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Rollup 生态速览:Optimistic Rollup和zk Rollup之外还有哪些新型设计?

鸵鸟区块链要闻 2022-06-07 15:00
摘要:

Rollup 生态衍生出了一众颇具想象力的设计理论以及混合演变。

来源:Mirror

作者:Alex Beckett

自 2019 年初概念诞生以来,Rollup 已经取得了长足的进步。现如今市场上出现了两个主要的竞争者,并基于此衍生出了一众颇具想象力的设计理论以及混合演变。本文将盘点截止 2022 年中 Rollup 生态的发展现状。

Optimistic Rollup

由于通用的 Optimistic Rollup 占据了先发优势,因此争取到了大多数的 Rollup 应用,其中的 Arbitrum 和 Optimism 也堪称「Rollup 标杆」。

按 TVL 排序,目前 Rollup应用中 Arbitrum 排名第一,锁仓金额达到了 24 亿美元。尽管已经在主网上运行了一年之久,但系统上仍有许多尚待测试的环节。目前开发 Arbitrum 的主体 Offchain Labs 运营着一个唯一的中央排序器,虽然交互式欺诈证明是灵活的,但中央排序器是唯一可以提交争议以产生欺诈证明的白名单实体。从用户的角度来看,尽管整个系统逐步去中心化的趋势是可预期的,但他们仍然需要给予系统大量的信任。

协议的新一代升级 Nitro 已经在 Devnet 上线,Nitro 将彻底改变现有的架构,用 WASM-Geth 组合取代定制的 Arbitrum 虚拟机。Arbitrum 的交互式欺诈证明将在 WASM 上运行,节点将有一个与 Geth 相当的代码库,再加上一些特定的 Rollup 优化。总而言之,Nitro 将带来重大的优化,在提高性能的同时提供更好的 EVM 兼容性。

Optimism 是第二大 Optimistic Rollup,在所有 Rollup 中按 TVL 排名第三,坐拥 4.69 亿美元锁仓资金。Optimism PBC 运行的情况与 Arbitrum 类似,都是单一的中心化排序器。然而,Optimism PBC 已经找到了一种方法,通过使用排序器的利润来为网络提供回报,以此激励生态发展。第一轮共有 100 万美元的资金捐赠给了 58 个公共产品。虽然中心化的设计在区块链这个「去中心化本源」的世界中很难产生积极影响,但是 Optimism 做出的尝试看似已经最大程度上缓解了这一问题。

目前 Optimism 的设计中缺乏欺诈证明,尽管逐步去中心化和必要的安全升级是可以预期的。然而,几乎所有的 Rollup 都有即时或延迟的可升级性,所以 Rollup 的安全性最终取决于多签设计的升级。即将到来的 Bedrock 升级将把 Optimism 的架构转变为与 Arbitrium 类似的架构。目前的 Optimism 虚拟机将被替换为 MIPS-Geth 组合,其中节点等效于普通的以太坊 Geth 节点。新增功能还包含交互式欺诈证明,这是对其原有非交互式欺诈证明的升级。Bedrock 将是 Optimism 的又一个里程碑,将为系统增添很多功能和改进。

此外,Optimism 还实现了一个飞跃,即进行了非精英治理的实验。决策被分成两部分,分别是代币治理和用户治理。其中代币治理即以代币为投票凭证,而用户治理则是一人一票制。在这样一个系统中,最困难的点在于投票身份分配,需要最大限度地减少虚假攻击。如果一个用户可以获得一个以上的投票人身份,他就可以对「政府」造成比普通用户更多的影响。乐观派指出,他们将使用不可转让的 NFT 来代表公民身份,但是个人交换私钥以获得更多投票权的威胁仍然存在。

Fuel 是 OptimismRollup 领域的另一个值得关注的竞争者,它采取了与 Arbitrum 和 Optimism 截然不同的方法。Fuel Labs 正在为 Fuel V2 建立一个定制的虚拟机,使用基于 Rust 的编程语言。虽然与 EVM 兼容的 Rollup 对于 Ethereum 开发生态系统的 Rollup 特别有用,但定制的 VM 更容易实现性能最大化,因为它们不必遵守许多既定的标准。

笔者最喜欢 Fuel V2 的部分是并行交易处理能力,一旦数据量达到了相当的量级后,实施并行处理的 Rollup 将比那些没有实施并行处理的 Rollup 更有优势。值得注意的是,Fuel V1 主网以太坊上的第一个 Optimistic Rollup,并且仍然是唯一一个拥有无权限排序器和欺诈证明的 Rollup。

对于 Fuel 来说,Optimistic Rollup 是远远优于 zk-Rollups 的。一是 Optimistic Rollup 具备完全的、不受限制的可组合性:zk-Rollups 在通过 zk circuits 组合智能合约方面存在先天劣势。唯一具有普遍可组合性的 zk-Rollup 是 StarkNet,不过其目前有许可的智能合约部署和桥梁可以支持的 TVL 数量的上限。所有其他 zk-Rollups 都是特定的应用,或者只做代币转移。

另一点是因为 EVM 兼容性:zk circuits 与 EVM 中标准的某些类型的密码学有固有的兼容性问题,这使得 zkEVM 成为一项极具挑战性的任务。Optimistic Rollups 已经在主网上运行了一段时间的 EVM 兼容性,升级后有望进一步实现等效性。

zk-Rollup

过去一段时间以来,以太坊社区已经达成共识,即 zk-Rollups 是可扩展的 Rollups 的最终状态。因此,与 Optimistic Rollup 相比,似乎有更多的 zk-Rollup 在积极开发中,其中许多计划在未来两年内推出。

StarkNet 是目前主网上唯一一个通用的、可组合的 zk-Rollup。然而,该系统仍处于早期的阿尔法阶段,有多种限制。StarkNet 和 Ethereum 之间的桥存在限制,上限未来会逐渐增加。StarkNet 上的智能合约部署也是白名单模式。我认为这主要是为了减少智能合约错误发生的风险,因为很可能没有足够的审计人员来审计开发者想要部署的所有合约 ——StarkWare 暂时承担这个角色是合理的。可审计性是新的自定义语言的普遍缺点之一,而 zk 系统的复杂性只会使其更加复杂。

zkSync 是另一个主要的 「zk-Rollup」竞争者,最近的测试网上线标志着 zkEVM 在实时测试网中的第一个实例的推出。然而,随着 zkPorter 的加入,zkSync 2.0 不再仅仅是一个升级版。它将使用户能够在 zkPorter 和 Ethereum 之间选择发布其交易数据。虽然以太坊正在通过 danksharding 升级数据吞吐量,但 volition 是一个伟大的中间地带,为用户提供了更好的选择。

虽然大多数 zk-Rollups 都优先考虑可扩展性,但隐私是 zk-Rollups 可以实现的另一个重要方面。Aztec 目前正通过他们的隐私代币转移 zk-Rollup(zk.money)在隐私领域处于领先地位,他们也是笔者所知的唯一以隐私为重点的以太坊 Rollup。Aztec 预计将很快推出其下一个迭代,Aztec connect,它使用户能够隐私访问 Ethereum DeFi。这与使用 Tornado.cash 之类的应用相比是一个很大的进步,因为 Tornado.cash 的隐私只能通过混币来实现,而不能直接「隐藏」交易。

zk-Rollups 已经非常复杂了,再加上隐私问题就更复杂了。zk-Rollups 有可能永远不会达到隐私可组合智能合约的状态。正因为如此,隐私可能会通过特定的应用链出现,无论是通过 zk-Rollups 还是 zk-Rollup 之上的 Validiums。

其他各种各样的 zk-Rollups 也已经在逐渐显露头角,包括 Scroll 和 Polygon 的各种项目。zk-Rollups 之间的一个很大的区别是使用自定义虚拟机或 zkEVM 执行环境的区别。它的优点和缺点与 Optimistic Rollup 类似。然而,zk-Rollups 在实现 zkEVM 方面有更多内在的复杂性。正因为如此,有一个非常有力的案例可以证明采用自定义虚拟机和语言的路线,如 StarkNet 和 Cairo。

Sovereign Rollup

Rollup 类别中的最后两个目前还仅仅存在于理论之中。Sovereign Rollup 与常见的 Rollup 的区别在于它有一个分叉选择规则,允许它独立于其基础层进行分叉。相反,一个普通的 Rollup 会将其分叉选择权委托给它的结算层,因为它需要确保 Rollup 的正确性。

Sovereign Rollup 在像 Celestia 这样的 DA 层上最为突出,在那里,Rollup 交易的正确性不由 DA 层来保证。正因为如此,像 Celestia 这样的 Rollup 交易是默认的 Sovereign 交易,因为他们必须通过欺诈 / 有效性证明和分叉选择来确保自己的交易正确性。这不应该被误认为是共识,Celestia 提供的共识是关于交易排序的协议。

对于乐观的 Sovereign Rollup,交易被认为是正确的,所以 Rollup 节点只需要从 Celestia 下载块数据。zk-Sovereign Rollup 通过有效性证明来确保正确性,这些证明将通过 p2p 网络在 Rollup 节点之间分发。

Sovereign Rollup 的重要性正体现在他们的分叉能力上,这使得 Rollup 能够真正独立于其基础层。

结算 Rollup

结算层是一种专门为结算而建立的 Sovereign Rollup 体。重要的是,结算层是任何与 Rollup 具备双向信任最小化桥梁的区块链。该桥梁使代币可以在 Rollup 层和结算层之间双向转移。信任最小化是桥梁的一个属性,其中通信只依赖于通过验证数据可用性和欺诈 / 有效性证明的诚实少数人假设。

和任何结算层一样,结算 Rollup 的目的是为 「Rollup」提供一个环境,以验证证明、解决争端和桥接代币。虽然,从技术上讲,在结算之上的 「Rollup」是混合型的,因为它们通过结算 Rollup 所处的数据可用性层使用链外 DA,这使它们成为一个验证层或一个乐观的验证层。

混合型

Validium

Validium 是一种混合型的 zk-Rollup,交易数据在链外发布,这意味着除了用于验证有效性证明的结算层之外,还依赖外部环境。StarkEx 是唯一已经上线的验证体的实例。StarkEx 是一个特定应用的验证器,目前支持三个应用:Immutable X、Sorare 和 DeversiFi。StarkEx 还支持 zk-Rollup 模式,该模式被当下 TVL 第二大的 Rollup 应用 DyDx 使用。

StarkEx 使用了一个数据可用性委员会(DAC),该委员会由一组受信任的各方组成,为 StarkEx 的验证体提供数据可用性。虽然将数据可用性委托给一个许可委员会降低了安全性,但它使 StarkEx 的验证人能够提供比 zk-Rollups 更便宜的交易。成本降低是可能的,因为向以太坊发布数据是很昂贵的,而这也是造成 Rollup 交易费用的主要可变成本。

附带 DAC 的 Validium 的一些安全问题可以通过使用外部数据可用性层来减少。安全性的主要增加来自于区块链提供的加密经济安全,节点可以因为不诚实的活动而被监禁和砍掉。这种实施的有效性是对 「Rollup」的成本 - 安全权衡的一个有趣实验。

图片来源:Celestia

Optimistic Validium

与 Validium 一样,Optimistic Validium 也是一种混合的 Optimistic Rollup,其中交易数据被发布到链外。对于这种特定的混合体应该被称为什么,还没有达成普遍共识。

Metis 是目前唯一的 Optimistic Validium 实例。需要注意的是,Optimistic Validium 的安全度相比其对应的 Validium 更弱一些,因为数据的可用性是生成欺诈证明和成功解决争端所必需的。如果发生了纠纷,而有关状态转换的数据不可用,那么欺诈证明就不能证明欺诈。正因为如此,如果链外数据可用性提供者未能提供数据,资金就会从 Optimistic Validium 中被盗。

Volition

通过 zk-Rollup 和 Validium 的结合,还有一种混合型 Rollup,即 Volition。Volition 让用户可以选择链上或链下的数据可用性。这种选择是在个人交易层面上做出的,链外数据代表更便宜的费用和更低的安全性,而链上数据则导致更高的费用和更高的安全性。这给了用户由个别系统提供的选择自由,而不是明确地寻找适合用户的成本 - 安全偏好的链路。

目前,zkSync 2.0 是唯一公开宣布的开发中的 Volition。在 zkSync 2.0 中,链上数据由以太坊提供,而链下数据则由他们自己的专用 PoS 链提供,称为 zkPorter。不过由于目前缺乏细节信息的披露,因此只能猜测未来 StarkWare 将为 StarkEx 或 StarkNet 提供一个用户自定义的选项。

Adamantium

Adamantium 是一种每个人都要亲自向网络提供自己数据的 Validium。个人的交易数据由个人存储(链外),并且他们必须保持在线以证明每个区块的数据可用性。如果用户不在线,或者未能证明,那么他们的资金就会自动撤回到链上的结算层。虽然 StarkWare 提出了 Adamantium 的设计,但目前还没有任何团队在这方面取得了更多进展。而未来这种假设如若能够顺利落地,那么对于那些希望对自己的安全进行更多个人控制的用户或实体来说,可能会非常有吸引力。

Enshrined Rollup

Enshrined Rollup 是一个由现有区块链一部分组成的 Rollup。简单地说,它是一个执行分片。在以太坊 2.0 提案和其他类似的分片区块链中看到的 Enshrined Rollup 和执行分片之间的区别是,执行分片被提议为单片。全局验证器组将被分割成委员会,并分配给一个特定的分片,作为验证器组。执行分片将作为一个独立的区块链,有自己的执行、共识和数据可用性,但它将检查点返回到 「信标链」,类似于侧链检查点回到他们选择的链。理论上,一个以太坊的 Rollup 将只做执行,并使用信标链来验证数据可用性和欺诈 / 有效性证明。

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