混合汇总 — 鸟瞰图
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通过 郭明,ZKM 首席科学家

极品飞车

在区块链时间表上,以太坊已经存在了很长时间,在此过程中逐渐发展成为使用最广泛的网络——长达一英里。尽管如此,仍然存在许多挑战。通过支持去中心化应用程序构建,以太坊激发了用户对流行的去中心化应用程序的浓厚兴趣,但由于吞吐量极其有限,其网络陷入困境。记得 CryptoKitties 和 DeFi 夏日

我们打电话 像 Cryptokitties 情境是 “以太坊扩容之战”。那些时刻确实挤压了以太坊——高昂的汽油费、漫长的交易完成等待时间等等。但是以太坊是幸存者。像这样的进化压力也推动了其在创新方面的增长。

关于进化的问题在于,自然(或者在本例中为科学)总能找到出路。对于以太坊来说, 缩放 解决方案现在在于以太坊汇总。但是在我们开始 Rollups² 之前,让我们来看看 Rollups 的一些前身。

如何扩展以太坊

分片

区块链共识就像一面巨大的光滑镜子。你可能会认为,只需将许多较小的镜子粘合在一起,就可以轻松地将其放大以制成更大的光滑镜子。但不是。这是一件很难做的事情。如果你做得不对,你将注视那面更大的缝合镜子,每个 “碎片” 反射的是你的单独图像,而不是像光滑的镜子那样反射一张图像。我们不能只用单独的共识将区块链拼接在一起,形成一个更大(去中心化)的区块链。镜像类比就是我们所谓的 Sharding³,以太坊努力在未来的升级中构建它。

由于分片很困难并且需要应对破碎的共识,因此它是扩展以太坊(或任何采用这种方法的区块链)的长期解决方案。如果我们能在不触及以太坊宝贵共识的情况下扩展以太坊呢?事实证明,“不触及” 共识使解决方案变得更加容易,也是更好的短期解决方案。

除了分片之外,以下是扩展以太坊的其他尝试:

状态通道和等离子体

尽管如此,人们还是试图将镜像粘合在一起,就像我们一直以来 “粘合” 区块链一样。粘在主链上的较小链被称为侧链(或子链,有时会有细微的差异)。侧链经常从主链中抽走共识,从而削弱主链。因此,人们想出了禁止侧链从主链中抽走共识的方法。其中一种方法是通过在侧链上实现特殊的哈希时间锁来形成状态通道,将侧链的终局性(完成交易)推迟到主链。状态通道的工作原理是确保时间锁只能在主链上保证状态终结性解析。在比特币区块链上,这种状态通道被称为闪电网络。

从某种意义上说,以太坊状态通道更为笼统,因为它使用多重签名智能合约来推迟主链上的最终确定(最终状态)解决方案。但是,由于这种情况很普遍,更多的州必须脱链存储,这为安全带来了潜在的漏洞。因此,以太坊国家渠道采用防欺诈措施来降低风险,就像乐观汇总一样。

以太坊还有一个名为Plasma的子链设计。¹Plasma Chain 还利用防欺诈来降低安全风险(解决争议)。

暗影链和汇总

Ethereum Plasma的问题在于它过于复杂,而且作为侧链,它具有单独的共识机制,因此不如主链安全。以太坊创始人维塔利克·布特林发明了一种新的侧链方案,名为 暗影链¹ 后来它变成了我们今天所说的 汇总.¹ ²

Rollups通过将计算和状态存储从链下转移出来,将一些数据发布到以太坊主链上以证明状态过渡的终结性和完整性——共识,从而扩展以太坊规模。发布到以太坊主链(L1 — Layer1)的数据汇总(L2 — Layer1)证明了链下进行的交易是有效的。Rollups可以扩展以太坊,因为它们通过减少交易数据大小和减少交易时间来有效地提高以太坊的吞吐量,从而节省汽油。

以太坊 L2 Rollups 有两种主要形式,具体取决于它们的证明方法,或者更确切地说,是证明理念——比如好警察与坏警察。

乐观汇总

Optimistic Rollup¹ ³ 就像一个好警察,相信人们要诚实守信,除非事实证明并非如此。要做到这一点,Optimistic good cop的主要工具是时间;不是时间锁(如状态频道),而是时间窗口,确切地说是挑战时段。批处理交易并将状态更改按原样发布到 L1,并即时确认。然而,他们的最终决定权会在一段挑战期内——通常是7天。在挑战期间,任何人都可以扮演好警察的角色,通过向L1发布欺诈证明来揭露欺诈性交易。如果有人被抓到会怎样?欺诈性交易(整批)将被撤销,并将对欺诈者实施经济制裁(称为削减)。

ZK 汇总

ZK Rollup¹ 就像一个坏警察。事先没有人值得信任,每批交易都必须携带一张名为有效性证明的一次性特殊通行证才能在 L1 上公布。有效性证明由称为零知识证明/论据(因此是 ZK Rollup)的高级加密工具生成。这些是专门构造的代数电路(数学公式)。有效性证明有(据说)牢不可破的数学支持。因此,所有有有效性证明的交易都具有即时终局性(和确认)。没有质询窗口,也没有大幅削减,因为无效(欺诈)交易从一开始就不会发布到 L1。

汇总的未来

正如我之前提到的,去中心化共识是一种无情的野兽。以太坊花了很多次迭代才找到像Rollups这样的扩展解决方案。Rollups最棒的地方在于,它们将去中心化共识的复杂性排除在外。汇总在以太坊L1上结算,这使得每笔L2汇总交易与以太坊L1主链上的任何交易一样安全。但是,Rollups的力量是有代价的。而Rollups的未来取决于降低或降低该价格。当然,我们并不是指字面上的 “价格”,而是从以用户为中心的角度设计权衡。

Rollups 支付的折衷价格

汇总将计算从 L1 卸载到 L2,将后期证明转移到 L1。这就是Rollups保持L1级别共识和L2级别可扩展性的方式。当然,要获得这个不错的功能,需要付出代价。

对于 Optimistic Rollup 来说,主要的折衷代价是延迟终结以换取安全性(7 天欺诈挑战窗口)。还有其他一些细微的权衡取舍,例如偏爱提款用户而不是存款用户。大多数提款用户希望即时结算,但存款用户则不那么想要——存款资金越大,他们想要更长的欺诈挑战窗口的动机就越强,因为传统银行就是这样进行银行间结算的。尽管如此,大多数交易都属于提款类型,因此 Optimistic Rollup 做出了权衡,选择了为期 7 天的欺诈挑战窗口,以获得略微不错的安全性(在以太坊 L1 主链受到攻击这种不太可能但很合理的情况下,这种选择会产生持续的安全影响,我们稍后会讨论)。

对于ZK Rollups来说,乍一看似乎没有缺点。为每笔交易提供数学上合理且严格的有效性证明,所有用例均可立即确定——这是治愈所有以太坊困境的真正灵丹妙药。然而,根据常识,这种好处在幕后通常会有一些缺点。一个主要的缺点是 zkEVM。众所周知,ZK 安全的 EVM 很难正确实现和实现。这就是为什么 ZK Rollups 的推出速度比 Optimistic Rollups 慢得多的原因。早期的 ZK Rollup 服务仅支持有限类型的交易。另一个缺点是,与Optimistic Rollup不同,Optimistic Rollup的证券论点与传统银行结算相似,对某些用户来说,ZK Rollup是一个黑匣子,因此,尽管确实是未来,但当大量资金受到威胁时,有些抵制者更倾向于Optimistic Rollup而不是ZK Rollup。

两个 Rollups 支付的这些折衷价格的后果将不可避免地要求对新一代的 Rollups 进行更好的设计。

哪个 Rollup 更好?

以太坊汇总空间是分散的。以太坊开发者社区中的许多人认为,ZK Rollups将长期战胜Optimistic Rollups。¹ 也就是说,从以用户为中心的角度来看,两种Rollups的许多对角线相反的特征可能会使用户难以做出选择,具体取决于特定的需求和需求。

汇总时以用户为中心的视图

两种汇总的许多特征在对角线上相反,例如,乐观汇总交易比ZK Rollups便宜(目前),但必须等待7天才能获得最终结果。要更全面地比较这两个 Rollup,请查看以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 关于该主题的文章。¹

为了从以用户为中心的角度更好地理解 Optimistic 和 ZK Rollups,我们在下表 1 中汇总了它们的许多特征。

请注意,某些用例相互冲突,因此几乎不可能在特定的汇总框架内进行全方位满意的设计;例如,渴望获得额外安全性并因此希望获得更长的欺诈挑战窗口(** 15—30 天)的存款用户与大多数 Optimistic Rollup 用户发生了直接冲突,他们更喜欢 7 天的欺诈挑战窗口(他们想要更短的窗口,但是 Optimistic Rollup 只能坚持下去)超过 7 天)。

Rollups 上方有两片乌云

前面我们提到,Optimistic 和 ZK Rollups 都做了一些权衡取舍。权衡是有后果的,这意味着总有一天会为此付出代价。事实证明,每个 Rollup 的头上都有一片乌云。我们不能忽视这些乌云,因为它们要么降低了以太坊的安全性(一项严重的指控),要么有实际的不利之处,使其无法进行运营和维护。

请查看下表:

表 2 描述了每个 Rollup 的令人担忧的情景。对于 Optimistic Rollups 来说,为期 7 天的欺诈挑战窗口通常被认为是可用性与安全性之间的折衷方案。但这可能会让所有各方失望。想要快速提款的用户会感到沮丧,他们不得不等待一周或更长时间才能撤回第 1 层。此外,一旦Rollups的TVL在不久的将来变得更大,因此也变得更容易受到攻击,这个对Optimistic Rollups来说非常重要的7天参数将更加难以设计。

对于 ZK Rollups 来说,最大的问题是 EVM(以太坊虚拟机)不稳定,因为它的设计变化非常频繁,因此很难为其构建 zkEVM。

因此,“哪种汇总更好?” 这个问题的答案是这样的:两个 Rollup 虽然实施得很好,但都有自己的优点和挑战,我们不能说一个比另一个更好。从以用户为中心的角度来看,两者都没有涵盖最广泛的用例范围。

混合汇总助你一臂之力

用户(或应用程序开发人员)不必关心他们必须选择哪个 Rollup ——他们应该像在以太坊 L1 上进行交易一样获得无缝体验,但吞吐量要高得多。

每个 Rollup 都有自己的长处和短处——那么我们能否将 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 结合起来,涵盖更广泛的用例,为用户和开发人员提供更流畅的用户体验?我们称之为 Rollups 的可用性挑战。

而且我们有解决方案。它叫做 混合汇总

设计混合汇总

从概念上讲,Hybrid Rollup 将 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 这两个 Rollup 组合成一个统一的 Rollup 协议。混合汇总应解决这两个汇总的缺点,并涵盖更广泛的用例。

表 3 列出了混合汇总的设计目标。它应该解决两份汇总表2中提出的问题:1.根据其他用户的需求和愿望,提供近乎即时提款的相互冲突的需求和更长的15-30天欺诈挑战窗口;2.解决 EVM 稳定性问题。

奇美拉的崛起

Hybrid Rollup 是一个奇美拉,因为我们将一个 ZK Rollup 放在 Optimistic Rollup 的身体里。设计目标是涵盖尽可能多的用例。当我们想到下一代 Rollups 时,我们需要考虑大型用户类别的用例,以及具有不同设计标准(Vitalik 所称的属性¹)的小用户类别的用例,如表 1 所示。

图 1 — 混合汇总流程图(以用户为中心的视图)

图 1 演示了 Hybrid Rollup 的嵌合体设计。从这个流程图中我们可以看出,混合汇总的起始阶段看起来像乐观汇总。大多数提款交易都可以使用ZK有效性证明进行处理,以绕过通常的Optimistic 7天欺诈挑战阶段(图1 — “如果智能合约很满意”)。那些未通过有效性检查的人仍进入乐观欺诈挑战阶段。但是,通过混合汇总,我们可以延长欺诈挑战期限(因为那些想绕过欺诈证明窗口,无论是 7 天还是更长时间,都可以通过有效性证明绕过欺诈举证窗口,这是他们以前在标准 Optimistic Rollup 中没有的选择),比如说 15-30 天。

这个更长的欺诈挑战窗口有很多好处。在纯粹的 Optimistic Rollup 中,冲突既需要缩短大多数提款交易的欺诈质疑窗口,又要为大型基金交易(包括存托交易)设定更长的欺诈质疑窗口,这两者之间很难调和。现在有了 Hybrid Rollup,我们可以和谐地处理所有以前相互冲突的用例。

另一种情况是,存在更长的欺诈质疑窗口是提供安全性的最后手段的情况。想象一下,当以太坊L1主链受到攻击(比如被一些恶意的POS节点劫持,这些节点以某种方式积累了大量的以太币),整个网络(L1和L2)充斥着欺诈性交易。在如此严峻的情况下,在混合汇总网络上,所有交易都将自动过滤到更长的15或30天挑战窗口内。这样,即使有人可能将以太坊网络扣为人质7天,继续将其扣押长达30天也要困难得多。在这种情况下,作为最后手段的混合汇总可以拯救以太坊 L1。

图 1 显示了以用户为中心的混合汇总视图。在下一节中,我将向您展示我们如何将这一设计愿景整合到以太坊汇总技术堆栈中。

水暖系统背后的机器

在本节中,我将向您展示混合汇总奇美拉的机制。我会把所有能让它正常工作的管道都露出来。为了充分理解我们如何将 ZK 汇总放入 Optimistic Rollup 中,我将向您展示所有三个 Rollup(Optimistic、ZK 和 Hybrid Rollup)的详细内容。

图 2 — 乐观汇总流程图
图 3 — ZK 汇总流程图
图 4 — 混合汇总流程图(以太坊技术堆栈视图)

图 2、3、4 显示了三种汇总的以太坊技术堆栈视图:Optimistic、ZK 和混合汇总。每个 Rollup 就是这样作为软件进程工作的。我们可以看到 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 流程是如何合并为一个可以运行的混合汇总流程的。

接下来,我将向您展示支持混合汇总流程的函数架构。为了制造一台高效的机器,我们必须通过创新来创建功能强大的组件,例如我们自己的名为 zkMips 的 ZK Rollup 组件。参见下图。

图 5 — 混合汇总功能图

图 5 是混合汇总的功能图。如前几节所述,Optimistic Rollup和ZK Rollup都积累了大量的进化负担,这使它们变得繁琐。为了构建 Hybrid Rollup,我们需要高效的组件,尤其是 ZK Rollup 机器。在表 3 中,我们提到了一种名为 zkMIPS 的基于 MIPS 的 ZK 电路机制,这超出了本文的范围。对于感兴趣的人,请参阅此白皮书。¹

结论

以太坊的未来是共识的L1和用于扩展的L2汇总。而 Rollup 的未来是混合汇总。尽管ZK Rollup技术已经变得炙手可热,但其主导地位将以混合汇总的形式包裹。

进化是一个永无止境的过程,也是一个永无止境的故事。我们称之为这部电视剧没有结语 以太坊扩容之战。请继续关注这个宏伟故事的下一章。

尾注
¹
CryptoKitties 拥堵危机的内幕故事; 回顾 2020 年,也就是 DeFi 之年

² 以太坊汇总

³以太坊分片以太坊分片:区块链分片初学者指南

Danksharding

以太坊分片:与其他扩展解决方案的比较

侧链

哈希时间锁定合约 (HTLC) 详解

多重签名合约

欺诈证据

¹等离子链

¹ 可扩展性,第 1 部分:在顶部 #Off-chain 预言机基础上构建

¹²混合第 2 层协议的黎明

¹ ³乐观汇总

¹零知识汇总

¹ 以汇总为中心的以太坊路线图

¹ 汇总指南不完整

¹ 先前提及的混合汇总可以在这里找到: 未来的混合 zk/Optimistic Rollup

¹汇总指南不完整

¹ZKM 白皮书

你读过 ZKM 白皮书了吗?在以下地址查看 https://ethresear.ch/t/zkmips-a-zero-knowledge-zk-vm-based-on-mips-architecture/16156

想与我们的核心 ZKM 团队讨论这篇文章和其他与 ZK 相关的话题吗?加入我们的 Discord 频道: Discord.gg/bck7HDGCNS

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ZKM began as an internal research-driven effort to integrate zero-knowledge proofs into blockchain infrastructure. In 2022, as discussions around Ethereum scaling intensified, the idea of hybrid rollups began to take shape. Rather than abandoning the Optimistic Rollup model, the proposal was to combine it with zk-proofs to create a hybrid architecture that could deliver both developer flexibility and cryptographic finality. This would later evolve into the vision behind our MIPS-based zkVM.
你好世界周年通讯
在我们庆祝加入 ZKM 一周年之际,我为我们从不起眼的起步到迅速被公认为ZK领域的先驱力量的旅程感到非常自豪。我们致力于转变区块链互操作性并将零知识技术无缝集成到日常区块链应用程序中,这推动了远远超出我们最初预期的创新和合作。我很自豪能够介绍这份时事通讯的前言,其中记录了我们的关键里程碑和社区成就——每一个关键步骤都使我们更接近我们的核心使命,即让大众能够使用最先进的 ZK 技术。‍
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我们打电话 像 Cryptokitties 情境是 “以太坊扩容之战”。那些时刻确实挤压了以太坊——高昂的汽油费、漫长的交易完成等待时间等等。但是以太坊是幸存者。像这样的进化压力也推动了其在创新方面的增长。

关于进化的问题在于,自然(或者在本例中为科学)总能找到出路。对于以太坊来说, 缩放 解决方案现在在于以太坊汇总。但是在我们开始 Rollups² 之前,让我们来看看 Rollups 的一些前身。

如何扩展以太坊

分片

区块链共识就像一面巨大的光滑镜子。你可能会认为,只需将许多较小的镜子粘合在一起,就可以轻松地将其放大以制成更大的光滑镜子。但不是。这是一件很难做的事情。如果你做得不对,你将注视那面更大的缝合镜子,每个 “碎片” 反射的是你的单独图像,而不是像光滑的镜子那样反射一张图像。我们不能只用单独的共识将区块链拼接在一起,形成一个更大(去中心化)的区块链。镜像类比就是我们所谓的 Sharding³,以太坊努力在未来的升级中构建它。

由于分片很困难并且需要应对破碎的共识,因此它是扩展以太坊(或任何采用这种方法的区块链)的长期解决方案。如果我们能在不触及以太坊宝贵共识的情况下扩展以太坊呢?事实证明,“不触及” 共识使解决方案变得更加容易,也是更好的短期解决方案。

除了分片之外,以下是扩展以太坊的其他尝试:

状态通道和等离子体

尽管如此,人们还是试图将镜像粘合在一起,就像我们一直以来 “粘合” 区块链一样。粘在主链上的较小链被称为侧链(或子链,有时会有细微的差异)。侧链经常从主链中抽走共识,从而削弱主链。因此,人们想出了禁止侧链从主链中抽走共识的方法。其中一种方法是通过在侧链上实现特殊的哈希时间锁来形成状态通道,将侧链的终局性(完成交易)推迟到主链。状态通道的工作原理是确保时间锁只能在主链上保证状态终结性解析。在比特币区块链上,这种状态通道被称为闪电网络。

从某种意义上说,以太坊状态通道更为笼统,因为它使用多重签名智能合约来推迟主链上的最终确定(最终状态)解决方案。但是,由于这种情况很普遍,更多的州必须脱链存储,这为安全带来了潜在的漏洞。因此,以太坊国家渠道采用防欺诈措施来降低风险,就像乐观汇总一样。

以太坊还有一个名为Plasma的子链设计。¹Plasma Chain 还利用防欺诈来降低安全风险(解决争议)。

暗影链和汇总

Ethereum Plasma的问题在于它过于复杂,而且作为侧链,它具有单独的共识机制,因此不如主链安全。以太坊创始人维塔利克·布特林发明了一种新的侧链方案,名为 暗影链¹ 后来它变成了我们今天所说的 汇总.¹ ²

Rollups通过将计算和状态存储从链下转移出来,将一些数据发布到以太坊主链上以证明状态过渡的终结性和完整性——共识,从而扩展以太坊规模。发布到以太坊主链(L1 — Layer1)的数据汇总(L2 — Layer1)证明了链下进行的交易是有效的。Rollups可以扩展以太坊,因为它们通过减少交易数据大小和减少交易时间来有效地提高以太坊的吞吐量,从而节省汽油。

以太坊 L2 Rollups 有两种主要形式,具体取决于它们的证明方法,或者更确切地说,是证明理念——比如好警察与坏警察。

乐观汇总

Optimistic Rollup¹ ³ 就像一个好警察,相信人们要诚实守信,除非事实证明并非如此。要做到这一点,Optimistic good cop的主要工具是时间;不是时间锁(如状态频道),而是时间窗口,确切地说是挑战时段。批处理交易并将状态更改按原样发布到 L1,并即时确认。然而,他们的最终决定权会在一段挑战期内——通常是7天。在挑战期间,任何人都可以扮演好警察的角色,通过向L1发布欺诈证明来揭露欺诈性交易。如果有人被抓到会怎样?欺诈性交易(整批)将被撤销,并将对欺诈者实施经济制裁(称为削减)。

ZK 汇总

ZK Rollup¹ 就像一个坏警察。事先没有人值得信任,每批交易都必须携带一张名为有效性证明的一次性特殊通行证才能在 L1 上公布。有效性证明由称为零知识证明/论据(因此是 ZK Rollup)的高级加密工具生成。这些是专门构造的代数电路(数学公式)。有效性证明有(据说)牢不可破的数学支持。因此,所有有有效性证明的交易都具有即时终局性(和确认)。没有质询窗口,也没有大幅削减,因为无效(欺诈)交易从一开始就不会发布到 L1。

汇总的未来

正如我之前提到的,去中心化共识是一种无情的野兽。以太坊花了很多次迭代才找到像Rollups这样的扩展解决方案。Rollups最棒的地方在于,它们将去中心化共识的复杂性排除在外。汇总在以太坊L1上结算,这使得每笔L2汇总交易与以太坊L1主链上的任何交易一样安全。但是,Rollups的力量是有代价的。而Rollups的未来取决于降低或降低该价格。当然,我们并不是指字面上的 “价格”,而是从以用户为中心的角度设计权衡。

Rollups 支付的折衷价格

汇总将计算从 L1 卸载到 L2,将后期证明转移到 L1。这就是Rollups保持L1级别共识和L2级别可扩展性的方式。当然,要获得这个不错的功能,需要付出代价。

对于 Optimistic Rollup 来说,主要的折衷代价是延迟终结以换取安全性(7 天欺诈挑战窗口)。还有其他一些细微的权衡取舍,例如偏爱提款用户而不是存款用户。大多数提款用户希望即时结算,但存款用户则不那么想要——存款资金越大,他们想要更长的欺诈挑战窗口的动机就越强,因为传统银行就是这样进行银行间结算的。尽管如此,大多数交易都属于提款类型,因此 Optimistic Rollup 做出了权衡,选择了为期 7 天的欺诈挑战窗口,以获得略微不错的安全性(在以太坊 L1 主链受到攻击这种不太可能但很合理的情况下,这种选择会产生持续的安全影响,我们稍后会讨论)。

对于ZK Rollups来说,乍一看似乎没有缺点。为每笔交易提供数学上合理且严格的有效性证明,所有用例均可立即确定——这是治愈所有以太坊困境的真正灵丹妙药。然而,根据常识,这种好处在幕后通常会有一些缺点。一个主要的缺点是 zkEVM。众所周知,ZK 安全的 EVM 很难正确实现和实现。这就是为什么 ZK Rollups 的推出速度比 Optimistic Rollups 慢得多的原因。早期的 ZK Rollup 服务仅支持有限类型的交易。另一个缺点是,与Optimistic Rollup不同,Optimistic Rollup的证券论点与传统银行结算相似,对某些用户来说,ZK Rollup是一个黑匣子,因此,尽管确实是未来,但当大量资金受到威胁时,有些抵制者更倾向于Optimistic Rollup而不是ZK Rollup。

两个 Rollups 支付的这些折衷价格的后果将不可避免地要求对新一代的 Rollups 进行更好的设计。

哪个 Rollup 更好?

以太坊汇总空间是分散的。以太坊开发者社区中的许多人认为,ZK Rollups将长期战胜Optimistic Rollups。¹ 也就是说,从以用户为中心的角度来看,两种Rollups的许多对角线相反的特征可能会使用户难以做出选择,具体取决于特定的需求和需求。

汇总时以用户为中心的视图

两种汇总的许多特征在对角线上相反,例如,乐观汇总交易比ZK Rollups便宜(目前),但必须等待7天才能获得最终结果。要更全面地比较这两个 Rollup,请查看以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 关于该主题的文章。¹

为了从以用户为中心的角度更好地理解 Optimistic 和 ZK Rollups,我们在下表 1 中汇总了它们的许多特征。

请注意,某些用例相互冲突,因此几乎不可能在特定的汇总框架内进行全方位满意的设计;例如,渴望获得额外安全性并因此希望获得更长的欺诈挑战窗口(** 15—30 天)的存款用户与大多数 Optimistic Rollup 用户发生了直接冲突,他们更喜欢 7 天的欺诈挑战窗口(他们想要更短的窗口,但是 Optimistic Rollup 只能坚持下去)超过 7 天)。

Rollups 上方有两片乌云

前面我们提到,Optimistic 和 ZK Rollups 都做了一些权衡取舍。权衡是有后果的,这意味着总有一天会为此付出代价。事实证明,每个 Rollup 的头上都有一片乌云。我们不能忽视这些乌云,因为它们要么降低了以太坊的安全性(一项严重的指控),要么有实际的不利之处,使其无法进行运营和维护。

请查看下表:

表 2 描述了每个 Rollup 的令人担忧的情景。对于 Optimistic Rollups 来说,为期 7 天的欺诈挑战窗口通常被认为是可用性与安全性之间的折衷方案。但这可能会让所有各方失望。想要快速提款的用户会感到沮丧,他们不得不等待一周或更长时间才能撤回第 1 层。此外,一旦Rollups的TVL在不久的将来变得更大,因此也变得更容易受到攻击,这个对Optimistic Rollups来说非常重要的7天参数将更加难以设计。

对于 ZK Rollups 来说,最大的问题是 EVM(以太坊虚拟机)不稳定,因为它的设计变化非常频繁,因此很难为其构建 zkEVM。

因此,“哪种汇总更好?” 这个问题的答案是这样的:两个 Rollup 虽然实施得很好,但都有自己的优点和挑战,我们不能说一个比另一个更好。从以用户为中心的角度来看,两者都没有涵盖最广泛的用例范围。

混合汇总助你一臂之力

用户(或应用程序开发人员)不必关心他们必须选择哪个 Rollup ——他们应该像在以太坊 L1 上进行交易一样获得无缝体验,但吞吐量要高得多。

每个 Rollup 都有自己的长处和短处——那么我们能否将 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 结合起来,涵盖更广泛的用例,为用户和开发人员提供更流畅的用户体验?我们称之为 Rollups 的可用性挑战。

而且我们有解决方案。它叫做 混合汇总

设计混合汇总

从概念上讲,Hybrid Rollup 将 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 这两个 Rollup 组合成一个统一的 Rollup 协议。混合汇总应解决这两个汇总的缺点,并涵盖更广泛的用例。

表 3 列出了混合汇总的设计目标。它应该解决两份汇总表2中提出的问题:1.根据其他用户的需求和愿望,提供近乎即时提款的相互冲突的需求和更长的15-30天欺诈挑战窗口;2.解决 EVM 稳定性问题。

奇美拉的崛起

Hybrid Rollup 是一个奇美拉,因为我们将一个 ZK Rollup 放在 Optimistic Rollup 的身体里。设计目标是涵盖尽可能多的用例。当我们想到下一代 Rollups 时,我们需要考虑大型用户类别的用例,以及具有不同设计标准(Vitalik 所称的属性¹)的小用户类别的用例,如表 1 所示。

图 1 — 混合汇总流程图(以用户为中心的视图)

图 1 演示了 Hybrid Rollup 的嵌合体设计。从这个流程图中我们可以看出,混合汇总的起始阶段看起来像乐观汇总。大多数提款交易都可以使用ZK有效性证明进行处理,以绕过通常的Optimistic 7天欺诈挑战阶段(图1 — “如果智能合约很满意”)。那些未通过有效性检查的人仍进入乐观欺诈挑战阶段。但是,通过混合汇总,我们可以延长欺诈挑战期限(因为那些想绕过欺诈证明窗口,无论是 7 天还是更长时间,都可以通过有效性证明绕过欺诈举证窗口,这是他们以前在标准 Optimistic Rollup 中没有的选择),比如说 15-30 天。

这个更长的欺诈挑战窗口有很多好处。在纯粹的 Optimistic Rollup 中,冲突既需要缩短大多数提款交易的欺诈质疑窗口,又要为大型基金交易(包括存托交易)设定更长的欺诈质疑窗口,这两者之间很难调和。现在有了 Hybrid Rollup,我们可以和谐地处理所有以前相互冲突的用例。

另一种情况是,存在更长的欺诈质疑窗口是提供安全性的最后手段的情况。想象一下,当以太坊L1主链受到攻击(比如被一些恶意的POS节点劫持,这些节点以某种方式积累了大量的以太币),整个网络(L1和L2)充斥着欺诈性交易。在如此严峻的情况下,在混合汇总网络上,所有交易都将自动过滤到更长的15或30天挑战窗口内。这样,即使有人可能将以太坊网络扣为人质7天,继续将其扣押长达30天也要困难得多。在这种情况下,作为最后手段的混合汇总可以拯救以太坊 L1。

图 1 显示了以用户为中心的混合汇总视图。在下一节中,我将向您展示我们如何将这一设计愿景整合到以太坊汇总技术堆栈中。

水暖系统背后的机器

在本节中,我将向您展示混合汇总奇美拉的机制。我会把所有能让它正常工作的管道都露出来。为了充分理解我们如何将 ZK 汇总放入 Optimistic Rollup 中,我将向您展示所有三个 Rollup(Optimistic、ZK 和 Hybrid Rollup)的详细内容。

图 2 — 乐观汇总流程图
图 3 — ZK 汇总流程图
图 4 — 混合汇总流程图(以太坊技术堆栈视图)

图 2、3、4 显示了三种汇总的以太坊技术堆栈视图:Optimistic、ZK 和混合汇总。每个 Rollup 就是这样作为软件进程工作的。我们可以看到 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 流程是如何合并为一个可以运行的混合汇总流程的。

接下来,我将向您展示支持混合汇总流程的函数架构。为了制造一台高效的机器,我们必须通过创新来创建功能强大的组件,例如我们自己的名为 zkMips 的 ZK Rollup 组件。参见下图。

图 5 — 混合汇总功能图

图 5 是混合汇总的功能图。如前几节所述,Optimistic Rollup和ZK Rollup都积累了大量的进化负担,这使它们变得繁琐。为了构建 Hybrid Rollup,我们需要高效的组件,尤其是 ZK Rollup 机器。在表 3 中,我们提到了一种名为 zkMIPS 的基于 MIPS 的 ZK 电路机制,这超出了本文的范围。对于感兴趣的人,请参阅此白皮书。¹

结论

以太坊的未来是共识的L1和用于扩展的L2汇总。而 Rollup 的未来是混合汇总。尽管ZK Rollup技术已经变得炙手可热,但其主导地位将以混合汇总的形式包裹。

进化是一个永无止境的过程,也是一个永无止境的故事。我们称之为这部电视剧没有结语 以太坊扩容之战。请继续关注这个宏伟故事的下一章。

尾注
¹
CryptoKitties 拥堵危机的内幕故事; 回顾 2020 年,也就是 DeFi 之年

² 以太坊汇总

³以太坊分片以太坊分片:区块链分片初学者指南

Danksharding

以太坊分片:与其他扩展解决方案的比较

侧链

哈希时间锁定合约 (HTLC) 详解

多重签名合约

欺诈证据

¹等离子链

¹ 可扩展性,第 1 部分:在顶部 #Off-chain 预言机基础上构建

¹²混合第 2 层协议的黎明

¹ ³乐观汇总

¹零知识汇总

¹ 以汇总为中心的以太坊路线图

¹ 汇总指南不完整

¹ 先前提及的混合汇总可以在这里找到: 未来的混合 zk/Optimistic Rollup

¹汇总指南不完整

¹ZKM 白皮书

你读过 ZKM 白皮书了吗?在以下地址查看 https://ethresear.ch/t/zkmips-a-zero-knowledge-zk-vm-based-on-mips-architecture/16156

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