以太坊扩容完整指南:读懂主流扩容方案原理和进展

让我们首先定义模块化。区块链可以分为 4 个部分(执行层、结算层、共识层和数据可用性层),当前的区块链(以太坊、Solana 等)是单个整体的,一个网络处理所有工作。而模块化区块链是将这些层中的一个或多个外包给外部区块链。

本文旨在以易于理解的方式来介绍复杂的以太坊扩容主题,其中包括:

  • 重要术语
  • Arbitrum
  • Optimism
  • Polygon
  • zkSync

重要术语

让我们首先定义模块化。区块链可以分为 4 个部分(执行层、结算层、共识层和数据可用性层),当前的区块链(以太坊、Solana 等)是单个整体的,一个网络处理所有工作。而模块化区块链是将这些层中的一个或多个外包给外部区块链。

以太坊扩容完整指南:读懂主流扩容方案原理和进展

以太坊 Rollups 是一个单独的区块链,它扩展并继承了以太坊的安全性。Arbitrum 和 Optimism 等 Rollups 是执行层,以太坊主网作为其数据可用性层、共识层和结算层。

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Rollups 有两种类型:

Optimistic Rollups:使用欺诈证明,例如 Arbitrum 和 Optimism

zk Rollups:使用有效性证明,例如 zkSync、Starknet 和 zk-EVM

欺诈证明:信息在「证明者」和「验证者」之间交换。假设所有交易都是有效的,并被添加到交易批次中,这些交易随后交由「观察者」进行审查,以确保没有恶意行为发生。

有效性证明:有效性证明是在 Rollups 而不是以太坊上计算的(与欺诈证明相反)。「证明者」和「验证者」之间的信息交换依赖于密码学和数学。信息是共享的,但不会被泄露。

Rollups 的一个关键方面是定序器:定序器是指定的节点,负责将用户的交易提交到 L2。它进一步将 Rollup 交易包发布到以太坊主网以更新状态。

Arbitrum

截至目前,Arbitrum 使用的是:

一个单一的中心化定序器,它接收用户的交易并将交易批次发送回主网。

一组「白名单」Arbitrum 验证者读取定序器的交易包,并以欺诈证明的形式向以太坊主网提交「Arbitrum 状态根」。

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任何验证者都可以挑战在主网上结算的「状态根」。只要有一个诚实验证者,正确的 Layer 2 状态就会发布在主网上。

之前有人担心验证器被列入白名单。然而自以太坊合并以来,如果没有任何验证者在 7 天内提交「状态根」,则白名单功能将被绕过,从而显着提高了安全性。

路线图:

Arbitrum 于 2022 年部署了 Nitro,显着降低了通信和执行成本

未来,排序将由一个定序器委员会而不是一个中心化定序器完成

Arbitrum 可能会推出一种代币以提高网络安全性

Optimism

Optimism 运行一个具有特殊权利的单一中心化定序器,通过它来排序交易和提交交易批次。与此同时,Optimism 团队正在开发他们的交互式欺诈证明系统,以确保 rollup 状态的正确性。

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因此,当前的欺诈证明机制已被暂时禁用,用户只能依靠定序器将有效 rollup 状态发布到以太坊主网。

然而,所有这一切都将随着「OP stack」而改变。让我们探索这个巨大的路线图。

Optimism 不仅仅是以太坊上的 Layer 2 Rollup,OP stack 还是:「一个模块化的开源蓝图,适用于各种高度可扩展和可互操作的区块链。」

本质上,OP stack 是构建区块链和 Rollup 的框架。开发人员可以合并 OP stack 中的一个或多个模块来构建可互操作的链,这些将被称为「OP 链」,可以是 L2、L3 或完全不同的东西。

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OP stack 将引入一组去中心化定序器,OP 链可以集成这些定序器,这样他们就不必担心自己的区块生产,这就能够允许引入高水平互操作性的「原子跨链可组合性」。

这个雄心勃勃的路线图的第一步是「Optimism Bedrock」,它将实现:

  • 以太坊等效
  • 较低的费用
  • 模块化
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Optimism 在技术上可以成为 zk-rollup,通过能够更换 OP stack 组件来为未来做好准备。

Polygon

Polygon 诞生于 Layer 2 概念,但此后不断发展,更类似于 EVM Layer 1 区块链。但是 POS Chain 只是 Polygon 的未来众多项目之一。

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Polygon 正在使用有效性证明构建四个具有零知识结构的不同区块链。一个是可能要即将到来的 Polygon Hermez,属于 zk-EVM。zk-EVM 可根据以太坊兼容性和性能分为四类。Polygon 的 zk-EVM 是类型 2。类型 2 比类型 4 与以太坊更兼容,但在性能方面不如类型 4

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Polygon 的其他 zk 产品:

  • Miden(基于 STARK 的 rollup)
  • Zero(定制证明技术)
  • Nightfall(注重隐私的 rollup)

Polygon 还在构建一个名为 Avail 的模块化区块链,它在充当数据可用性层的意义上类似于 Celestia。

zkSync

Matter Labs 正在构建 zkSync 2.0 ,一个类型 4 的 zkEVM,根据最近在 Twitter 上的一些信息,它距离主网启动已经不远了。zkSync 2.0 具有领先的性能和可扩展性,但与以太坊的兼容性较差。

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从理论上讲,较低的兼容性使得从开发人员的角度来看更难以实施,并且对以太坊 dApps 在部署上也具有挑战性。然而,zkSync 构建了多种解决方案,包括他们自己的虚拟机和编程语言。

zkSync 2.0 将分为两个可互操作的链 zkRollup 和 zkPorter。zkPorter 是一个「volition」,又名 Layer 3,具有「链下数据可用性」,数据在 L2 zk-rollup 上处理。这种设计据称可以让 zkPorter 的 TPS 达到 20000。

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由于有额外层存在,Layer 3 的安全性略低于 Layer 2,但可扩展性高一个数量级。例如 Uniswap 在 Layer 2 上部署他们的智能合约,而 dApp 的用户使用 zkPorter(Layer 3),由此极大程度地降低了费用成本。

拼图的最后一块是所谓的超级区块链,它们建立在 Layer 2 zkEVM 之上并由其提供支持的 Layer 3 网络。这些超级链允许更多的扩展性和可定制性(如应用链),但安全性略低于以太坊主网。

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还有一些其他的以太坊扩展方案本文并未提及,包括 Celestia、Fuel、Scroll 和 Starknet 等。

(声明:请读者严格遵守所在地法律法规,本文不代表任何投资建议)

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