以太坊研究者Polynya：為什么單片式 L1 區塊鏈是“死胡同”？_ROLL

原文作者：Polynya原文編輯：南風，Unitimes我從來沒有寫過一篇關于“OptimisticRollupsvs.ZK-Rollups”的文章。它們都很棒。我的文章都是關于反對效率極低、無法擴展、不安全、缺乏彈性的單片式L1區塊鏈，我們已經看到了資本對這些L1網絡的荒謬配置。我唯一的目的是看到區塊鏈以技術、經濟和社會可持續的方式擴展到全球無所不在。單片式L1區塊鏈網絡不僅是不可持續的，實際上它們永遠也無法提供所需的吞吐量——而且與目標相差好幾個數量級。但這不再是一個問題了——我們需要模塊化的執行層&數據可用性抽樣來擴展區塊鏈。這一點從來沒有這么清楚過。我們越早認識到這一點并轉向這種方式，區塊鏈行業就會越好。是的，這只是我的觀點。和往常一樣，請將這篇文章視為業余愛好者的意識流漫談，而不是一篇專業的研究文章。

單片式L1區塊鏈極為低效

我從2020年開始撰寫關于Rollups的評論，并在去年的這個時候發表博文，當時主流的說法是“Cardano/其他L1智能合約平臺即將到來，用戶將會在一夜之間從以太坊大規模地遷往其他L1網絡。”之后的說法是“L2網絡是暫時的權宜之計，實現擴展的唯一方式是L1網絡。”然而，即使在2021年底進行最溫和的測試，這些替代性L1網絡的敘述也以驚人的速度瓦解：

Binance智能鏈由于狀態膨脹而使其系統要求更高。其結果是，節點開始不同步，導致許多問題。這里的問題在于他們一開始指定的系統要求非常低——但他們沒有告知人們，系統要求會隨著狀態膨脹呈指數增長。現在，他們在沒有充分的審計或測試的情況下進行不計后果的網絡變更。當然，切換到Erigon并擁有多條鏈將提供增量效益，但總是會存在嚴重的限制。

Solana?沒有犯這樣的錯誤，他們從一開始就對很高的系統要求非常開放。現在，我絕對不會對Solana的各種失敗和問題進行批評，因為這很大程度上是因為它是一個早期的beta產品。由于缺失一些特征而導致的bug和問題總是會出現在beta項目中，無論是Rollups、dapps還是單片式L1網絡都是如此，我只希望開發人員能夠修復這些問題。但問題是，隨著時間的推移，當Solana成熟了，久經測試消除了bugs，并實現了一個費用市場，它將需要提供一個遞增的吞吐量，并在技術和經濟可持續性上付出巨大的代價。Solana本質上是不可擴展的。OptimisticRollups是要比Solana要好得多的解決方案，并且會很快成熟。

PolygonPoS?可以說是繼以太坊之后被采用最多的鏈。現在，PolygonPoS確實是一個“提交鏈”(commitchain)，而不是一個替代性L1鏈，但它仍然是一個單片鏈，并受到與L1網絡相同的低效率約束。PolygonPoS達到了它的極限，受到了垃圾交易的影響，提高了它們的最低Gas價格。但即使在那之后，還是有很多項目向它發送垃圾信息，導致Gas價格上漲了超過0.1美元。需要明確的是，這是一個比Solana或Cardano要好得多的結果，在Solana或Cardano中，在擁堵期間99%的交易都會失敗，只有微型MEV機器人會成功。值得贊揚的是，與其他單片式區塊鏈項目不同的是，Polygon團隊非常公開地承認了這些局限性，并將所有精力投入到ZK-Rollup中——這實際上將實現高可擴展性。行動勝于言語，Polygon團隊在零知識技術方面投入10億美元的行動值得稱贊。

以太坊上DeFi總鎖倉量274.7億美元:據歐科云鏈OKLink數據顯示，截至今日11時30分，以太坊上DeFi協議總鎖倉量約合274.7億美元，環比下降1.08%。當前鎖倉量排名前三的協議是WBTC 38.1億美元（-6.02%），Maker 36.3億美元（-10.88%）以及Uniswap V2 28.2億美元（-7.57%）。[2021/1/12 15:57:12]

說到?Cardano，他們也是一個處于非常早期的beta產品，和Solana一樣，也必須實現費用市場。Cardano的系統要求仍然很低。最近，我看到Cardano社區對Rollup越來越感興趣，很高興看到這種情況！然而，在Cardano本身沒有實現數據可用性采樣之前，所有這些都是徒勞的。

我們看到還有許多其他項目沒有達到其大肆宣傳的效果。每當區塊空間飽和時，AvalancheC-Chain?的費用就會飆升——我的意思是，這是單片區塊式鏈的一個基本特征。子網會導致安全性或去中心化的碎片化，并且將受到同樣嚴重的限制(即費用的飆升)。至于Avalanche的“onlinePurning”(在線修剪，這里的“修剪”是指節點壓縮過去的歷史交易)：讓我們拭目以待，但這似乎實現了Geth的“離線修剪”(offlinepurning)，并使其以更高的頻率進行修剪。這可能是Geth的一個很好的補充，但它絕對不能解決狀態膨脹的基本限制。我們已經看到了Harmony的失敗等等。但我也想強調的是這些正在為下一代構建可擴展性解決方案的項目：以太坊、Tezos、Celestia和PolygonAvail的數據可用性抽樣；Mina和Aleo的有效性證明；以及還有許多的Rollups方案，現在似乎每周都會出現新的Rollup！很明顯，我們已經進入了「模塊化架構」的時代——很少有人會認真地構建新的單單片式L1區塊鏈。在緊要關頭，Polkadot和NEAR等“原型模塊化”項目是中期解決方案，雖然不能解決上述許多問題，但仍保持了可持續性和安全性。如果你不關心可持續性和安全性，那么Dfinity/ICP正在構建有趣的東西。

我還想明確一點，單片式L1區塊鏈是有一條前進的道路的：升級到下一代技術。例如，Avalanche可以在底層實現一個“數據可用性抽樣子網”，該子網由整個驗證者集進行驗證，并引入模塊化的執行層。除非這是他們路線圖上的優先事項，否則我將繼續推動這種說法，直到這種轉變在整個行業普遍存在。

現在，并不是每一條鏈都必須是一個Rollup或者有著某種形式的模塊化設計。在安全性不重要的情況下，以及希望實現某種在?Rollups中很難或不可能實現的新特性時，主權L1鏈仍然有其一席之地。當然，這在很大程度上是一個利基市場，但它是真實存在的。Cosmos?生態系統在這方面做得很好，PolygonEdge?也在構建引人注目的解決方案，盡管我希望看到這些鏈被證明是有效的，并且IBC(鏈間通信)也在進化以驗證有效性證明。跨L1區塊鏈的「橋」也是如此。但即便是在有效性方面被證明是完美的L1跨鏈橋，比如=nil;Foundation正在構建的「Mina<>Ethereum橋」，仍然需要假設這條更脆弱的鏈不會被攻擊；相比之下，Rollups「橋」能夠提供完整的安全保證，即使那條更脆弱的Rollup鏈被攻擊，你仍然可以繼承那條更強大的鏈的安全性。

以太坊未確認交易72008筆:金色財經報道，Etherscan數據顯示，當前以太坊未確認交易72008筆。當前挖礦難度2190.85TH，交易處理能力10.3TPS。截至目前以太坊全球均價為117.39美元，最近24小時上漲0.79%。[2020/3/17]

最后，討論時機很重要。當前，OptimisticRollups還沒有準備好，所以使用這些非beta階段的單片式L1區塊鏈仍然是有意義的。應該注意的是，不管是OptimisticRollups還是單片式L1鏈，都存在不同程度的成熟度/不穩定性，因此你必須根據具體情況進行評估。但我不會在這篇文章中對此進行論述，我唯一的興趣是從長期來看，區塊鏈可以如何大規模、可持續地進行擴展。但?OptimisticRollups正在迅速成熟，在成為可持續性解決方案這方面有著明確的途徑。只需要工程工作就可以實現——很有可能至少會有一個OptimisticRollup將實現完全的去中心化、實現數據壓縮、擁有高流動性的「橋」，并在一年的時間內擴大規模。一旦OptimisticRollups準備迎接其黃金時刻，那么所有單片式L1區塊鏈網絡的游戲就都結束了。

在過去，我采取了非常長遠的觀點，因此，我可能從一個更積極的角度討論了ZK-Rollups。我一直認為ZK-Rollups將是游戲終局，并認為所有的OptimisticRollups?將會要么轉變成ZK-Rollups，要么使用有效性證明(validityproofs)來取代其欺詐證明系統。但這可能是3年以后的事了。

上文第一部分的結論是：單片式L1區塊鏈是一條死胡同，在這一點上的證據是壓倒性的，所以我想把這一點徹底強調一下。以下是本文第二部分，將主要以以太坊為中心，因為以太坊是所有Rollups創新的所在地，而且以太坊有著最具雄心的可擴展性路線圖。

OptimisticRollups對比ZK-Rollups

現在，讓我們來討論一下OptimisticRollups和ZK-Rollups。順便說一下，最近我了解了Obscuro(一個TEERollup)和Urbit的NaiveRollup。Rollups的設計空間是一個空白畫布，因此可以有多種類型的Rollups！但是在這里，我特別討論的是基于欺詐證明?(OptimisticRollups)和有效性證明?(ZK-Rollups)的安全Rollups。

交易費

讓我們從特定于應用程序的Rollups?開始：很明顯，ZK-Rollups在這方面領先。Loopring、zkSync?等方案在支付領域被歡迎，其ERC-20Token轉賬的費用在0.10美元左右。撰寫本文時，基于ZK-Rollup技術的去中心化交易平臺?ZigZag?上的固定費用是0.28美元，包括Gas費和交易費。同時，去中心化衍生品交易平臺?dYdX?平臺沒有面向用戶的Gas費用，但我們可以計算該平臺的交易費用：在交易量較高時，每筆交易他們都要向以太坊支付0.08美元的Gas費；在交易量較少的日子，則是在0.10美元左右。

動態 | 以太坊未確認交易64308筆:據Etherscan.io數據顯示，以太坊未確認交易64308筆。當前挖礦難度2076.11 TH，交易處理能力5.4 TPS。截至目前以太坊全球均價為143.4美元，最近24小時漲幅為3.91%。[2020/1/11]

現在，OptimisticRollup很有可能能夠提供這一范圍的費用——實際上，Worldcoin項目計劃使用的?Hubble?(基于OptimisticRollup的L2網絡)的ERC-20轉賬費用目前低于0.10美元的范圍。我們繼續轉向智能合約Rollups——為什么當前?Optimism和Arbitrum?網絡上的費用如此之高？撰文時，根據Lefees.info的數據，Optimism上的Token兌換費為0.85美元，而Arbitrum的為1.35美元，這實在是太高了！

答案很簡單：這些OptimisticRollups本身還沒有優化，而且大多數早期在OptimisticRollups上部署的dApps項目都是以太坊上原有項目的分叉版本，并不是針對OptimisticRollups而設計的。最近，通過專門針對OptimisticRollups而進行優化的?AaveV3?成功地降低了約10倍的費用！

但是還會有更多的優化。簽名聚合/壓縮將使得每筆交易直接節省約1,000Gas。調用數據(calldata)的基本壓縮可以直接節省2.5倍，且更多更先進的方案將會出現。隨著OptimisticRollups以及部署在其上的dApps的優化，OptimisticRollups的交易費用將很容易達到0.01-0.10美元的范圍。

等等，這是以太坊發展路線圖中的TheSurge階段(即通過分片(sharding)大幅提高Rollups的可擴展性)到來之前的情況！如果2022年末的以太坊上海硬分叉升級(這將是以太坊合并后的首次升級)進展順利，那么第一步將很可能是引入“攜帶blob的交易”(blob-carryingtransactions，這是Vitalik提議的一種新的交易格式)，這將使得calldata(調用數據)的成本降至大約為零，且并且OptimisticRollups實際上將變得更加便宜！

今天，ZK-Rollups有著較高的固定成本。當前，ZK-Rollups要更便宜，因為其調用數據成本超過了該固定成本；但是，隨著調用數據成本變得可以忽略不計，交易費將完全由ZK-Rollups的固定成本主導。而?ZK-Rollups的運行成本要高得多。

動態 | 以太坊治理項目Moloch DAO完成v2版本合約開發:以太坊治理項目Moloch DAO已完成v2版本合約開發。在Moloch DAO的v2版本中，最明顯的更新是用戶可以購買或使用多種代幣，v2中特別區分出了貢獻代幣和支付代幣。同時，v2中，DAO成員可以強制取消另一個成員資格，前提是被取消資格的成員資產已經全部清算。無投票權的股份也會在v2中出現。“Moloch DAO”是開源社區治理協議，于2019年2月啟動，目的是引入去中心化的治理模式，以解決ETH2.0開發緩慢、開發發者激勵不足的問題。目前總共得到了逾150萬美元的資金支持，其中以太坊創始人Vitalik Buterin和ConsenSys創始人Joe Lubin分別給該項目提供了1000枚ETH的資助。[2020/1/2]

很明顯，現在有很多不同的證明系統，成本也不同，但通常的估計是0.01-0.02美元。這將是ZK-Rollups的一個最低成本。然而，如果它們愿意，OptimisticRollups可以自由地下降至更低：由于一個成熟的OptimisticRollups成本99%是調用數據成本，它們可以以微不足道的成本訪問~5200TPS的blobspace。

順便說一下，OptimisticRollups也將比Validiums方案更便宜，因為這個最低成本也適用于Validiums！我相信zkPorter的交易成本在0.01-0.03美元之間，而OptimisticRollups的成本可以遠低于這個水平。就我個人而言，出于交易質量的原因，我不建議使用這種方案，但在這種情況下，OptimisticRollups最終將獲得更高的“利潤”，可以重新分配給利益相關者，或將其用于公共產品融資、開發等等。

當然，最終，~5200TPS會飽和，如果有超過這個的巨大需求，調用數據成本將再次開始上升。但是，到那時，Danksharding?將會推出，首先將這個空間擴展到125,000TPS，然后在數年內擴展到數百萬TPS。長期來看，調用數據成本絕對不會成為瓶頸——瓶頸將是Rollups本身。重申一下，瓶頸將是Rollups本身，而不是以太坊。

長期來看，隨著ZK-Rollups的成熟，我們將有ASIC證明者，ZK-Rollups的成本也將變得微不足道。屆時，ZK-Rollups的優勢——最明顯的是即刻取款(無需等待)——將勝出。對于一些具有高度壓縮狀態增量的用例(如dYdX)，它們很快就會比OptimisticRollups便宜得多。

動態 | Parity在以太坊伊斯坦布爾升級之前發布緊急補丁 遭社區成員質疑:以太坊伊斯坦布爾升級成功，但并非一帆風順。所有主要客戶端提前發布了與升級兼容的版本，若未能升級將導致與最新版本的網絡不兼容。而Parity在主網升級前三天發布針對EIP1344的緊急補丁版本。播客主持人AnselLinder稱，在升級前34小時僅41%的節點升級，“昨天Parity出現的問題導致其節點（更新同步的數量）變為零。”Parity的失誤引發社區成員的批評。（AMBCrypto）[2019/12/9]

最終性(Finality)

說到這，一個常見的誤解是，OptimisticRollups有7天的敲定期。但實際上，OptimisticRollups將比ZK-Rollups更快地實現與L1相同的最終性(finality)。我們已經看到OptimisticRollups每5到10分鐘提交一個交易批次，所以這就是延遲。這7天是為了確保維持這一最終性，并假設至少有一個實體會維持該最終性。隨著OptimisticRollups的擴展，這些交易批次將更加頻繁地被提交，且當達到大約20TPS時，OptimisticRollups可以在每個區塊進行提交，此時OptimisticRollups的最終性將等于L1的最終性。由于ZK-Rollups的固定成本要高得多，在每個區塊進行提交將需要更多的活動(>100PTS)才能實現。然而，通過Vitallik提出的這個blob交易EIP(以太坊改進提案)，ZK-Rollups可以重新設計，將一些證明提交給blob，所以這可能不是一個問題。

那么，OptimisticRollups的這7天是什么呢？因為挑戰期是7天，所以有一種交易確實有7天的敲定期，即從OptimisticRollups取款至L1鏈。對于某些情況，比如跨鏈NFTs，這可能是一種挑戰。然而，我們已經看到了許多在OptimisticRollups上線的「橋」，且隨著OptimisticRollups的成熟，活動&流動性將提高，屆時這7天的挑戰期將不再是一個問題。更大的問題是ZK-Rollups支持了許多新用例和跨Rollup活動，而這些用例和活動是無法在OptimisticRollups上實現的。

比如，借助于Danksharding，ZK-Rollups可以同步調用L1,我甚至推測，如果我們通過crLists實現L1預確認，不同的ZK-Rollups之間的某種程度的可組合性將是可能的！OptimisticRollups被排除在這些新穎和創新的場景之外。附錄：雖然OptimisticRollups可以進行隱私交易，而ZK-Rollups將能夠以低得多的成本進行此類交易。

吞吐量

特定于應用程序的Rollups相當精簡，并且可以大規模擴展。如果我沒記錯，早在2020年年中，StarkEx就演示了9000-18000TPS。然而，對于智能合約Rollups來說，情況更加具有挑戰性。我們已經看到StarkNet只能夠比dYdX或ImmutableX的吞吐量更低，并將吞吐量優化作為一個最高優先級。因為Optimism和Arbitrum都是基于EVM客戶端，所以它們a)擁有經過實戰測試的代碼庫，b)相對優化的客戶端。幾天前，我詢問在需要并行性之前EVM可以擴展到什么程度，AlexeySharp認為Erigon可以擴展到500MGas/秒。因此，對于優化的基于EVM的OptimisticRollups有很大的空間，并且可以通過多線程客戶端或多個實例/遞歸Rollups提供更多的空間。

這是我們爭論的焦點：因為OptimisticRollups有一個誠實的少數假設，你不能將系統需求推得太緊。要清楚的是，因為這是一個誠實的少數假設而不是單片式L1s的那種誠實的大多數假設，因此OptimisticRollups可以比任何單片式L1區塊鏈更安全。但是你仍然需要有一個限制，這個限制在默認情況下需要低于ZK-Rollups，因為ZK-Rollups可以很容易地通過有效性證明進行驗證。

但是OptimisticRollups有一個解決方案——無狀態客戶端。我在Optimism的路線圖上看到了這一點，但我不記得在哪里了。使用無狀態客戶端，驗證OptimisticRollups非常容易，使用正確的工具驗證交易將非常簡單。此外，因為可以很容易地直接從L1重構Rollup的狀態，所以通過借助狀態過期，Rollups比L1更具有侵略性。一旦實現了無狀態性和高頻率狀態過期，Rollups將已經克服了狀態膨脹的嚴重問題！此外，你還擁有像FuelV2這樣的新解決方案，它通過類似UTXO(未花費交易輸出)的系統進行并行化。

話雖如此，通過遞歸有效性證明，ZK-Rollups仍然是實現網絡最大吞吐量的更優雅的解決方案。很有可能的是，在StarkNet自身日趨成熟的同時，我們看到特定于應用程序的ZK-Rollups在其之上構建了巨大的吞吐量，且作為一個整體，StarkNet的規模遠遠超過任何OptimisticRollups。然而，其中的權衡是原子可組合性——除非ZK-Rollups團隊的向導很快發現這一點！

總結

最終，這一切都與時間線有關。

對于特定于應用程序的鏈而言，ZK-Rollups已經是大多數情況下的最佳解決方案。這對于任何使用過dYdX、zkSync、Loopring或ImmutableX的人來說都是非常明顯的。會有一些權衡，但所有這些都將在今年年底前完成(比如dYdXV4)。

智能合約：單片式L1鏈還有一年的時間保持相關性。對于這些單片式L1鏈來說，不祥預兆已成定局，除了緊急轉向使用欺詐證明，有效性證據和DA(數據可用性)證明，別無他途。

OptimisticRollups將比ZK-Rollups擴展得更快。OptimisticRollups的很多代碼庫已經成熟，一旦定序和可升級性實現了去中心化，OptimisticRollups將準備好被大規模采用。到2022年底，OptimisticRollups可能會迎來低于一美分的Gas費用，完全實現去中心化，并且本質上有著與以太坊L1一樣的安全性和最終性，并擁有足夠的流動性用于快速取款。且隨著2023年無狀態性(statelessness)和狀態到期(stateexpiry)的實施，OptimisticRollups將繼續改善。

ZK-Rollups將繼續演化、成熟和久經測試，優化證明時間，轉移到GPU證明者并最終轉向ASIC證明者。它們新穎的虛擬機和定序器節點也將隨著時間的推移而成熟和擴展。到2023年底，我預計ZK-Rollups將趕上并取代OptimisticRollups。但OptimisticRollups將繼續發揮作用直至2024/25年，到那時，我預計大多數OptimisticRollupsor將成為ZK-Rollups，或至少使用有效性證明取代它們的欺詐證明系統。

我曾說過多次，我的時間范圍是5-10年。但是Rollups和DAS(數據可用性抽樣)的發展是如此之快，我現在認為它的結局就在眼前，并且將在5年內發生。

感謝Reddit用戶u/proof_of_lake的校對。

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