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以太坊扩容最热门主力方案Rollup学习指南

而从应用层来说,路印 Loopring 和 AZTEC 分别解决了用户链上交易和隐私的需求。路印 Loopring 的去中心化交易所是当前 Rollup 项目中开发进度最快的一个,早在 2 月底就已经上线以太坊主网,开始了公开测试。

AZTEC 是一个隐私技术解决方案,在今年 2 月就上线了以太坊主网,但是他们还在考虑采用 Rollup 技术,以显著降低以太坊网络中隐私交易的成本。他们原本在隐私技术中就采用了零知识证明 ZK,扩容方案选择的是 ZK Rollup,所以他们给新的这套方案取名为 ZK ZK Rollup,或 ZK² Rollup。

第一个 ZK 是利用 SNARK 技术中的「简洁性」(succinctness)提升网络的可扩展性,将多笔交易合并为一笔以减少交易成本,第二个 ZK 是利用 SNARK 作为隐私技术,将合并前的每一笔普通交易升级为隐私交易。

Optimistic Rollup 进展

Optimistic Rollup 技术中最重要的公司是 Fuel Labs、Optimism (前 Plasma Group)和 NutBerry,他们研发的是通用型的 Optimistic Rollup 解决方案。相比 ZK Rollup,由于去除了复杂的零知识证明这类复杂的密码学技术,所以支持通用的智能合约会更容易一些。

Optimistic Rollup 虽然比 Plasma 增加了数据可用性的优点,但也直接吸纳了之前 Plasma 的成果,除了都用同一套博弈和惩罚机制之外,Optimism 团队表示,这两个方案可以共享很多基础设施和代码。另外,他们认为对于一个成熟的 Layer 2 生态系统,Rollup、Plasma 和状态通道应该是可以在同一个客户端(智能钱包)内一起工作的。

其实在 Plasma Group 对外公开放弃 Plasma 技术之前的 2019 年年底,就组建了一家新公司 Optimism,专注于实施 Optimistic Rollup,该公司目前已经从加密风险基金 Paradigm和设计公司 IDEO 旗下的 IDEO CoLab Ventures筹集了 350 万美元种子轮融资。

新募集的资金主要用于实施 Optimistic Rollup 解决方案和基于该解决方案构建应用程序。尽管这是一家商业公司,但该研究小组表示,希望继续为开源项目做贡献,并与公众分享自己的研究成果。

为了支持以太坊的智能合约,Optimism 已经发布了虚拟机 Optimistic Virtual Machine (OVM) 的 Alpha 版本。OVM 是嵌入在以太坊虚拟机(EVM)中的副本,允许开发者使用 Optimistic Rollup 时,可使用和 EVM 相同的开发者工具集和智能合约语言。

刚开始,Optimistic Rollup 被称为「最小可行合并共识」(Minimal Viable Merged Consensus),在 John Adler 于去年 6 月提出了这个概念后,就成立了 Fuel Labs,以实行他们的扩容方案。

Fuel Labs 将开发一条无需信任的以太坊侧链 Fuel,专门针对以太坊链上的支付进行设计,在伊斯坦布尔升级之前,保守估计能将以太坊 ERC-20 代币交易成本降低至原来的五分之一。

今年 1 月,Fuel Labs 基于 Optimistic Rollup 的以太坊侧链 Fuel 的公开测试网上线,代码也已开源。值得注意的是,他们测试网的合约就已经支持所有的 ERC-20 代币了,毕竟 ERC-20 本就是一种智能合约。

后来在 3 月,他们宣布推出一门新的以太坊底层语言 Yul+,作为对 Yul 的实验性升级,为 Yul (以太坊虚拟机的一种低级中间语言)添加了各种 QoL 功能。Yul 是由 Solidity 开发者编写的一门旨在进一步优化编译目标的低级中间语言,简单且具有实用的低级语法,让开发人员比 Solidity 更接近原始以太坊虚拟机(EVM),同时具有优化 gas 费使用效率的潜力。

NutBerry 相比上述两个影响力更小一些,但他们的目标是开发一个基于 Optimistic Rollup 的 Layer 2 解决方案,且支持具有状态(stateful)的智能合约。该项目最早被发布在以太坊研究论坛,其中描述了该项目将分为四个里程碑:支持 ERC-20 标准、支持 ERC-721 标准、支持无状态智能合约、支持具有状态的智能合约(也就是可以储存数据的智能合约)。NutBerry 已于今年 2 月发布了第二个测试网,已支持 ERC-712 (Ethereum typed structured data hashing and signing)。

Optimistic Rollup 的应用层产品相对较多一些,可能是因为支持智能合约更简单,所以对于这些 DeFi、DEX 或隐私服务这些需要智能合约处理逻辑的应用来说,更方便一些。

这些应用将会在后续的一两个季度内逐步上线,不用多久就能体验到了。

其他 Rollup

虽然其他几个 Rollup 解决方案和上述的这些项目不太一样,但是他们都以 Rollup 命名,所以本文也做相关的整理和收集:

BLS-Rollup,可以参考 SKALE Labs 的介绍:https://ethresear.ch/t/the-optimal-snark-less-on-chain-scaling-solution/4790

Arbitrum Rollup,可以参考 Offchain Labs 的介绍:https://medium.com/offchainlabs/how-arbitrum-rollup-works-39788e1ed73f

另外还有一个基于账户的匿名 Rollup 项目:https://ethresear.ch/t/account-based-anonymous-rollup/6657

为了以太坊链上应用生态的发展,扩容是一个持续且重要的话题,毕竟,离以太坊 2.0 最终形态至少还有 2-3 年的时间。在此之前,DApp、DeFi、游戏等各种链上应用生态是无法规模化的,计算资源将成为重要的瓶颈,任何一个强势的DApp都可能迅速将链上的计算资源占满。以 3 月 12 日为例,Maker 协议因以太坊价格暴跌而发起的抵押品拍卖清算流程,就是因为整体网络拥堵而产生了巨额损失。

曾经最重要的扩容方案 Plasma,在实现过程中遭遇一些问题之后,开发者社区将更多精力转移至 Rollup,因为它解决了前辈在开发过程中发现的「数据可用性」问题。虽然有一些取舍,但还是比以太坊 Layer 1 效率高上几十数百倍。而衍生出两个最重要的分支 ZK Rollup 和 Optimistic Rollup ,分别选择了不同的挑战以确保安全性:是研究困难的零知识证明密码学技术,还是寻找出一套安全且照顾用户体验的博弈机制。

不过,那些上百倍的提升目前还是理论值,或许是实验室环境下的最优情况,在此之前还有很多的研发工作和配套的优化。只有这些方案被实现,并且被应用集成且大规模采用之后,才能知道真实的性能,或是否有其他的弱点和问题。

毕竟实践才能出真知。Rollup 不是第一个扩容方案,也不会是最后一个。虽然我们都知道目标在哪里,但是实现的路径依旧是曲折的。

今日,以太坊联合创始人Vitalik buterin发布推文称 :"上周,以太坊交易费用的收入已超过了多数预估的PoS验证者奖励。Rollup+分片即将到来(@loopring 的zk rollup已部署在以太坊主网上),它们会提高网络容量,但即使在今天,这也是经济可持续性的重要里程碑。"

在理解vitalik的这条推文前,我们需要了解一个背景:当前以太坊网络已进入高度拥堵时期,根据etherscan的数据显示,近期以太坊网络的日均交易费用已超过了1000 ETH,其中5月14的交易费达到了2249 ETH,相比之下,预计以太坊2.0的区块奖励一天还不足1000ETH。

那这种情况意味着什么?

目前市场有大量的交易需求;

以太坊layer 1 的性能已无法满足市场需求,这导致费用上升;

用户若提交低费用的交易,则需要等待更长的时间,这导致用户体验开始变糟;

在以太坊layer 1性能受限制的情况下,Vitalik选择的解决方案只有两个,1个是Rollup,另一个则是分片,但现实情况却是,我们距离以太坊2.0 的落地还需要相当长的时间,根据乐观的估计,信标链(Beacon chain)的最早上线时间是今年第三季度,而基础的64条分片链则要等到2021年,也就是说,远水解不了近渴。

(图片来自最新的consen

sys 以太坊2.0报告)

那短期内,有希望解决这个麻烦,可以有效缓解以太坊网络拥堵的选择是什么,是Rollup !

ZK Rollup 和 Optimistic Rollup

说到Rollup,那我们就不得不提到目前它的两个主要分支 —— ZK Rollup和Optimistic Rollup,简单来说,ZK Rollup是运用了零知识证明技术将大量交易数据汇总成单笔交易,然后再发布到链上,这种方案的安全性更佳,但对于通用型智能合约(DeFi应用)的支持是相对更难的,而Optimistic Rollup则主要依赖于欺诈证明,采用这种方案,则意味着可以较容易地支持各种DeFi应用,而两者理论上都可以支持上千的TPS。

那目前有哪些项目,在采用Rollup方案呢?

然而,截至目前,这些Optimistic Rollup项目都处于在测试网测试的阶段,尚无法使用,而像Offchain Labs的Arbitrum Rollup方案预计要在今年年末时,才能在以太坊主网上线。

那采用ZK Rollup方案的项目,又有哪些呢?

主要有三家,一个是国内的Loopring,另两个是国外的ZKSync(Matter Labs)以及StarkWare,而在进度方面,Loopring已于今年2月份在以太坊主网上线,但其目前只提供了简单的资产交易服务,而后两个国外项目,目前也都处于测试网测试阶段。

一场与时间的竞赛

而在近日,Vitalik还提到了一个非常重要的想法:“或许(@loopringorg?)rollup提供商除了运行DEX之外,还能够提供内部的ERC20代币传输服务?”

运用rollup服务来传输ERC20代币,可大大缓解以太坊网络的拥堵情况,对于rollup提供商而言,这显然是必争之地。

那如何,以及何时才能实现这个功能呢?

对此,Loopring首席架构师Brecht Devos给出的说法是:

“在协议层,我们只需要将传输电路的验证密钥添加到我们的区块验证者合约中,以及进行一些设置(这是我们的可信设置的一部分)。唯一阻止我们在交易所上实现它的事就是一些前端/后段工作。”

而另一位有力竞争者StarkWare也在研发解决方案,其合作方DeversiFi的首席执行官Will Harborne表示,一旦方案部署到主网之后,就会优先处理这个问题。

而Matter Labs的联合创始人Alex G则评论称:

“ZKSync 能够实现这个任务,ZK Rollup可以实现可扩展的ETH和ERC20 代币交易,这是通过PLONK零知识证明方案实现的,我们预计将在本月在以太坊主网上线。”

也就是说,短期内,我们可能会看到有3种可供使用的解决方案,这将是一场与时间的竞赛,谁可以先一步实现Rollup方案的ERC20代币传输,谁将占据到先发优势。

以太坊token只是建立在以太坊区块链之上的数字资产。他们受益于以太坊现有的基础设施建设,而无需房地产商务必创建一个全新升级的区块链技术。他们还通过推动对以太坊的本土货币以太的需求来强化以太坊生态系统,这需要为智能合约提供动力。这本初学者指南应该帮助那些不熟悉数字资产的人在一定高度上理解以太坊token,以及他们与以太坊的不同之处。

以太坊是一个可用于创建任意智能合约的平台,包括代表以太坊token的数字资产的智能合约。这类似于App Store为iOS应用程序提供平台,一些应用程序发布应用于他们游戏或系统中的数字货币。但是,以太坊不是像Apple这样的控制添加到App Store的内容的中心化存在。任何人都可以在以太坊上创建token。

以太币token可以代表任何东西,从黄金(Digix)等物理对象到用于支付交易费用的本地货币(Golem)。在未来,代币甚至可能被用来代表股票和债券等金融工具。每个token的属性和功能完全取决于其预期用途。代币可以有固定的供应,恒定的通货膨胀率,甚至是由复杂的货币政策决定的供给。

token可用于各种目的,例如支付访问网络或对组织进行分散管理。代币通

常通过称为首次币发行(ICO)的集中销售(crowdsale)发布给公众。代币的创建者将向其他人发放代币,以换取以太币,有时还包括比特币和其他数字货币。最近有很多ICO,他们在很短的时间内完全改变了项目的资助方式。没有要求token必须妥善的分配,尽管如果您正在构建一个分散的应用程序,理想情况下您希望代币由尽可能多的人所拥有。

有多种资源可以引导您完成创建token的过程,并解释token如何在技术层面上工作。例如,Token Factory提供了一个简单的用户界面,允许您使用自定义参数创建自己的以太坊token。

与比特币和以太币类似,以太币token也在区块链上进行跟踪,区块链是所有已发生交易的公共账本。这是因为以太坊token只是依赖于以太坊区块链上的一种特定类型的智能合约。

按市值计算的最大的以太坊代币是Augur的REP和Golem的GNT。这两个项目都在开发中,总市值约为4.5亿美元。我将简要介绍一下它们是如何工作的,以便更好地理解以太坊token所具有的许多不同功能。

Augur

Augur是一个去中心化的预测市场,由Joey Krug和Jack Peterson共同创立。预测市场允许用户对不同事件的结果进行投注,并且还可以用于对冲目的。例如,如果你拥有价值2000美元的1比特币,并想要对冲持有,你可以打赌比特币的价格在某个特定日期将低于2.000美元。

这样,如果比特币的价格上涨你的持股将更有价值,但如果它下降你将通过预测市场抵消你的损失。没有中心化来源报告事件的结果。这减轻了腐败报道的风险,但也产生了对去中心化来源的需求。Augur发布了一个名为Reputation(REP)的以太坊token。

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