ROLL:以太坊研究者Polynya:为什么单片式 L1 区块链是“死胡同”?

我从来没有写过一篇关于“OptimisticRollupsvs.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。

单片式L1区块链(依然)极为低效

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:

币安智能链(BSC)由于状态膨胀而使其系统要求更高。其结果是,节点开始不同步,导致许多问题。这里的问题在于他们一开始指定的系统要求非常低——但他们没有告知人们,系统要求会随着状态膨胀呈指数增长。现在,他们在没有充分的审计或测试的情况下进行不计后果的网络变更。当然,切换到Erigon并拥有多条链将提供增量效益,但总是会存在严重的限制。

Solana没有犯这样的错误,他们从一开始就对很高的系统要求非常开放。现在,我绝对不会对Solana的各种失败和问题进行批评,因为这很大程度上是因为它是一个早期的beta产品。由于缺失一些特征而导致的bug和问题总是会出现在beta项目中,无论是Rollups、dapps还是单片式L1网络都是如此,我只希望开发人员能够修复这些问题。但问题是,随着时间的推移,当Solana成熟了,久经测试消除了bugs,并实现了一个费用市场,它将需要提供一个递增的吞吐量,并在技术和经济可持续性上付出巨大的代价。Solana本质上是不可扩展的。OptimisticRollups是要比Solana要好得多的解决方案,并且会很快成熟。

PolygonPoS可以说是继以太坊之后被采用最多的链。现在,PolygonPoS确实是一个“提交链”(commitchain),而不是一个替代性L1链,但它仍然是一个单片链,并受到与L1网络相同的低效率约束。PolygonPoS达到了它的极限,受到了垃圾交易的影响,提高了它们的最低Gas价格。但即使在那之后,还是有很多项目向它发送垃圾信息,导致Gas价格上涨了超过0.1美元。需要明确的是,这是一个比Solana或Cardano要好得多的结果,在Solana或Cardano中,在拥堵期间99%的交易都会失败,只有微型MEV机器人会成功。值得赞扬的是,与其他单片式区块链项目不同的是,Polygon团队非常公开地承认了这些局限性,并将所有精力投入到ZK-Rollup中——这实际上将实现高可扩展性。行动胜于言语,Polygon团队在零知识技术方面投入10亿美元的行动值得称赞。

Jake Chervinsky:希望比特币与以太坊都能蓬勃发展:金色财经报道,美国非盈利组织区块链协会政策主管Jake Chervinsky在社交媒体上称,比特币应该保持PoW,以太坊应该转移到PoS,我们应该尽可能地保护两者免受审查。我们应该希望两者都能蓬勃发展。除此之外,将由市场(而不是Twitter上的小内斗)决定。[2022/9/9 13:19:58]

说到Cardano,他们也是一个处于非常早期的beta产品,和Solana一样,也必须实现费用市场。Cardano的系统要求仍然很低。最近,我看到Cardano社区对Rollup越来越感兴趣,很高兴看到这种情况!然而,在Cardano本身没有实现数据可用性采样之前,所有这些都是徒劳的。

我们看到还有许多其他项目没有达到其大肆宣传的效果。每当区块空间饱和时,AvalancheC-Chain的费用就会飙升——我的意思是,这是单片区块式链的一个基本特征。子网会导致安全性或去中心化的碎片化,并且将受到同样严重的限制(即费用的飙升)。至于Avalanche的“onlinePurning”(在线修剪,这里的“修剪”是指节点压缩过去的历史交易):让我们拭目以待,但这似乎实现了Geth的“离线修剪”(offlinepurning),并使其以更高的频率进行修剪。这可能是Geth的一个很好的补充,但它绝对不能解决状态膨胀的基本限制。我们已经看到了Harmony的失败等等。但我也想强调的是这些正在为下一代构建可扩展性解决方案的项目:以太坊、Tezos、Celestia和PolygonAvail的数据可用性抽样;Mina和Aleo的有效性证明;以及还有许多的Rollups方案,现在似乎每周都会出现新的Rollup!很明显,我们已经进入了「模块化架构」的时代——很少有人会认真地构建新的单单片式L1区块链。在紧要关头,Polkadot和NEAR等“原型模块化”项目是中期解决方案,虽然不能解决上述许多问题,但仍保持了可持续性和安全性。如果你不关心可持续性和安全性,那么Dfinity/ICP正在构建有趣的东西。

我还想明确一点,单片式L1区块链是有一条前进的道路的:升级到下一代技术。例如,Avalanche可以在底层实现一个“数据可用性抽样子网”,该子网由整个验证者集进行验证,并引入模块化的执行层。除非这是他们路线图上的优先事项,否则我将继续推动这种说法,直到这种转变在整个行业普遍存在。

现在,并不是每一条链都必须是一个Rollup或者有着某种形式的模块化设计。在安全性不重要的情况下,以及希望实现某种在?Rollups中很难或不可能实现的新特性时,主权L1链仍然有其一席之地。当然,这在很大程度上是一个利基市场,但它是真实存在的。Cosmos生态系统在这方面做得很好,PolygonEdge也在构建引人注目的解决方案,尽管我希望看到这些链被证明是有效的,并且IBC(链间通信)也在进化以验证有效性证明。跨L1区块链的「桥」也是如此。但即便是在有效性方面被证明是完美的L1跨链桥,比如=nil;Foundation正在构建的「Mina<>Ethereum桥」,仍然需要假设这条更脆弱的链(即Mina链)不会被攻击;相比之下,Rollups「桥」能够提供完整的安全保证,即使那条更脆弱的Rollup链被攻击,你仍然可以继承那条更强大的链的安全性。

数据:昨日以太坊网络上USDC实际交易量为11亿美元,两倍于USDT:金色财经报道,根据加密市场数据工具Messari的数据,昨日Circle的USDC在以太坊网络上的实际交易量为11亿美元,是USDT实际交易量5.79亿美元的两倍。据悉,Messari 的实际交易量指标是通过仅从它认为具有“重要且合法的加密货币交易量”的交易所编译数据来计算的,因此与更常见的“总交易量”指标不同。

自5月11日创下历史新高以来,Tether的USDT流通供应量持续下降,流通量从831亿枚下降近20%至8个月低点679亿枚。另一方面,自5月11日以来,USDC 的供应量增加了13%,达到559亿。如果这种趋势继续下去,它可能意味着Tether在稳定币领域的主导地位结束。(Cointelegraph)[2022/6/22 5:31:42]

最后,讨论时机很重要。当前,OptimisticRollups还没有准备好,所以使用这些非beta阶段的单片式L1区块链仍然是有意义的。应该注意的是,不管是OptimisticRollups还是单片式L1链,都存在不同程度的成熟度/不稳定性,因此你必须根据具体情况进行评估。但我不会在这篇文章中对此进行论述,我唯一的兴趣是从长期来看,区块链可以如何大规模、可持续地进行扩展。但OptimisticRollups正在迅速成熟,在成为可持续性解决方案这方面有着明确的途径。只需要工程工作就可以实现——很有可能至少会有一个OptimisticRollup将实现完全的去中心化、实现数据压缩、拥有高流动性的「桥」,并在一年的时间内扩大规模。一旦OptimisticRollups准备迎接其黄金时刻,那么所有单片式L1区块链网络的游戏就都结束了。

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OptimisticRollups?将会要么转变成ZK-Rollups,要么使用有效性证明(validityproofs)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。

OptimisticRollups对比ZK-Rollups

数据:以太坊矿工收入连续11个月超过比特币矿工收入:金色财经报道,在刚刚过去的三月,比特币矿工收入增长至12亿美元,涨幅约为14%;而以太坊矿工收入达到12.9亿美元,增幅约为7.2%,这也是以太坊矿工收入连续11个月超越比特币矿工收入。此外,三月以太坊网络共销毁118,627枚ETH,价值3.46亿美元;自2021年8月以太坊网络启动EIP-1559之后,截止目前总销毁量已经达到205万枚ETH,价值约合72.9亿美元。(TheBlock)[2022/4/2 14:01:02]

现在,让我们来讨论一下OptimisticRollups和ZK-Rollups。顺便说一下,最近我了解了Obscuro(一个TEERollup)和Urbit的NaiveRollup。Rollups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(OptimisticRollups)和有效性证明(ZK-Rollups)的安全Rollups。

交易费

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。Loopring、zkSync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,OptimisticRollup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OptimisticRollup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OptimisticRollups本身还没有优化,而且大多数早期在OptimisticRollups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OptimisticRollups而设计的。最近,通过专门针对OptimisticRollups而进行优化的AaveV3成功地降低了约10倍的费用!

Metacartel Ventures合伙人:以太坊2.0或创造“社会最大经济转变”:Metacartel Ventures合伙人Adam Cochran在推特上表示,以太坊2.0升级几乎肯定会限制ETH供应,同时增加需求,导致价格上涨。Cochran特别关注了两个因素:1. ETH的供应通胀率将降低50%以上:根Vitalik Buterin(V神)的说法,以太坊2.0的引入将取代目前区块链使用的PoW(挖矿)模型,这将显著降低ETH供应通胀率50%以上。

2. ETH基本需求将增加:由于以太坊2.0区块链更快、适应性强,Cochran预计ETH的gas需求将增加:“以太坊2.0的发布,我们将会看到ETH交易大幅增加,因此其商业和消费者可行性亦将提升。gas堵塞、高昂的交易成本、DApp中漫长的等待时间都将消失,即使是在处于一个繁忙的市场。”Cochran因此得出结论,以太坊2.0很有可能会创造“社会中最大的经济转变”。(CryptoSlate)[2020/5/15]

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1,000Gas。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OptimisticRollups以及部署在其上的dApps的优化,OptimisticRollups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TheSurge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-carryingtransactions,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OptimisticRollups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,OptimisticRollups可以自由地下降至更低:由于一个成熟的OptimisticRollups成本99%是调用数据成本,它们可以以微不足道的成本访问~5200TPS的blobspace。

报告:目前75%的稳定币通过以太坊网络结算:金色财经报道,根据Ryan Sean Adams的最新文章,过去一周比特币和以太坊并没有直接以美元出售,而是被换成了大量的稳定币。稳定币在结算方面的统治最近正面临着重大转变。在2019年初,比特币是世界上最大的稳定币网络,USDT仅在Omni上结算。而过去12个月稳定币的增长图表表明,USDT_ETH相对比特币的Omni占垄断地位。该报告显示,目前,市场上75%的稳定币都通过以太坊网络结算。转变背后的逻辑是多重的。以太坊允许其稳定币用户访问DeFi协议,该领域正迅速成为借贷平台的流行枢纽。在可伸缩性和UX网络方面,也有了实质性的改进。此外,由于ETH网络的效率和功能远高于比特币,某些银行也一直在考虑在以太坊上发行稳定币。[2020/4/8]

顺便说一下,OptimisticRollups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OptimisticRollups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,OptimisticRollups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,~5200TPS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125,000TPS,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OptimisticRollups便宜得多。

最终性(Finality)

说到这,一个常见的误解是,OptimisticRollups有7天的敲定期。但实际上,OptimisticRollups将比ZK-Rollups更快地实现与L1相同的最终性(finality)。我们已经看到OptimisticRollups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OptimisticRollups的扩展,这些交易批次将更加频繁地被提交,且当达到大约20TPS时,OptimisticRollups可以在每个区块进行提交,此时OptimisticRollups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(>100PTS)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,OptimisticRollups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OptimisticRollups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OptimisticRollups上线的「桥」,且随着OptimisticRollups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OptimisticRollups上实现的。

比如,借助于Danksharding,ZK-Rollups可以同步调用L1,

吞吐量

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9000-18000TPS。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ImmutableX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,AlexeySharp认为Erigon可以扩展到500MGas/秒。因此,对于优化的基于EVM的OptimisticRollups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OptimisticRollups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OptimisticRollups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OptimisticRollups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OptimisticRollups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FuelV2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OptimisticRollups。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!

总结

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ImmutableX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dYdXV4)。

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。

OptimisticRollups将比ZK-Rollups扩展得更快。OptimisticRollups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,OptimisticRollups将准备好被大规模采用。到2022年底,OptimisticRollups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(stateexpiry)的实施,OptimisticRollups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OptimisticRollups。但OptimisticRollups将继续发挥作用直至2024/25年,到那时,我预计大多数OptimisticRollupsor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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