的：每個slot結束后，所有委員會都會解散，并隨機從全體驗證者中重新選出64個委員會，因此每個驗證者都不知道其他驗證者所在的委員會。假設一個區塊需要獲得委員會中2/3成員的認可才能被添加到分片鏈上，這就意味著在全體驗證者中包含1/3惡意驗證者的情況下，通過隨機的方式選出惡意委員會的概率是：

觀點：如果QE縮減時間表發生變化，將對股市、貨幣市場和外匯市場產生重大影響:9月3日消息，經濟學家CarlRiccadonna：非農就業數據令人嚴重失望，這給美聯儲縮減購債規模的可能時間表帶來了很大的不確定性。如果這種招聘速度繼續下去，美國聯邦公開市場委員會（FOMC）的鴿派和溫和派人士將無法按照杰克遜霍爾會議上設定的時間表，滿足美聯儲‘進一步大幅進步’的門檻。如果QE縮減時間表發生變化，將對股市、貨幣市場和外匯市場產生重大影響。[2021/9/3 22:58:38]

b)哈希承諾。

關于該技術的詳解，可以參見這篇文章。

分片就是Rollup

ETH2.0的分片設計模糊了它們是信標鏈的ORU這樣一個事實。如果將重點從分布式處理轉向有序的數據可用性層，就變得一目了然了。

觀點：與法幣不同，人類和機器都可以使用比特幣:印度加密貨幣新聞平臺Crypto Kanoon發推稱，法幣只是為人類而制造的。而比特幣不管你是人類還是機器，兩者都可以用。[2020/9/8]

如上圖所示，驗證者集起到以下4種作用：

驗證并執行信標鏈

對分片所提供的數據進行抽樣驗證

組成分片委員會

提交關于無效狀態轉換的欺詐證明

我們已經作了兩個假設：i)數據具有可用性，ii）區塊鏈會從最近一個具有數據可用性的區塊開始進行分叉。則要么人們可以構建欺詐證明，要么系統將缺乏數據可用性歸咎于簽署該區塊的分片委員會，并回滾狀態轉換。

從定義上來說，ETH2.0是一種ORU

觀點：從全球金融體系吞下價值后 比特幣達到穩定:比特幣金融公司River Financial發推稱，如果比特幣的波動性沒有吸引力，你可以一直等著，直到它從全球金融體系中吞下所有的價值后，達到穩定。[2020/8/9]

這時，考慮到我們之前對ORU的定義，我們應該能夠證明分片實際上就是rollup：

1.所有交易數據都提交到鏈上

分片區塊數據被集中到數據可用性層上，在一定概率上會由全網進行驗證。

2.狀態根被提交到鏈上

分片委員會為包含在信標鏈區塊中的分片狀態根提供證明。

3.狀態根被假定為有效的

信標鏈在沒有進行額外驗證的情況下，假定分片委員會的證明是有效的

4.一些節點負責驗證ORU的狀態轉換

分片委員會驗證分片的狀態轉換。

觀點：美國大選加密捐款接受率有所上升 但仍面臨質疑:根據公共誠信中心在2018年的報告，2017-2018年選舉周期記錄了向9名聯邦候選人、政黨和超級行動委員會提供的近57萬美元加密貨幣捐款。雖然令人鼓舞，但這只是很小的數字，因為該選舉周期籌集25億美元捐款。調查反映出，越來越多人接受加密貨幣作為捐款的工具，越來越多美國公民更愿意使用數字貨幣捐款，或者使用美元和加密貨幣組合。雖然接受率有所上升，但為捐贈者提供加密貨幣捐贈選擇的人物數量并沒有相應上升。在2020大選中，只有楊安澤（已宣布退出大選）接受加密捐贈。很多人都強烈指責楊安澤用這樣的營銷策略迎合硅谷選票庫。但Nash.io聯合創始人FabioCanesin表示，“加密貨幣是互聯網原生貨幣。在社交網絡時代，如果你能接觸到公眾，這是強大的融資渠道。所以我不認為這只是一個營銷策略。”接受加密捐贈并不像很多人想象的那么容易。希望用加密貨幣為楊安澤競選捐款的個人必須與競選合規代表通話15分鐘，以便確保捐贈者是有資格投票的美國居民。另外，根據Clovr的調查，針對提問“家會利用更寬松的加密捐贈法規嗎？”，64%的受訪者選擇“是”。[2020/4/28]

5.有一個可以撤銷無效狀態轉換的鏈上欺詐證明執行器

信標鏈支持分片狀態轉換欺詐證明。

解構ETH2.0

既然我們已經解釋了ETH2.0和ORU系統之間不可思議的相似性，我們能夠如何利用這一信息來更好地理解整個系統的設計？讓我們通過ORU系統的角度來探索ETH2.0的一些設計決定：

數據吞吐量

在當前設計中，系統的數據吞吐量與分片機制緊密耦合。

這里可以采用的一種方法是，將數據可用性檢查視為協議中的頭等公民。這樣可以對數據層進行獨立優化，執行層也可以更細的粒度控制硬件要求。

例如，ETH2.0可以提供64個數據中心和一個在信標鏈上的ORU合約，以此代替分片鏈。ORU合約可以讓rollup決定領導者選舉機制，它們想要將數據發送到多少個數據中心上，以及它們是否想與其它rollup綁定。使用的數據中心越多，驗證rollup所需的硬件要求就越高。

嚴格來說，上述系統是當前分片設計的超集。除了由協議定義的64個分片之外，還會有其它具有自己特征的rollup構建在安全數據層上，并且獨立于協議分片。

回滾最小化

在簡單的ORU中，當選的領導者有權提交無效狀態轉換。雖然這不會影響系統的安全性，因為無效狀態轉換是可以通過欺詐證明撤銷的，但這確實會破壞rollup的進程。單獨來看，這種破壞對作惡者來說通常是不劃算的。然而，在ETH2.0中，跨分片通信讓這個問題變得特別棘手。處于slotN的分片預期自己可以獲得其它分片在slotN-1時的狀態。假設分片S~i~提交了一個無效的狀態轉換，除了單方面發起回滾之外沒有其它合理的方法來撤銷該狀態對分片S~j~的負面影響。

為避免災難性事件，必須有適當的機制來防止這類回滾。其中最明顯的兩個機制是分片委員會和托管比特檢查。正如“從數學角度證明分片的安全性”一節中所述，即使考慮到各種攻擊向量，賄賂分片委員會中2/3以上成員的概率也很低。托管比特可以確保誠實的驗證者不會因為懶惰而被騙簽署無效的狀態轉換。

如果我們認為這些機制的目的是防止無效狀態轉換，而非維護系統安全，就能選擇既有實用價值，又能實現相同效果的參數。例如，將分片委員會的規模減少到64人，隨機組成惡意委員會的概率依然低至3.1×10-8。但是從網絡和簽名聚合的角度來看，這樣能夠極大減輕負擔。

以rollup為中心的以太坊路線圖

本文最初撰寫于斯坦福區塊鏈大會2020期間。那時，我開始充分領會到ETH2.0和ORU之間的相似性。在看過Vitalik的

文章后，我決定發布這篇文章，來表示對以太坊將來采用以rollup為中心的擴容方案的支持。但是，如本文所述，“以rollup為中心”的擴容方案沒有讓我們偏離方向，而是一個超集。我們在分片設計中遇到的問題與我們在整合跨rollup通信時遇到的問題是同構的。這就意味著，已經開展的大部分工作都可以繼續進行，不會被中斷。

以rollup為中心的路線圖會降低分片執行所必需的協議復雜性。這使得我們能夠不斷迭代類似分片的復雜的rollup機制。這樣可以讓更多開發者為不同的rollup格式做貢獻，讓現有核心開發者和研究者可以專注于構建一個健壯的數據可用性層。

可以說，通往功能完善的ETH2.0的道路從未如此清晰。

如果你對文中所述內容感興趣，想要進行深入討論，請在推特上聯系我?@lightclients。我也在將幫助各種有影響力的項目尋找優秀的研究者和工程師。如果你需要幫助，請私信我。

原文鏈接:?https://lightclient.io/blog/eth2-is-a-rollup/作者:?lightclient翻譯&校對:?閔敏&阿劍

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