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一文读懂种种以太坊L2解决方案的优劣,因地制宜或才是最佳生长战略

来源: 数字货币 时间:2021-04-07 08:10:13
导读: 如今以太坊的问题在于,用户越多,以太坊的速度就越低,使用成本越高。不断恶化的用户体验吸引了来自诸如币安智能链BSC,Solana和Polkadot等重要竞争者争夺智能合约平台宝座。


一文纵览引领NFT领域的9个顶级项目

NFT领域将在2021年第一季度爆发性增长。前三名NFT平台1月份到2月份的总销售额从$71亿上升到$342亿。

现在以太坊的问题在于,用户越多,以太坊的速率就越低,使用成本越高。不停恶化的用户体验吸引了来自诸如币安智能链BSC,Solana和Polkadot等主要竞争者争取智能合约平台宝座。以太坊的连续统治职位取决于其提高吞吐量和降低用度的能力。

纵然以太坊的高级用户对ZK-Rollups,分片(Sharding)或Plasma等词汇不感兴趣,但这个天下上最活跃的区块链的未来却取决于这些。在本讲述中,我们将解决以太坊当前的扩展问题以及以太坊的潜在解决方案。

现状

以太坊天天支持大量的经济流动。它天天结算数十亿美元的生意,而且在蓬勃生长的去中央化金融(DeFi)和非同质化代币(NFT)领域中运行成千上万的去中央化应用程序(Dapp)。然则,以太坊的区块空间有限,所有这些应用程序都在争取相同的资源,这意味着当网络拥塞时,生意变得加倍昂贵且延迟更多。现实上,对于用户而言,以太坊上的单笔智能合约生意(例如Uniswap生意)用度可能会跨越数百美元,详细取决于网络的拥塞水平,从而导致交互生意成本过高。然则,这对于受益于云云高的生意费的矿工来说异常好,与2017年的牛市高点相比,矿工收入当前可以增添50%:

幸运的是,开发者团队正在开发几种扩展解决方案,每种解决方案都有自己怪异的优化和取舍。严酷来说,“可扩展性”是单个节点处置的生意量,“吞吐量”是网络可以处置的总生意量量。为了便于讨论,我们谈论的可扩展性是指处置的所有生意。

以太坊朝着这个目的的演变看起来像是几条脱离的蹊径,有时会链接在一起,通向相同的目的地。每个扩展解决方案看起来都类似于树或中央辐射模子,然则每个解决方案都有其自己的细微差异,可以解决特定的用例。解决方案主要有两类:

Layer 2——链下扩展(以太坊基础链之外的生意和盘算)。种种项目实行解决方案的方式主要有四种。现实上,每个项目使用连系了差异类型手艺的夹杂方式。

Layer 1——链上扩展,或将所有生意保留在以太坊上的扩展解决方案

1.状态通道

状态通道允许用户举行多次脱链生意,而仅向以太坊网络提交两次生意-一次在打开时提交,一次在关闭通道时提交。 这使主网络脱节了验证许多事务的肩负,但提供了相同级其余平安性。 网络中的介入者需要将存款存入多重署名条约,该条约需要执行阈值数目的署名(例如5其中的3个)。 一旦资金存入渠道,介入者就可以凭证需要举行多次生意。 当介入者不再需要渠道时,他们可以提交效果,守候一段时间以确保对效果没有任何挑战,然后在链上提交最终生意并解锁其资金。

举一个简化版的状态通道例子:一个两方或更多方之间的支付渠道。 当已知数目的介入者之间有许多生意(例如小额支付)时,这很有用。 生意是即时的,而且大大削减了在以太坊区块链上处置生意所需的用度。

瑕玷是确立通道并对其举行起劲监视以确保没有恶意行为者,这个历程需要破费时间。 此外,资金在通道有用期内被锁定,而且尚不支持智能合约。

与此相关的项目包罗Raiden Network,Celer,Connext,Statechannels和Perun。 例如,Raiden已经在以太坊上实现了类似于比特币的闪电网络的系统,其中包罗对ERC20代币的支持。 Celer专注于状态通道手艺,但也提供了几种与以太坊,Polkadot和NEO兼容的互补侧链。

2.Plasma(子链)

Plasma是一种以太坊区块链副本框架,称为子链(childchain)。可以在这些Layer2区块中处置成千上万笔生意,并捆绑为一笔单一生意。Plasma可以有许多层,因此可以无限地拥有一个孙子链和曾孙子链。子链是无信托和非托管的链,用户可以控制其资金。这意味着,若是发生错误或被黑客攻击,用户可以引用Plasma链的最新准确快照以恢复状态并找回其代币。这里有一个挑战期,用户从Plasma链中提取资金后将在以太坊主链上支付一笔生意费。

打个譬喻,以太坊区块链就是最高法院,而Plasma链就像下级法院一样。

优势在于,Plasma可以以较低的每笔生意成本维持每秒高达1,000笔生意(TPS),而每个Plasma区块的gas成本是牢靠的。与状态通道差异,Plasma还可以处置天真数目的用户,从一最先就不需要设置数目。资金的平安性和可找回性也很高。

瑕玷是Plasma没有支持智能合约执行的天真性,由于它仅支持转移或swap等基本功效。此外,只管用户可以提取资金,但他们还需要定期检查Plasma链以发现任何错误,以防止被黑客行使。与状态通道类似,需要“监视塔”来维护网络快照。由于这些缘故原由,Plasma已不再是首选解决方案。

与此相关的项目包罗Polygon(以前称为Matic),OMG Network,Gluon,LeapDAO和Gazelle。Ploygon是Plasma和权益证实夹杂侧链,我们将在下一部门中先容。

3.侧链

Plasma子链和侧链相互相似,但从平安角度来看有所差异。 Plasma子链在无信托的环境中依赖以太坊的平安机制,并由于其高吞吐量和平安保证而针对支付举行了优化。 然则,侧链是与以太坊并排运行并与之通讯的自力区块链。 它使用另一个代币与以太坊挂钩毗邻,从而确立了双向桥。 侧链是完全自力的区块链,具有自己的共识机制和平安性保证。

正如它们支持以太坊一样,这些侧链无关区块链,而且还可以通过使用ADA而不是ETH确立挂钩来支持其他基础层,例如Cardano。他们仅在更新分类账状态时与主链举行交互。正如侧链可以与其他区块链友好一样,用户和运营商可以在不依赖以太坊的情形下链下共存并维护多个侧链。

优势在于,侧链是具有自己的代币的区块链,能够支持智能合约(不在主链上),因此针对天真性举行了优化,并具有多种用例。相对而言,这项手艺是作为扩展解决方案而确立的,凭证侧链的设计,它可以提供约莫10,000 TPS的速率。

瑕玷是它不是一个无信托的环境,由于用户需要将资金托管转移到侧链。平安性也是另一个需要关注的问题,由于与以太坊相比,侧链不那么成熟,去中央化也更差,以太坊在已往几年中从去中央化中受益匪浅。此外,双向挂钩意味着侧链代币还需要保持价值并在经济上可行,这通常是通过在该侧链上收取用度并具有有用的代币经济学来实现的。

与此相关的项目包罗xDAI,Polygon,POA网络,Liquid网络和Skale网络。 xDai Chain是一种支付区块链,旨在实现快速,廉价的稳固生意。 xDai用于生意,付款和用度。 Matic(现为Polygon)与Circle互助刊行了USDC稳固币,并与Chainlink结盟,为以太坊游戏提供支持。 Matic更名为Polygon,以启动Layer2聚合框架为重心。该团队将继续托管Matic Network的当前解决方案,纵然用Plasma框架的PoS以太坊侧链。然则他们现在以为这个现有的侧链是“不受迎接的Layer2解决方案”。据报道,Polygon即将推出的SDK将使开发职员能够确立多个Layer2解决方案,例如Optimistic Rollups,ZK Rollups和Validium,这就是该团队将其称为Layer2聚合器的缘故原由。

4.Rollup

Rollup允许将数千个生意捆绑在单个Rollup区块中。 它可能会提供100倍的吞吐量,由于宣布在Layer1之外传输的数据摘要比Layer 1的存储和盘算肩负少且廉价。 摘要数据仍在Layer1(以太坊)上获得珍爱,而无需在以太坊链上举行完整的盘算和存储。

与状态通道差异,Rollup中的资金是由智能合约持有的,运行方在该合约中将资金投入Layer1智能合约中。 所有生意都在layer2上发生,而且若是用户以为Layer2操作是恶意的,则可以在Layer1上执行。 不良行为者将被削减质押物,举报的人将获得一部门被削减的质押物作为待遇。

Rollup对于降低用度,提供更快的生意吞吐量和向用户开放介入很有用。 有两种主要类型:Optimistic Rollup和ZK Rollup。

4a Optimistic Rollup

Optimistic Rollup使用了与以太坊主链平行运行的侧链。在完成一批生意之后,Rollup会向主网提出一个新状态。打个譬喻,他们笼络并公证了生意。他们每秒可以处置约300个智能合约挪用或每秒约2,000个基础转账。由于它与以太坊虚拟机(EVM)兼容,因此在以太坊上做的任何事情也可以在Optimistic Rollup上做。这是一种用于扩展通用智能合约的解决方案,而且是一种以合理的平安水平迁徙去中央化应用程序(DApp)的简捷方式。

但其妥协之处在于,资金可能会受到潜在攻击前言的威胁。若是宣布了不准确的状态转换,则用户将能够撤消不准确的区块并大幅削减不良行为者的质押资金。提款速率也很慢,可能要花几天时间,以允许提出质疑或纠纷期。

专注于此的项目包罗Optimism,Arbitrum,Fuel Network和Cartesi。 Uniswap V3正在Optimism上启动,该版本现在已将此解决方案验证为首选的Layer2解决方案。 Optimism的主网已于2021年1月使用Synthetix等列入白名单的协议举行了软启动,只管它现在准备在2021年7月之后的某个时间周全投入使用。这些白名单协议的用户已经节约了跨越1000万美元的用度。然则,仍然无法确定现实的用户接纳情形,由于它需要改变用户的行为,例如必须依赖支持这种新侧链增强功效的新钱包。

4b ZK Rollup

虽然Optimism假定生意默认情形下是有用的,而且仅在遇到挑战时才运行盘算,但ZK Rollups会在链外运行所有盘算,并提交要存储在以太坊上的有用性证实。零知识(Zero Knowledge,ZK)是指刊行人必须提供的加密证实,才气将一系列生意纪录在以太坊区块链上。

该证实有时被称为SNARK(精练的非交互式知识论证)。运营方需要为每个状态转换天生证实,以太坊上的Rollup合约对此举行了验证。该SNARK证实存在一系列从一个状态到另一个状态的顺序生意。这类似于向以太坊区块链展示盘算效果,而不向他们展示所有生意数据或效果的得出方式。因此,验证区块更快,更廉价,由于涉及的数据更少。

ZK Snarks(可与ZK Proofs交流使用)经常被诸如Z Cash之类的隐私币使用。然则ZK Rollups使用零知识手艺来提高效率,而不是私密性,方式是将成千上万笔生意放在链下举行,然后将它们作为单个Rollup生意提交到以太坊上。据报道,ZK Rollup将能够在ETH1上处置约3,000 TPS,在ETH2上处置20,000 TPS,而用度仅为Layer1成本的1%。相比之下,信用卡通常处置5,000 TPS,只管听说它们可以处置更高的吞吐量(65,000 TPS)。

优点是,在Layer1和Layer2之间转移资金没有延迟,由于合约接受的有用性证实已履历证了资金。因此,若是用户决议将其资金从Layer2退出到Layer1,则结算比Optimistic Rollups更快。然则,由于需要天生ZK证实,因此Layer 2到Layer 2的生意约莫需要10到30分钟。另一个瑕玷是,智能合约支持仍在开发中,因此ZK Rollup只能实现简朴的生意转移。现在也无法将EVM封装在零知识证实中,因此DApps尚不能迁徙到ZK Rollup。

ZK Rollup上的项目包罗Loopring,ZkSync(Matter Labs),Aztec和Hermez。 Loopring通过在链下移动数据和盘算,同时行使零知识证实来保持信托最小化的属性,将该手艺应用于构建订单去中央化生意中央。在Loopring 3.0上,执行生意需要破费不到一美分的以太坊gas费。Aztec最近部署了zk.money,这是一个用于ETH以及未来的ERC-20代币的私有Rollup服务。用户可以将ETH提交给Aztec rollup合约以屏障和发送私人生意。

退后一步,就像ZK和Optimistic Rollups的相似之处在于数据在链上一样,Plasma和Optimistic Rollups之间也有相似之处,由于它们是基于防诓骗的系统。这里有四个象限,代表差异类型的系统。有用性验证系统的第二种类型是Validium。

5. Validium

Validium使用有用性证实(例如ZK Rollup),但数据未保留在以太坊链中。 由于每次转账都必须经由授权,因此Validium中的资金是平安的。 将数据保留在主链之外,每个Validium链最多可实现20,000 TPS,这可以相互并行运行。

这样做的利益是没有提现延迟,而且不容易遭受基于诓骗的系统所面临的攻击。 权衡之处是它对智能合约的支持有限,而且需要壮大的盘算能力和10到30分钟的时间来天生ZK证实,这对于低通量应用而言既不节约时间,也不具有成本效益。 因此,它可能会在上手的时刻遇到鸡和蛋的问题。

Starkware和Matter Labs使用了Validium。 Deversifi是第一个使用StarkWare批处置手艺的平台,无需支付gas费,没有回滚危险或生意失败就可以生意和转让代币。 Matter Labs开发了zkPorter。

扩容解决方案:夹杂方案

只管上述扩展解决方案可谓整齐,但现实是手艺可以组合在一起,每种都有各自的权衡。例如,Matic转向Polygon,启动了Layer2聚合器。此外,Celer连系了状态通道和侧链解决方案。

Layer2扩展解决方案的瑕玷

这些异构扩展解决方案的权衡在于,没有一个单一的全局状态支持可组合的智能合约。当前,大多数用户都依赖简朴的单一系统Layer1。Layer2扩展要求在用户行为,钱包,预言机和DApps中举行重大更改。确立智能合约的开发职员可能不想处置Layer2,或跨Layer2状态,或侧链中的平安模子,或状态通道网络中的流动性路由。他们可能也不想使用ZK证实处置若何在链下运行盘算。

各个Layer2项目之间也缺乏通讯。这意味着跨Layer2的传输不是无缝的,或者需要桥接侧链。应用程序可能还需要思量外生状态,这仍然需要举行研究。

这些难题以及来自其他智能合约平台的竞争迫使以太坊优先思量开发Layer2解决方案,尤其是Rollup。 ETH2开发职员已改变蹊径图以说明Rollup的崛起,以太坊设计使ETH2分片和Rollup协同事情。

ETH 1.x到ETH 2.0的扩展解决方案

ETH2是首次一种大型区块链在周全运作的情形下在新的共识机制下举行重修。这是以太坊最雄心壮志的全系统升级,例如在实验制作新船的同时保持继续航行。 ETH2的一个要害方面是以太坊从事情量证实(PoW)到权益证实(PoS)机制的过渡,这有助于更快地处置生意。

* PoW:在这种共识方式中,所有生意都必须由矿工使用蛮力盘算对区块举行哈希确认。这使网络保持平安,但限制了矿工可以快速流传区块的速率。每个新的以太坊区块必须是根据顺序的,不能并行处置。

* PoS:在PoS共识模子中,ETH2使随便数目的验证器(至少32 ETH)可以运行验证器,而无需昂贵的挖矿装备或维护要求。此次升级对矿工的生意用度没有影响,矿工的生意用度最近已占矿工总收入的约50%(请参阅矿工收入图表)。 PoS通过使介入者更易于接见来实现以太坊去中央化。区块时间将加倍可展望,由于与PoW链上的情形一样,该历程没有相关的颠簸。只管由于分片(或拆分区块链),最终用户的用度较低。在撰写本文时,有360万个以太坊已存入ETH2,价值70亿美元,占总供应量的3%。

分片(Sharding)

分片只是意味着可以将网络划分为多个轨道,以并行处置生意。 这是水平扩展,类似于在多个服务器之间漫衍盘算和存储容量。 每个分片都有自己自力的状态和生意纪录。 专用节点处置某些分片的生意,从而使总体吞吐量更高。

信标链将PoS和分片联系在一起。它是所有系统级流动的协调者,存储和治理验证者的注册表,选择区块生产者,应用共识规则并存储分片状态的数据。信标链于2020年12月投入使用,但除存在之外,现在尚无其他流动。这是允许以太坊在不牺牲平安性的条件下举行扩展的第一步。

与Plasma差异,分片是主链的触角,并定期从其分片提交生意的状态根哈希。应用程序还将直接接见分片中的数据。与子链和侧链相反,分片可确保整个系统是一个聚集体——具有相同的有用性和对数据的接见。分片也没有任何存款或资金,由于它是主链的一部门。

并非每小我私人都必须运行每个碎片,这意味着并非每小我私人都需要运行完整的ETH2节点。这也称为“轻客户端”或轻量级节点,它引用受信托的完整节点的区块链副本,但不需要下载整个区块链副本。轻客户端可以在以太坊分片中饰演主要角色,以使验证者能够快速验证和同步差其余分片。

最初的想法是ETH1只是众多分片之一。然则,这增添了跨分片生意的庞大性。随着以太坊的生长继续对市场条件和新手艺做出反映,该手艺仍在生长中,而且可能成为迁徙至ETH2的焦点特征,也可能不是焦点特征。迁徙到ETH2的最后阶段旨在解锁分片中的智能合约执行功效,估量时间为2023。

以太坊的演变

2020年12月,我们见证了向ETH2迈出的第一步,即启动了信标链。之后是分片,再是抽象执行引擎,最终看到ETH1和ETH2合并。然则,ETH的生长是动态的,鉴于迫切需要解决高gas用度,扩展和竞争猛烈的问题,因此合并被优先思量。

合并之前,还要举行两次其他的手艺升级:“柏林”(2021年4月)和“伦敦”(2021年7月)硬分叉。以太坊改善提案(EIP)通常不会引起太多关注,但EIP 1559将与其他EIP一起包罗在伦敦硬叉中。

EIP 1559导致矿工和开发者之间的主要关系加剧。ETH挖矿最近异常赚钱,2021年2月的收入到达创纪录的13亿美元。可以明白的是,矿业否决换取,由于挖矿是企业级的资源麋集型营业,因此EIP 1559会对收入发生负面影响。然则,网络将凭证用户的需求而生长,而矿工在该方程式中并不是稀奇主要。若是矿工威胁使用硬分叉来否决,那么他们的新分叉将是低价值的,而且不会被用户接纳。对于DeFi,包裹类资产和无法在新网络下复制的NFT尤其云云。

EIP1559通过使用度更可展望,将有助于减轻用度方面的痛苦。凭证EIP1559,区块需要最低价钱(“基本用度”),该最低价钱将凭证需求举行动态设置。只管用户可以将最高用度上限为基本用度和小费的两倍,但这消除了估算用户今天所遭受的生意用度时的总预测。 EIP1559的主要区别在于,用户的最高用度和最终基本用度之间的差额将被退还。现在,严重高估用度的用户不会获得退款。凭证EIP1559,若是区块已满,则收费市场将凭证最高小费重新拍卖,而且将不予退还。

这些升级不包罗ETH1.x和ETH2合并所需的更新,但开发职员正在思量加速该时间表。这里概述了一个快速合并的建议,从PoW迁徙到PoS只需几处更改。然则,以太坊是否应该思量另一个分叉升级(“上海”升级约莫在“伦敦”之后3-6个月)或者着眼于合并,这仍存在争议。通常,治理历程可能要破费数月甚至数年才气包罗在内。 EIP 1559自己在2019年4月受到Vitalik Buterin的拥护,但仅在两年后才实行。

结论

以太坊是正在举行系统级重修的最有价值的网络。 可以明白,开发职员正在郑重地实行更改。 在以太坊致力于ETH2的同时,项目同时提供了多种手艺,以提供最佳的扩展解决方案。 种种扩展解决方案的交付顺序无关紧要。 DeFi的繁荣证实,可组合性是乐成的要害,并享有网络效应。 同样,扩展以太坊也不是赢家通吃的竞赛。 从Layer1和Layer2改善中获得的可扩展性收益将相互叠加,尤其是若是项目可以为可组合的扩展机制通力互助的话。 胜利将是向PoS和以太坊的平稳过渡,保持其作为去中央化应用程序事实上的智能合约平台的最高职位。

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