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CoinEx科普

CoinEx科普:白话讲解以太坊Layer2

2021-02-08 03:35:09

近日,飞涨的以太坊价格和火热的DeFi生态将以太坊网络手续费推上新的历史高点,以太坊扩容,尤其是Layer 2方案的讨论也越加热烈,Layer 2作为解决以太坊网络拥堵问题的呼声也会随之水涨船高。 

以太坊扩容方案分为两个基本类别,一类是将以太坊网络的工作任务拆分给节点,也就是eth2要实现的分片。另外一类是让用户把大部分交易都放在以太坊链下的Layer 2协议里,通过打包汇总交易提交到以太坊网络。L2扩容方案再细分大致又有四类,分别是State channels(状态通道)、Sidechains(侧链)、Rollups和Plasma。  



这些扩容方案整理成了一张表,包含技术简介、优缺点,方便大家对比理解。但其实乍一看,很多人还是很难理解,这里举个例子来说明究竟是怎么回事。

在加密世界里,有一家受欢迎的银行叫以太坊,它只有一个营业厅,平均每秒只能处理数十笔业务,所以银行有个霸王规定,谁给的手续费高就先处理谁的业务。结果在业务繁忙时段,成千上万人过来这家银行办理业务,营业厅必然出现拥堵现象,排队手续费也水涨船高。针对这个问题,各种号称超越以太坊的银行应运而生,它们宣称可以同时处理几千笔甚至百万笔业务,可是并没有多少人愿意转去其他这些银行,因为这些银行上面的生态太弱,没有大家常用的金融、生活和购物消费等服务。(市场上存在很多所谓的以太坊杀手项目,号称TPS几千上万,但是它们的生态相对以太坊太弱,用户量不足。)

那么以太坊这家银行也意识到拥堵问题的严重性,于是它提出了ETH2.0计划,打算将原本的1个营业厅拓展成最终的1024个营业厅,并且营业厅之间联网互通,这样业务处理能力将大大提升。但由于这个计划宏大,于是它又被拆分成三期建设计划,2020年底才刚启动最开始第0期,整个计划预计2022年都未必能完工。(ETH2.0是以太坊网络Layer 1的扩容方式,通过分片将工作分配给不同的节点,第0阶段在2020年底启动,但是据说最终实现最终的第2阶段技术难度很高,能否在2022年底完成是一个疑问。) 

远水救不了近火,大家又纷纷为以太坊银行出谋划策。他们提出“状态通道”的方案,对于某些业务,例如宽带服务缴费不需要经常跑营业厅,用户可以提前将一笔钱存入和服务商一个联合账户,用户开支票来支付宽带费。服务商不需要每次都去营业厅排队兑现支票,他只需要将新一期费用累加起来,让用户作废旧支票,开一张新支票。最后,服务商再直接把最新支票交给银行一次性处理多期费用,这样就可以节省给营业厅的手续费。这种方案也有其风险,就是用户需要经常签支票,或者支票有可能被人盗取了。(状态通道是锁定资产到智能合约的通用型扩展方案,有很好隐私性和即时性,但是这种方案只能应用于某些情况,而且交易需要智能合约多签参与者同时在线验证,交易需要参与者多次更新验证。对于频繁交易验证,意味着高额交易费。另外有多签参与者代理人攻击风险。)

于是有人提出了另外的一个叫“侧链”的方案。用户可以将钱从以太坊银行存入类似“XX宝”的账户里,换取对应的其内部积分,积分可以直接独立进行各种日常消费,并在这类公司内部系统结算,有需要的时候再将积分提现回银行。这个想法挺美好,但在加密世界里,这类公司还属于创业阶段,团队人数少,公司资产可能还没用户存过来的资金更值钱。虽然这类方案声称会通过各种办法加强资金安全,但依然存在资产安全性的风险。(侧链独立于以太坊主链,与以太坊主链平行运行。侧链大幅降低主网计算压力,有成本低,开发时间短等。但由于侧链独立运行,安全性也完全脱离以太坊主链,多数侧链验证者少,共识机制偏弱,很容易出现资产安全问题。)

为了解决侧链的安全性问题,又产生了Plasma方案。在这个方案里,任何人可以根据其业务需求在以太坊银行内创建一个特殊账户,这类账户公开透明,定期向银行汇总其内部结算结果,账户内资金转出都需要经过七天的公示期,任何用户只要发现资金转出有异样都可以进行举报。如果举报成功可以得到奖励,而这笔转出交易也会取消。例如游戏公司开设了这类账户,用户将钱存入后就直接兑换成了对应的游戏代币,享受快捷顺畅的游戏体验。但这个方案的缺点是提现时间长,而且因为内部交易记录并不透明有做假账的风险。(Plasma 是另一种侧链,利用智能合约与默克尔树依附主链建立无数子链。保证子链与以太坊主链有同等安全性前提下,增加子链间交互与通讯。解决了 Plasma 安全性问题,同时减少主链拥堵。由于 Plasma 采用“欺诈证明”(fraud poof),为保证资产安全侧链提取资产到以太坊主链有锁定期,一般七到十四天时间,对于小额资产高频交易用户并不友好。)

前面这几种方案讨论了几年,都没有能被外界广泛采用,而以太坊拥堵现象随着各种应用出现得越来越频繁,一种新的改良扩容方案又出现了,Rollups。和前一个方案Plasma相比,Rollups会由操作人/协调人来收集并打包线下的所有交易记录,通过各种压缩技巧把记录提交给营业厅,这样用户就可以从营业厅的公开账本进行审计检查是否有假数据。

根据数据审计方法的不同,Rollups又演化出了Optimsitic Rollups和ZK Rollups。Optimsitic Rollups提交给营业厅的数据是没有经过审计的,因而和Plasma一样预留了7天的缓冲期,好处是它内部结算系统是和银行一样的通用会计准则,商家的各种应用可以容易对接。而ZK Rollups提交给营业厅的数据是经过审计的,但目前只能支持转账、交易这些功能。(Optimistic Rollups 兼容EVM ,预先提交交易没有证明,任何人都可以提交欺诈证明。 通用运算灵活,数据链上存储,用户体验好。但与 Plasma 一样,交易等待时间长,网络吞吐量较其他方案有限,另外还有安全担忧。而ZK Rollups是多笔交易聚合为单笔的二层网络解决方案,采用 SNARK 或 STARK 零知识证明算法作为有效性证明。交易费用低,相比 Optimistic Rollup 和 Plasma 速度更快,ZK Rollups去中心化强,吞吐量和扩展性更好,无需欺诈证明。目前只有交易、转账这些简单的功能。) 

目前Rollups也有不同的项目在做Layer 2,生态越强的项目在未来可以获得更多Layer 1过来的流动性,下面是媒体整理的扩容方案生态全景。 

(图源:链闻)

 

(图源:区块律动)

 

虽然Layer 2这个赛道尤其是Rollups还属于早期,但是以太坊2.0落地还有1、2年时间,这个时期正是Layer2的大好时机。以太坊的开发社区也已经把Rollups作为扩容核心,包括Synthetix、Uniswap和AAVE这些DeFi龙头都计划采用Rollups方案,创始人Vatilik称 “ Rollups 是一个强大的新型的 Layer-2 扩容方案,并有望在短期和中期(也可能是长期)成为以太坊扩容的基石。另社区尤为兴奋的一点原因在于,Rollups 与之前出现的 Layer-2 扩容方案不同,Rollups 能够支持通用的 EVM 代码,允许现有 DApp 轻松迁移”。以太坊二层网络成功部署后,其他公链就不能再讲TPS这个故事了,它们或许可以从其他方面来尝试挑战以太坊。

 

参考资料

一图纵览以太坊 Layer 2 扩容赛道主力选手

Vitalik:以太坊上的 Rollups 如何使用链上合约进行 Layer-2 扩容

以太坊 Layer 2 生态如何站队?

做成了 NFT 卡牌,Immutable 还想做基于 ZK Rollup 的 NFT 交易平台

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