了解以太坊擴展演進歷程 以太坊會有怎樣的擴展未來_以太坊

原文作者：PaweenPitimanaaree

以太坊一直是用戶和開發人員的首選區塊鏈，在DeFi和NFT上的TVL超過550億美元。然而，如此高的網絡采用率也給以太坊網絡帶來了重大問題，尤其是在其可擴展性方面，因為目前的網絡在保持理想的去中心化程度的同時，每秒平均只能處理13.5筆交易。

為了提高以太坊的可擴展性，過去幾年開發了多種方法，目前正在研究更多方法。這些解決方案包括狀態通道、Plasmas、Validiums、Rollups和側鏈。

雖然它們可能被分類為不同的類別，但實際上它們并不完全不同。一些基本思想本質上是相同的，并且通常建立在以前的思想之上。

因此，本文的其余部分旨在概述這些以太坊擴展解決方案實際上是如何隨著時間的推移而發展的。

以太坊擴容解決方案

以太坊擴展解決方案的示例。

狀態通道

狀態通道是以太坊擴容最早也是最簡單的方法。關鍵思想是在鏈下處理交易，只將最終結果發布回主網絡。這將減少到主網的不必要的中間交易，從而減少潛在的網絡擁塞。

Digital Insights Ventures 創始人：為了使Web3成功，人們需要了解輔助系統將如何蓬勃發展:金色財經現場報道，在Coinlive舉辦的峰會上，新加坡區塊鏈協會 (BAS) 可持續發展與影響小組委員會創始主席兼Digital Insights Ventures 創始人 Krishna Ramachandra 以主題演講“Web3 和人工智能 (AI)：助力去中心化技術的代幣化和可持續性。”他分享了 Digital Insights 采用的核心見解：交互、互操作性、集成和互連。

此外，他還談到了網絡的語義，并解釋說Web3，當你分解它時，它只是指你對數據使用方式的控制。他解釋說，為了使Web3成功，人們需要了解輔助系統將如何蓬勃發展。他在演講結束時說，如果有影響力或權力的人不幫助可持續發展的敘述，我們將永遠不會看到Web3的全部力量。[2022/12/22 22:00:35]

狀態通道用戶流。以太坊交易的數量可以減少到2筆——打開和關閉通道。

以下是鏈下交易在幕后的工作方式。想象一下2個用戶A和B想要在他們之間轉賬。如果A向B發送10美元，B向A發送5美元，最后A向B發送20美元。而不是在鏈上分別發送這3筆交易，如果他們同意A應該在單筆交易中向B發送總共10-5+20=25美元。

Animoca Brands創始人：游戲已經成為人們了解數字所有權的重要切入點:9月28日消息，在由萬向區塊鏈實驗室主辦的第八屆區塊鏈全球峰會上，Animoca Brands 創始人蕭逸表示，在過去6個月左右的時間，區塊鏈領域的大部分人都進入到Web3領域，尤其是跟區塊鏈游戲相關的領域。這一領域受到這么多投資就在于它是下一代互聯網的“戰場”。數據曾經是屬于中央平臺控制的私人物品，在未來區塊鏈和Web3時代將意味著去中心化的所有權，有了去中心化所有權之后，就能夠獲得數據的互操作性。其認為游戲之所以會變得如此重要的原因，是因為相信游戲已經成為人們了解數字所有權的重要切入點，因為在游戲中所花的所有時間都成為資產了。[2022/9/28 22:37:28]

為了概括這個想法，一組參與者可以打開一個狀態通道并將資金鎖定在主網上通道的多重簽名智能合約中。然后，他們可以在他們之間解決鏈下交易，并且只有在同意解鎖資金并關閉通道后才將最終狀態更新到以太坊。

狀態通道主要用于需要就彼此的行為達成一致的兩方之間的微交易和支付。它們不能很好地擴展以支持智能合約，因為

dApp通常涉及大量最終用戶，這使得各方之間的協議更加復雜。

智能合約dApp通常可以由任何人在以太坊或狀態通道上無需許可地進行交互，從而在每個網絡上創建不同的事實。

美國紐約古根海姆博物館正在招聘了解NFT的職員:據CoinDesk消息，根據一份新的招聘公告，美國紐約市的現代藝術圣地之一古根海姆博物館正在關注NFT的潛在未來。博物館管理人員寫道：古根海姆博物館希望下一個MBA實習生提供對基于NFT的藝術的評估，這是一個新興、快速增長、高度可擴展的藝術領域。[2021/3/20 19:02:29]

Plasma

Plasma定期將Merkle根狀態哈希發布到以太坊。在有人提供欺詐證明并質疑其有效性之前，所有狀態更新都被視為有效。

Plasma鏈只是一個由運營商運行的獨立區塊鏈，它定期將檢查點保存到以太坊網絡。這些檢查點存儲為Merkle根狀態哈希以提高gas效率。這意味著任何交易計算都可以卸載到Plasma鏈以實現可擴展性，同時利用以太坊層來驗證Plasma鏈的狀態更新正確性。

為了確保狀態轉換正確，Plasma采用了防欺詐機制。每個過渡都被認為是正確的，直到有人在該時間段內對其提出質疑。任何不正確的狀態轉換都將被簡單地丟棄，而新的轉換將建立在先前正確的轉換之上。

Plasma在正常情況下可以很好地工作。然而，問題之一是當操作者宕機或惡意時。如果運營商停止提供交易信息，那么沒有人將能夠生成證明來使狀態轉換無效。因此，運營商的任何惡意行為最終都會在主網中被接受。

聲音 | Elliptic首席執行官：與金融機構合作旨在增加金融機構對加密資產的了解程度:區塊鏈取證公司Elliptic首席執行官James Smith表示，與銀行投資者的合作將進一步增強幫助更好地理解世界各地金融機構的能力，并與它們密切合作，讓它們對密碼資產生態系統有更多了解。Elliptic旨在與金融機構合作，揭露任何與加密資產有關的交易活動，使金融機構能夠相應地管理風險，而不是對新興加密資產類別的交易一無所知。（AMBCrypto）[2020/2/14]

在這種情況下，為所有用戶實施“大規模退出”方案，以使用最新的有效狀態退出Plasma生態系統。但是，整個狀態數據將被轉儲到以太坊上，這可能會引發網絡擁塞。

另一個問題是非EVM兼容性。通用智能合約的狀態沒有明確的類似所有權的結構，這意味著任何人都可能在狀態轉換中取得進展，從而使這些合約無法退出游戲。

Validium

Validium在以太坊上發布Merkle根狀態哈希和ZK證明作為檢查點。狀態更新的正確性由ZK證明來驗證。

Validium還運行自己的區塊鏈并將Merkle根狀態哈希發布到以太坊，類似于Plasma。它們的主要區別在于狀態更新驗證機制。Plasma依賴于防欺詐機制，而Validium使用零知識(ZK)證明，例如ZK-SNARKs和ZK-STARKs。

聲音 | Kraken CEO：政府需要時間來了解隱私幣的好處:Kraken首席執行官Jesse Powell近期接受采訪時對隱私幣近期遭受的監管壓力發表評論稱，保護個人財務隱私有很多“合法”的理由。Powell承認，任何手段都可能被用來從事“邪惡的”活動，但他認為，各國政府需要很長時間才能了解隱私幣的好處。他補充說：“你不必把它（隱私幣）用在所有的地方，但它們確實有一定的用途，我認為它們會被廣泛接受。”（AMBCrypto）[2020/1/18]

ZK證明是生成的計算連同狀態更新一起提交給以太坊，以確保狀態轉換是有效的。盡管ZK證明的復雜生成過程可以在鏈下計算，但鏈上驗證相當容易。這使得Validium可以在以太坊上更新狀態和證明后立即確定。

然而，由于其復雜的密碼計算，ZK證明與EVM字節碼存在兼容性限制。因此，當前可用的Validium應用程序僅限于簡單的用途，例如代幣傳輸，僅涉及簡單的加減運算。

除了EVM不兼容之外，數據可用性仍然是一個問題。Validium仍然依賴于鏈下數據存儲來確保交易數據始終可以重建為完整的區塊鏈狀態。但是，這為安全模型增加了另一層信任，因為它需要信任另一方始終可用并正常運行，即使該方是去中心化的。

Rollup

Rollup發布狀態根和壓縮交易信息。

Rollup解決了數據可用性問題。它們可以被認為是下一代Plasma鏈和Validium。除了狀態更新之外，交易信息作為calldata在以太坊上發布。這意味著給定在以太坊上提交的所有calldata，總是可以從頭開始重建區塊鏈的當前狀態。因此，我們不需要單獨依賴任何第三方，如DAC來存儲狀態樹。

有兩種主要類型的Rollup：OptimisticRollup和ZKRollup。

OptimisticRollup

與Plasma鏈的工作方式類似，Optimisticrollups認為狀態轉換是有效的，直到有人挑戰。任何人都可以通過在以太坊網絡上的“驗證者合約”上實施的防欺詐機制來質疑并聲稱狀態更新不正確。

防欺詐機制有多種方法：

Optimism使用單輪交互式證明，以太坊必須在鏈上執行整個L2交易以進行驗證。這種方法可以立即防止欺詐，但會帶來大量的計算gas成本。

Arbitrum使用多輪防欺詐，執行鏈下二進制搜索來查找無效轉換狀態更新的“操作碼”。只有一個操作碼在鏈上執行，這意味著這里所需的gas要低得多。

最終，防欺詐可確保以太坊上發布的狀態有效且完全可重構，而無需信任外部各方。Optimisticrollups也與EVM兼容，這意味著在以太坊上運行的任何dApp都可以輕松移植，而無需更改任何代碼。這使得OptimisticRollup作為以太坊擴展解決方案被廣泛采用。

ZKRollup

ZKrollup只是Validium和數據可用性的結合。該鏈定期在以太坊上提交其哈希狀態以及壓縮的交易數據，并使用有效性證明來驗證狀態轉換。

與Validium類似，ZKRollup無法有效地與EVM兼容，因為為完全集成的EVM環境生成證明可能需要數小時才能完成。追求使用EVM或ZK-EVM開發ZKrollup的項目正在平衡EVM兼容性和性能之間的權衡。事實上，Vitalik將ZK-EVM分為4種類型，從完全等效于以太坊到部分兼容EVM，如圖1所示。

不同類型的ZK-EVM。

目前，只有尚未與EVM等效的Type4和Type3是可行的，因為必須采取更多的變通方法來使用ZK證明來充分發揮EVM的功能。但是隨著以太坊變得對ZK-SNARK更加友好并且正在進行更多的研究和開發，我們應該能夠看到Type2和Type1ZK-EVM在未來變得普遍。

側鏈

側鏈是獨立的區塊鏈，運行自己的區塊參數和共識機制。他們可以通過雙向橋與以太坊通信。然而，與任何其他擴展解決方案不同，側鏈不會將任何交易或狀態數據發布到以太坊；因此不要繼承以太坊的安全性。由于側鏈有自己的區塊參數，它們可以通過調整某些參數輕松支持比以太坊提供的更高的吞吐量。然而，他們通過犧牲安全性和去中心化來實現這些目標，例如具有中心化驗證者或需要高端計算硬件。由于以太坊的愿景是專注于去中心化和安全性，側鏈并不是以太坊基金會作為擴展解決方案的重點，盡管它們被認為是減少以太坊交易流量的最有效方法之一。

擴展解決方案的未來

過去的擴展解決方案隨著時間的推移而發展——解決了以前擴展設計中的關鍵問題，例如狀態轉換驗證和數據可用性。在當前階段，rollup被認為是擴展以太坊的最先進的解決方案，因為它們利用了以太坊安全性和EVM兼容性以適合通用用途。然而，在Rollup方面仍有許多可能的改進領域，以實現進一步的安全性、去中心化和可擴展性：

去中心化Rollup排序器——Rollup可以利用類似PoS的機制來選擇排序器，以降低中心化和審查風險。

Rollup之間的直接通信通道——在沒有以太坊作為媒介的情況下，在Rollup之間進行橋接和消息傳遞可以增強用戶體驗并降低交易成本。

雖然像Rollup這樣的鏈下擴展解決方案已經可以提供多重可擴展性，但以太坊也有自己的計劃，通過ETH升級在基礎層進行擴展。以太坊分片作為重要的里程碑升級之一，將能夠通過與Rollup的集成進一步協同提升以太坊的可擴展性。

分片作為Rollup的數據可用性層——64個以太坊2.0分片鏈中的一些可以用作Rollup的“數據倉庫”，以便在其上發布哈希根。從理論上講，分片和Rollup可以將以太坊吞吐量提高到100,000TPS。

代碼可執行分片——其他分片鏈將能夠運行EVM字節碼和以太坊等智能合約。然而，由于之前的分片鏈使用提供的大吞吐量，這種實現的實際需要有待確定。

憑借足夠的可擴展性，以太坊可以支持當前使用的web2服務的高交易吞吐量。向金融的未來邁出了重要的一步。

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