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給區塊鏈擴容難嗎？從比特幣到以太坊

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DeFi業務的增長從2020年起飛，TVL從$600M到$25B，增長了40倍。從一個現象就能直觀感受：DEX去年從每日數千筆到達數十萬筆規模，Uniswap的單日交易量甚至一度超過了老牌中心化交易所Coinbase。

以太坊上的交易量不斷攀升，區塊容量卻開始吃緊，而礦池選擇GasPrice競價排序交易使其利益最大化。同時考慮到DeFi業務技術上存在搶跑攻擊，用戶心理上存在FOMO等問題，導致最終大家愿意付出更高的價格讓交易跑得飛快。高價礦工費，使我們離普惠金融的初衷漸行漸遠。

那么以太坊為什么不選擇直接提升區塊容量，承載更多交易呢？原因很簡單，區塊鏈核心限制在于「每一筆交易都要由網絡中每一個節點驗證處理」，那么當區塊大小擴大幾倍時，則會讓更多小型節點退出，逐漸走向中心化。

給區塊鏈擴容難嗎？

SandboxAQ推出開源加密算法元庫Sandwich:金色財經報道，AI量子技術平臺SandboxAQ推出開源框架“Sandwich”，旨在重塑當代密碼學管理。據該公司稱，該平臺旨在推動組織實現加密敏捷性。它支持多種語言（C/C++、Rust、Python 和 Go）和操作系統（MacOS、Linux），使開發人員能夠靈活地在自己喜歡的環境中工作并輕松訪問多個流行的加密庫（OpenSSL、BoringSSL），包括 NIST 的新后量子密碼 (PQC)算法。

該框架的抽象提供了編程靈活性，并保護開發人員免受密碼庫使用的復雜性影響。集成后，Sandwich框架使開發人員能夠通過API快速、輕松地更新其加密技術，從而無需重寫代碼。[2023/8/13 16:23:09]

早在2010年時中本聰就已經探討過擴容問題，最初中本聰在比特幣源碼中設定區塊容量為32M，但后來區塊交易量一直很小，就把容量設置為了1M。他自己也認為如果有擴容需求，那么在代碼中設定區塊高度自動升級區塊容量就好了。

但是后來比特幣擴容卻不是那么順利，主要分歧在于是采用「隔離見證和閃電網絡」，還是「增加區塊容量」。前者認為「區塊容量增大要求更高帶寬和存儲，會使節點逐漸走向中心化」，希望借助隔離見證和閃電網絡這兩項技術完成擴容，不增加區塊容量。

數據：Arbitrum活躍賬戶數突破800萬:金色財經報道，據Dune Analytics最新數據顯示，以太坊Layer 2擴容解決方案Arbitrum活躍賬戶數已突破800萬，本文撰寫時達到800.5萬個，當前已創建總賬戶數為941.7萬個，總交易量為3.0588億筆，鏈上合約創建總量為2,740,159份。歷史數據顯示，Arbitrum活躍賬戶于6月18日突破700萬，這意味著該指標值在過去一個月增長約15%。[2023/7/16 10:58:11]

注：這也是為什么Eth2希望采用PoS降低節點門檻，從而讓更多人可以成為驗證人，使其完成去中心化世界賬本的理想。

當然這最后已經不是技術問題了，而是上升到了意識形態之戰，經歷香港共識的出爾反爾與不信任，最終走向硬分叉的道路，形成目前BitcoinCore和BitcoinClassic兩條擴容路線。

比特幣擴容過程就像一場戲劇，我們可以看到諸如SegWit、SchnorrSignature、LightningNetwork等擴容技術落地實現，但還未有質的改變。

Limit Break CEO：將向DigiDaigaku Genesis持有者免費發放比特幣NFT:4 月 17 日消息，Limit Break CEO 在其社交平臺表示，其下一步計劃包括開源可編程版稅合約 V1.1，對 FreeNFT 主要服務進行升級，以及向 DigiDaigaku Genesis 持有者免費發放比特幣 NFT DigiDaigaku Chibi。[2023/4/17 14:07:52]

SegWit：交易數據壓縮至25%；

SchnorrSignature：單簽名數據壓縮至50%；多重簽名：多筆交易壓縮成單筆交易體積；

LightningNetwork：缺少點對點小額支付場景，資產規模僅有1000+BTC。

后來閃電網絡白皮書的作者JosephPoon轉戰以太坊社區，與Vitalik在2017年發布Plasma白皮書，試圖解決以太坊的擴容問題。

RayStake：黑客可保留20%資金，否則將懸賞1萬ADA發起“追獵”:10月15日消息，Cardano生態項目RayStake今日發布公告，稱黑客可留下20%失竊資金，團隊將會將其視作“白帽黑客”。否則團隊將發起“追獵”行動，將1萬枚ADA作為獎勵發放給幫助追捕攻擊者的人。

此前消息，RayStake遭到黑客攻擊，約555萬枚XRAY被盜，攻擊者獲利41萬枚ADA。[2022/10/15 14:29:00]

Plasma主張將交易的計算和存儲搬到Layer2，然后將多筆交易壓縮成一個區塊，并將區塊的默克爾根提交到Layer1Plasma合約，從而提高吞吐量和降低交易成本。

Layer2依賴Layer1Plasma合約作為安全信任和仲裁層，如果Layer2出現問題/作惡，那么用戶可以借助Layer1Plasma合約退出資金。退出資金要等待約2周的挑戰期，在此期間任何人都可以提交「欺詐性證明」證明退出無效，從而獲得獎勵。反之，若無問題則等待挑戰期結束，順利退出。

Vitalik稱Plasma是sidechainsthathaveanon-custodialproperty，究其原因主要是用戶需要信任SideChain機制，而無法保障自己資金的所有權，但Plasma通過交互式欺詐性證明可以讓用戶隨時申請退出資金，即便Plasma子鏈出現問題/作惡。?

Hyperledger基金會新增數字美元項目等7家新成員機構:6月10日消息，Consensus 2022 大會上，全球企業級區塊鏈開放生態 Hyperledger 基金會宣布新增 Avast、Corsha、Infosys、NextGenTek Consulting、數字美元項目（The Digital Dollar Project）、摩根州立大學國家金融科技中心等 7 家新成員。[2022/6/10 4:17:11]

Plasma曾是社區的希望，我們可以看到許多Plasma變體實現諸如OmiseGo、Matic、Loom等，但因為一些缺陷，它并沒有獲得社區最終的青睞：

缺少數據可用性，用戶不得不依賴Plasma可信任節點數據或不斷監控網絡是否作惡，無法獲得同等于Layer1的安全性。

提款周期長，依賴長達兩周的欺詐性證明挑戰期，如果有人作惡，同時挑戰期內無人發現并提交作惡(欺詐)證明，那么用戶資金存在損失風險。

上面這段話可能有些難以理解，我們來舉個數據可用性的例子：

當你去賭場玩德州撲克時，你從柜臺(Layer1)將美元換取籌碼，然后你開始隨便找了一張桌子玩了幾個小時德州(Layer2交易)，當你贏到盆滿缽滿的時候，你準備起身到柜臺兌換籌碼。此時賭場的壞人給你當頭一棒，你失去了記憶(數據不可用)，牌桌上的荷官當作什么事情沒有發生過一樣，重新開始剛才的牌局，騙走你本應贏到的籌碼。

從過去比特幣和以太坊擴容情況來看，我們逐漸找到了理想擴容方案應該有的樣子

保持區塊容量大小，避免走向中心化；

支持數據可用性，用戶可以從L1上重建交易狀態；

隨著2019年以太坊硬分叉升級-Istanbul，我們離理想擴容方案越來越近，此次升級包含兩個Layer2友好的EIP提案

EIP-1108：使SNARKs和STARKs驗證運算更便宜；

EIP-2028：降低CalldataGas消耗量，以便L2數據采用Calldata形式低成本上鏈。

Layer2Rollup的現狀

什么是Rollup？?

Rollup有不少中文譯名，其中一個打趣的翻譯是「春卷」，你可以想象將食物卷起來一口吃下去的感覺。實際上，Rollup就是將交易數據壓縮放到Layer1上，從而實現同樣的區塊容量可以塞下更多交易，將30TPS擴容到3000TPS級別，再搭配上Eth2Sharding擴容，效果可以媲美當下Visa的水準。

如何壓縮數據？

壓縮是Rollup的精華，巧妙的壓縮技巧可以塞下更多的交易，同時壓縮數據上鏈可以提供「數據可用性」，保障用戶資產安全。

一筆簡單的以太坊交易(比如發送ETH)通常消耗約110字節。然而，在Rollup上發送ETH僅消耗約12字節。我們以收款地址和交易簽名舉例：

To：使用「索引」來代替20字節的地址(例如：一個地址是「狀態樹」中的第4,527個地址，我們就可以用索引4,527來表示它)；

Signature：利用零知識證明的特性，將數千筆交易簽名轉化為零知識證明，通過檢查證明的有效性，從而證實數千筆交易有效。

Rollup方案對比

Rollup方案主要分為兩種：ZKRollup和OptimisticRollup。前者采用有效性證明，后者采用欺詐性證明，這兩種證明方式背后的理念是不同的：

有效性證明：采用數學的方式保障資金安全、用戶體驗流暢和隱私，但短期內無法支持通用的EVM計算；

欺詐性證明：支持通用EVM計算(方便以太坊項目遷移)，但短期內無法采取零知識證明，所以折衷選擇欺詐性證明，保障資金安全。

最后，本文為了講述Layer2發展歷程提及了一些過往不同的擴容方案，但這并不意味這些方案的思路是失敗的。這其中除了技術問題，商業可行性也是值得深思的，正如Vitalik對這兩種Rollup方案的評價：

短期內，OptimiticRollup很可能在通用的EVM計算中勝出，而ZKRollup則可能在簡單的支付、交易和其他特定應用場景中勝出。但從中長期來看，隨著ZK-SNARK技術的改進，ZKRollup最終將在所有場景中勝出。

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文章作者：阿樹

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