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ETH Layer2的发展方向究竟在哪?

根据技术原理分类,ETH Layer2可以分为等离子体、侧链、侧链。 这些方案在实现逻辑、安全性、扩展性、去中心化程度等方面各有优劣。

Plasma

Plasma是以太坊的核心开发者Vitalik和Joseph在他们的论文《Plasma: Scalabe Autonomous Smart Contracts》中提出的。

Plasma由智能合约和由Merkle树构建的无数子链组成,将事务移动到子链进行运算和保存,定期向主链报告状态变更结果以处理争议。

ETH  Layer2的发展方向究竟在哪?

其实现逻辑由被特别抵押的验证节点负责运算和记录子链上的所有交易。

当用户将资产从链返回链中时,验证节点将向链提交链最终状态的结果,然后进入一段时间的“挑战期”。

如果在“挑战期间”内有其他节点,则可以提供“欺诈证书”,证明该验证节点提交的最终状态结果不是最新的。 主链不接受原验证节点提出的状态,将部分押金交给提出异议的节点。

在这个模型中,理论上可以产生无数的子链,可以将ETH网络的TPS提升到新的数量级。

用户也可以在子链上享受更快的交易确认速度和极低的gas fee,大大扩大了以太坊区块链网络的性能。

Plasma确实是解决扩展性的方案,但其安全性有很大的风险。

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在Plasma中,子链上的具体交易内容通过单独的验证节点记录在链下,因此交易的原始数据对其他节点没有可得性。

如果原始所有验证节点同时空闲,则子链中的资金将无法返回到主链。 因此,Plasma方式在ETH Layer2上的应用不如其他方式。

Rollups

Rollups可以译为批量交易,它是Plasma在扩展性方面做出部分牺牲的折中方案,也是目前在ETH Layer2上广泛应用的方案。

其实现逻辑与Plasma类似,由专用验证节点负责运算符链上的所有事务。

但是,与Plasma不同的是,Rollups将所有原始交易记录和最终状态的更改结果保存在主链中。

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这样,即使所有原始验证节点同时懈怠,其他节点也可以利用原始交易数据成为新的验证者,帮助用户提取子链上存在的资金。

Rollups可分为Optimistic Rollups和ZK-Rollups,具体取决于如何防止身份验证节点干坏事。

Optimistic Rollups中文翻译为乐观的批量交易,和Plasma一样采用“欺诈证明”。

与Plasma不同,原始的交易记录也保存在主链中。 如果验证节点提交的状态变更结果与交易记录不一致,任何人都可以在“挑战期”内提交“诈骗证明”,以确保错误的状态变更结果得到正确覆盖,并从验证节点获得押金。

这样的Rollups称为乐观批量交易,因为其他节点默认会验证节点提交的状态更改结果是否正确。

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Optimistic Rollups的优点是兼容性强,几乎可以满足复杂的智能合约的需求。 目前,ETH主网络上的大多数主要智能合约都可以部署在基于Optimistic Rollups的第2层网络上。

例如,由Off Chain Labs团队开发的Arbitrum,其主网络Arbitrum One上线了INCH、Uniswap、Sushiswap、Curve等主要DeFi项目。

Optimistic Rollups的缺点是一些安全隐患和资金需要很长时间才能返回主链。

Optimistic Rollups的安全性由验证节点的保证金而不是算法来保证,可能会受到对主链的“审查攻击”。

也就是说,在“挑战期”,作恶者勾结矿工不打包挑战者的诉求。 超过“挑战期”,错误的交易就无法回滚了。

另外,“挑战期”通常设定为7-14日,因此这个等待时间无疑很长,对一些用户来说也是不可接受的。

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采用Zk-Rollups、中文翻译零知识批量交易、“有效证明”。 “有效证明”的实现逻辑是,验证节点在主链上除原始交易记录和状态变更结果外,还提交“知识零证明”。

其他节点只需验证证书,即可验证节点提交的状态更改结果和交易记录是否一致。

验证“零知识证明”比每次交易直接运算要简单得多,“零知识证明”的有效性由密码学原理保证,不是由验证节点的保证金保证的。

Zk-Rollups的优点是,从第2层网络将资金转回主链时不需要“挑战期”,最多几十分钟就可以到账。

Zk-Rollups的缺点是与安全隐患不兼容。 一些零识别证明算法(如ZK-SNARK )需要可靠的初始设置。 也就是说,算法中的一些安全相关随机数需要选择初始节点。

如果恶意节点存储了这些初始数据,则可以利用初始数据生成虚假证书并窃取用户在第2层的资金。

另外,目前正式上线的基于Zk-Rollups的第2层网络只支持“转账”和“期货交易”等比较简单的智能合约,支持更复杂的DeFi项目的部署,

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因为,验证“零知识证明”比每次交易具体计算要容易得多,但要生成“零知识证明”要复杂得多。

链上其他节点的工作量少了很多,但链下验证节点的工作量更大了。

Sidechains

侧链,中文翻译为侧链,是与以太坊虚拟机兼容的独立区块链,采用独特的共识模型和区块参数有效处理交易。

另外,还可以实现与ETH主网络的互操作性,还可以将引入ETH主网络的智能合约移植到侧链中,实现资金和数据的交叉链传输。

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与Plasma和Rollups都不同,Sidechains负责安全和协议形成过程,定期向ETH主网络报告最新的状态变更结果,或将侧链上的交易记录提交给ETH主网络

侧链与ETH主网的相互作用方式被称为“双向挂钩”,资金从ETH主网向侧链移动后,被锁定在ETH主网上,被“铸造”在侧链上。

资金返回后,侧链上的通证将被“销毁”,原本锁定在ETH主网络上的通证将被解除锁定。

严格来说,Sidechains不是以太坊的子链,而是独立运行,与ETH主网络并行运行的区块链网络。

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其优点是可以进行更多的创新和优化,用户有机会获得更快的交易速度和更低的交易成本。 缺点是安全性与ETH主网络分离,以太网的计算能力无法保障侧链不会受到“51%攻击”。

各Layer2方案的特点

严格来说,各种第2层方案实际存在或存在小的安全隐患,无法达到与ETH主网络相同的安全性。

总体来说,Sidechains的安全性最弱。 首先,在区块链网络的基本安全级别上,Sidechains明显不如ETH主网络。

分布式账本不可篡改性是区块链网络共识的基础,攻击者篡改侧链账本的成本明显低于以太坊账本的篡改。

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其次,侧链上的DeFi项目可能有更多的智能合约漏洞。 侧链上流行的DeFi项目多为对ETH主网上项目的模仿,这些模仿团队的代码开发能力往往不如原创团队。

这些项目即使能够通过第三方鉴定公司的鉴定,但被鉴定的项目在后续的迭代版本中也会发生智能合约风险。

Rollups的风险包括智能合约的脆弱性、对审查攻击的耐受性、密码学的脆弱性、人为的交易排序等。

首先,用户在第2层网络上使用的资金实际存储在主网络上的智能合约中,如果智能合约收到恶意代码升级,用户的资金可能会被盗。

其次,在Optimism Rollups的情况下,潜在的挑战者并不一定能够检查验证节点发布的所有状态更改结果。

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如果超过挑战期,即使状态更改的结果与交易记录不一致,也可能无法回滚错误的结果,从而损害用户的资金。

此外,对于zero知识产权卷,ZK-SNARKs的初始化信任设置被认为有风险,但ZK-STARKs是一个比较新的实验密码学原理,需要时间来证明其安全性。

最后,Rollups的交易排序可以人为控制。 在Arbitrum One上,任何人都可以挑战验证节点,但如果运营商利用交易序列器比用户领先一步,则可以将验证节点的保证金放入项目方自己的口袋中。

ETH Layer2的发展方向应该是在保证安全性的基础上,尽量以中心化的方式实现更高的扩展性。

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综合考虑三个方面,采用ZK-STARKs的zero知识产权卷是一个均衡的方案。

从安全性上看,罗林斯胜过侧链,零知识罗林斯胜过优化罗林斯,ZK-STARKs胜过ZK-SNARKs。

在去中心化方面,零知识证明的生成由运营商提供,但其正确性由密码学原理保证,不依赖于挑战者与验证节点之间的博弈,从而减少中心化交易排序的环节。

效率上,即使没有挑战期的设定,用户也能迅速提取资金。

在兼容性和可扩展性方面,随着技术的成熟,ETH主网上的智能合约几乎都可以移植到Zero Knowledge Rollups Layer2上,Layer2网络的高交易吞吐量大大提高了可扩展性。

投资存在风险,本文的观点和意见只有代表本人,没有任何建议。

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