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以太坊研究者 Polynya:单片式公链为什么是“死胡同”?

原文标题:《以太坊研究者 Polynya:为什么单片式 L1 区块链是“死胡同”?》撰文:Polynya我从来没有写过一篇关于“Optimistic Rollups vs. ZK-Rollups”的文章。它们都很棒。我的文章都是关于反对效率极低、无法扩展、不安全、缺乏弹性的单片式 L1 区块链,我们已经看到了资本对这些 L1 网络的荒谬配置。我唯一的目的是看到区块链以技术、经济和社会可持续的方式扩展到全球无所不在。单片式 L1 区块链网络不仅是不可持续的,实际上它们永远也无法提供所需的吞吐量——而且与目标相差好几个数量级。但这不再是一个问题了——我们需要模块化的执行层 数据可用性抽样来扩展区块链。这一点从来没有这么清楚过。我们越早认识到这一点并转向这种方式,区块链行业就会越好。是的,这只是我的观点。和往常一样,请将这篇文章视为业余爱好者的意识流漫谈,而不是一篇专业的研究文章。  我从 2020 年开始撰写关于 Rollups 的评论,并在去年的这个时候发表博文,当时主流的说法是“Cardano/其他 L1 智能合约平台即将到来,用户将会在一夜之间从以太坊大规模地迁往其他 L1 网络。”之后的说法是“L2 网络是暂时的权宜之计,实现扩展的唯一方式是 L1 网络。”然而,即使在 2021 年底进行最温和的测试,这些替代性 L1 网络的叙述也以惊人的速度瓦解:         在过去,我采取了非常长远的观点,因此,我可能从一个更积极的角度讨论了 ZK-Rollups。我一直认为 ZK-Rollups 将是游戏终局,并认为所有的 Optimistic Rollups 将会要么转变成 ZK-Rollups,要么使用有效性证明 (validity proofs) 来取代其欺诈证明系统但这可能是 3 年以后的事了。 上文第一部分的结论是:单片式 L1 区块链是一条死胡同,在这一点上的证据是压倒性的,所以我想把这一点彻底强调一下。以下是本文第二部分,将主要以以太坊为中心,因为以太坊是所有 Rollups 创新的所在地,而且以太坊有着最具雄心的可扩展性路线图。  现在,让我们来讨论一下 Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups。顺便说一下,最近我了解了 Obscuro (一个 TEE Rollup) 和 Urbit 的 Naive RollupRollups 的设计空间是一个空白画布,因此可以有多种类型的 Rollups!但是在这里,我特别讨论的是基于欺诈证明 (Optimistic Rollups) 和有效性证明 (ZK-Rollups) 的安全 Rollups。  让我们从特定于应用程序的 Rollups 开始:很明显,ZK-Rollups 在这方面领先LoopringzkSync 等方案在支付领域被欢迎,其 ERC-20 代币转账的费用在 0.10 美元左右。撰写本文时,基于 ZK-Rollup 技术的去中心化交易所 ZigZag 上的固定费用是 0.28 美元,包括 Gas 费和交易费。同时,去中心化衍生品交易平台 dYdX 平台没有面向用户的 Gas 费用,但我们可以计算该平台的交易费用:在交易量较高时,每笔交易他们都要向以太坊支付 0.08 美元的 Gas 费;在交易量较少的日子,则是在 0.10 美元左右。 现在,Optimistic Rollup 很有可能能够提供这一范围的费用——实际上,Worldcoin 项目计划使用的 Hubble (基于 Optimistic Rollup 的 L2 网络) 的 ERC-20 转账费用目前低于 0.10 美元的范围。我们继续转向智能合约 Rollups——为什么当前 Optimism 和 Arbitrum 网络上的费用如此之高?撰文时,根据 Lefees.info 的数据,Optimism 上的代币兑换费为 0.85 美元,而 Arbitrum 的为 1.35 美元,这实在是太高了! 答案很简单:这些 Optimistic Rollups 本身还没有优化而且大多数早期在 Optimistic Rollups 上部署的 dApps 项目都是以太坊上原有项目的分叉版本,并不是针对 Optimistic Rollups 而设计的。最近,通过专门针对 Optimistic Rollups 而进行优化的 Aave V3 成功地降低了约 10 倍的费用! 但是还会有更多的优化。签名聚合/压缩将使得每笔交易直接节省约 1,000 Gas。调用数据 (calldata) 的基本压缩可以直接节省 2.5 倍,且更多更先进的方案将会出现。随着 Optimistic Rollups 以及部署在其上的 dApps 的优化,Optimistic Rollups 的交易费用将很容易达到 0.01- 0.10 美元的范围。 等等,这是以太坊发展路线图中的 The Surge 阶段 (即通过分片 (sharding) 大幅提高 Rollups 的可扩展性) 到来之前的情况!如果 2022 年末的以太坊上海硬分叉升级 (这将是以太坊合并后的首次升级) 进展顺利,那么第一步将很可能是引入“携带 blob 的交易” (blob-carrying transactions,这是 Vitalik 提议的一种新的交易格式),这将使得 calldata (调用数据) 的成本降至大约为零,且并且 Optimistic Rollups 实际上将变得更加便宜! 今天,ZK-Rollups 有着较高的固定成本。当前,ZK-Rollups 要更便宜,因为其调用数据成本超过了该固定成本;但是,随着调用数据成本变得可以忽略不计,交易费将完全由 ZK-Rollups 的固定成本主导。而 ZK-Rollups 的运行成本要高得多。 很明显,现在有很多不同的证明系统,成本也不同,但通常的估计是 0.01- 0.02 美元这将是 ZK-Rollups 的一个最低成本。然而,如果它们愿意,Optimistic Rollups 可以自由地下降至更低:由于一个成熟的 Optimistic Rollups 成本 99% 是调用数据成本,它们可以以微不足道的成本访问 ~5200 TPS 的 blobspace。 顺便说一下,Optimistic Rollups 也将比 Validiums 方案(在链下保存其数据可用性)更便宜,因为这个最低成本也适用于 Validiums!我相信 zkPorter (这是一个 Validium 方案) 的交易成本在 0.01- 0.03 美元之间,而 Optimistic Rollups 的成本可以远低于这个水平。就我个人而言,出于交易质量的原因,我不建议使用这种方案,但在这种情况下,Optimistic Rollups 最终将获得更高的“利润”,可以重新分配给利益相关者,或将其用于公共产品融资、开发等等。 当然,最终,~5200 TPS 会饱和,如果有超过这个的巨大需求,调用数据成本将再次开始上升。但是,到那时,Danksharding 将会推出,首先将这个空间扩展到 125,000 TPS,然后在数年内扩展到数百万 TPS。(顺便说一下,在讨论 Rollups 时,“TPS”数字是没有意义的,但它用于说明目的是有用的。) 长期来看,调用数据成本绝对不会成为瓶颈——瓶颈将是 Rollups 本身。重申一下,瓶颈将是 Rollups 本身,而不是以太坊。 长期来看,随着 ZK-Rollups 的成熟,我们将有 ASIC 证明者,ZK-Rollups 的成本也将变得微不足道。届时,ZK-Rollups 的优势——最明显的是即刻取款 (无需等待)——将胜出。对于一些具有高度压缩状态增量的用例 (如 dYdX),它们很快就会比 Optimistic Rollups 便宜得多。  说到这,一个常见的误解是,Optimistic Rollups 有 7 天的敲定期。但实际上,Optimistic Rollups 将比 ZK-Rollups 更快地实现与 L1 相同的最终性 (finality)。我们已经看到 Optimistic Rollups 每 5 到 10 分钟提交一个交易批次,所以这就是延迟。这 7 天是为了确保维持这一最终性,并假设至少有一个实体会维持该最终性。随着 Optimistic Rollups 的扩展,这些交易批次将更加频繁地被提交,且当达到大约 20 TPS 时,Optimistic Rollups 可以在每个区块进行提交,此时 Optimistic Rollups 的最终性将等于 L1 的最终性。由于 ZK-Rollups 的固定成本要高得多,在每个区块进行提交将需要更多的活动 (>100 PTS) 才能实现。然而,通过 Vitallik 提出的这个 blob 交易 EIP (以太坊改进提案),ZK-Rollups 可以重新设计,将一些证明提交给 blob,所以这可能不是一个问题。 那么,Optimistic Rollups 的这 7 天是什么呢?因为挑战期是 7 天,所以有一种交易确实有 7 天的敲定期,即从 Optimistic Rollups 取款至 L1 链。对于某些情况,比如跨链 NFTs,这可能是一种挑战。然而,我们已经看到了许多在 Optimistic Rollups 上线的「桥」,且随着 Optimistic Rollups 的成熟,活动 & 流动性将提高,届时这 7 天的挑战期将不再是一个问题。更大的问题是 ZK-Rollups 支持了许多新用例和跨 Rollup 活动,而这些用例和活动是无法在 Optimistic Rollups 上实现的。 比如,借助于 Danksharding,ZK-Rollups 可以同步调用 L1,我甚至推测,如果我们通过 crLists 实现 L1 预确认,不同的 ZK-Rollups 之间的某种程度的可组合性将是可能的!Optimistic Rollups 被排除在这些新颖和创新的场景之外。附录:虽然 Optimistic Rollups 可以进行隐私交易,而 ZK-Rollups 将能够以低得多的成本进行此类交易  特定于应用程序的 Rollups 相当精简,并且可以大规模扩展。如果我没记错,早在 2020 年年中,StarkEx 就演示了 9000 – 18000 TPS。然而,对于智能合约 Rollups 来说,情况更加具有挑战性。我们已经看到 StarkNet 只能够比 dYdX 或 Immutable X 的吞吐量更低,并将吞吐量优化作为一个最高优先级。因为 Optimism 和 Arbitrum 都是基于 EVM 客户端,所以它们 a) 拥有经过实战测试的代码库,b) 相对优化的客户端。几天前,我询问在需要并行性之前 EVM 可以扩展到什么程度,Alexey Sharp 认为 Erigon 可以扩展到 500M Gas/秒。因此,对于优化的基于 EVM 的 Optimistic Rollups 有很大的空间,并且可以通过多线程客户端或多个实例/递归 Rollups 提供更多的空间。 这是我们争论的焦点:因为 Optimistic Rollups 有一个诚实的少数假设,你不能将系统需求推得太紧。要清楚的是,因为这是一个诚实的少数假设而不是单片式 L1s 的那种诚实的大多数假设,因此 Optimistic Rollups 可以比任何单片式 L1 区块链更安全。但是你仍然需要有一个限制,这个限制在默认情况下需要低于 ZK-Rollups,因为 ZK-Rollups 可以很容易地通过有效性证明进行验证。 但是 Optimistic Rollups 有一个解决方案——无状态客户端。我在 Optimism 的路线图上看到了这一点,但我不记得在哪里了。使用无状态客户端,验证 Optimistic Rollups 非常容易,使用正确的工具验证交易将非常简单。此外,因为可以很容易地直接从 L1 重构 Rollup 的状态,所以通过借助状态过期,Rollups 比 L1 更具有侵略性。一旦实现了无状态性和高频率状态过期,Rollups 将已经克服了状态膨胀的严重问题!此外,你还拥有像 Fuel V2 这样的新解决方案,它通过类似 UTXO (未花费交易输出) 的系统进行并行化。 话虽如此,通过递归有效性证明,ZK-Rollups 仍然是实现网络最大吞吐量的更优雅的解决方案。很有可能的是,在 StarkNet 自身日趋成熟的同时,我们看到特定于应用程序的 ZK-Rollups 在其之上构建了巨大的吞吐量,且作为一个整体,StarkNet 的规模远远超过任何 Optimistic Rollups。然而,其中的权衡是原子可组合性——除非 ZK-Rollups 团队的向导很快发现这一点!  最终,这一切都与时间线有关。 对于特定于应用程序的链而言,ZK-Rollups 已经是大多数情况下的最佳解决方案。这对于任何使用过 dYdX、zkSync、Loopring 或 Immutable X 的人来说都是非常明显的。会有一些权衡,但所有这些都将在今年年底前完成 (比如 dYdX V4)。 智能合约:单片式 L1 链还有一年的时间保持相关性。对于这些单片式 L1 链来说,不祥预兆已成定局,除了紧急转向使用欺诈证明,有效性证据和 DA (数据可用性) 证明,别无他途 Optimistic Rollups 将比 ZK-Rollups 扩展得更快。Optimistic Rollups 的很多代码库已经成熟,一旦定序和可升级性实现了去中心化,Optimistic Rollups 将准备好被大规模采用。到 2022 年底,Optimistic Rollups 可能会迎来低于一美分的 Gas 费用,完全实现去中心化,并且本质上有着与以太坊 L1 一样的安全性和最终性,并拥有足够的流动性用于快速取款。且随着 2023 年无状态性 (statelessness) 和状态到期 (state expiry) 的实施,Optimistic Rollups 将继续改善ZK-Rollups 将继续演化、成熟和久经测试,优化证明时间,转移到 GPU 证明者并最终转向 ASIC 证明者。它们新颖的虚拟机和定序器节点也将随着时间的推移而成熟和扩展。到 2023 年底,我预计 ZK-Rollups 将赶上并取代 Optimistic Rollups。但 Optimistic Rollups 将继续发挥作用直至 2024/25 年,到那时,我预计大多数 Optimistic Rollupsor 将成为 ZK-Rollups,或至少使用有效性证明取代它们的欺诈证明系统 我曾说过多次,我的时间范围是 5-10 年。但是 Rollups 和 DAS (数据可用性抽样) 的发展是如此之快,我现在认为它的结局就在眼前,并且将在 5 年内发生。感谢 Reddit 用户 u/proof_of_lake 的校对。

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