ROL:以太坊研究者Polynya：為什么單片式 L1 區塊鏈是“死胡同”？

我從來沒有寫過一篇關于“Optimistic Rollups vs. ZK-Rollups”的文章。它們都很棒。我的文章都是關于反對效率極低、無法擴展、不安全、缺乏彈性的單片式 L1 區塊鏈，我們已經看到了資本對這些 L1 網絡的荒謬配置。我唯一的目的是看到區塊鏈以技術、經濟和社會可持續的方式擴展到全球無所不在。單片式 L1 區塊鏈網絡不僅是不可持續的，實際上它們永遠也無法提供所需的吞吐量——而且與目標相差好幾個數量級。但這不再是一個問題了——我們需要模塊化的執行層 & 數據可用性抽樣來擴展區塊鏈。這一點從來沒有這么清楚過。我們越早認識到這一點并轉向這種方式，區塊鏈行業就會越好。是的，這只是我的觀點。和往常一樣，請將這篇文章視為業余愛好者的意識流漫談，而不是一篇專業的研究文章。

我從 2020 年開始撰寫關于 Rollups 的評論，并在去年的這個時候發表博文，當時主流的說法是“Cardano/其他 L1 智能合約平臺即將到來，用戶將會在一夜之間從以太坊大規模地遷往其他 L1 網絡。”之后的說法是“L2 網絡是暫時的權宜之計，實現擴展的唯一方式是 L1 網絡。”然而，即使在 2021 年底進行最溫和的測試，這些替代性 L1 網絡的敘述也以驚人的速度瓦解：

幣安智能鏈 (BSC) 由于狀態膨脹而使其系統要求更高。其結果是，節點開始不同步，導致許多問題。這里的問題在于他們一開始指定的系統要求非常低——但他們沒有告知人們，系統要求會隨著狀態膨脹呈指數增長。現在，他們在沒有充分的審計或測試的情況下進行不計后果的網絡變更。當然，切換到 Erigon 并擁有多條鏈將提供增量效益，但總是會存在嚴重的限制。

Solana 沒有犯這樣的錯誤，他們從一開始就對很高的系統要求非常開放。現在，我絕對不會對 Solana 的各種失敗和問題進行批評，因為這很大程度上是因為它是一個早期的 beta 產品。由于缺失一些特征而導致的 bug 和問題總是會出現在 beta 項目中，無論是 Rollups、dapps 還是單片式 L1 網絡都是如此，我只希望開發人員能夠修復這些問題。但問題是，隨著時間的推移，當 Solana 成熟了，久經測試消除了 bugs，并實現了一個費用市場，它將需要提供一個遞增的吞吐量，并在技術和經濟可持續性上付出巨大的代價。Solana 本質上是不可擴展的。Optimistic Rollups 是要比 Solana 要好得多的解決方案，并且會很快成熟。

Polygon PoS 可以說是繼以太坊之后被采用最多的鏈。現在，Polygon PoS 確實是一個“提交鏈”(commit chain)，而不是一個替代性 L1 鏈，但它仍然是一個單片鏈，并受到與 L1 網絡相同的低效率約束。Polygon PoS 達到了它的極限，受到了垃圾交易的影響，提高了它們的最低 Gas 價格。但即使在那之后，還是有很多項目向它發送垃圾信息，導致 Gas 價格上漲了超過 0.1 美元。需要明確的是，這是一個比 Solana 或 Cardano 要好得多的結果，在 Solana 或 Cardano 中，在擁堵期間 99% 的交易都會失敗，只有微型 MEV 機器人會成功。值得贊揚的是，與其他單片式區塊鏈項目不同的是，Polygon 團隊非常公開地承認了這些局限性，并將所有精力投入到 ZK-Rollup 中——這實際上將實現高可擴展性。行動勝于言語，Polygon 團隊在零知識技術方面投入 10 億美元的行動值得稱贊。

以太坊網絡當前已銷毀194.79萬枚ETH:金色財經報道，據Ultrasound數據顯示，截止目前，以太坊網絡總共銷毀1947979.89枚ETH。其中，OpenSea銷毀231120.5枚ETH，ETHtransfers銷毀185218.4枚ETH，UniswapV2銷毀125752.5枚。注：自以太坊倫敦升級引入EIP-1559后，以太坊網絡會根據交易需求和區塊大小動態調整每筆交易的BaseFee，而這部分的費用將直接燃燒銷毀。[2022/3/5 13:39:48]

說到 Cardano，他們也是一個處于非常早期的 beta 產品，和 Solana 一樣，也必須實現費用市場。Cardano 的系統要求仍然很低。最近，我看到 Cardano 社區對 Rollup 越來越感興趣，很高興看到這種情況！然而，在 Cardano 本身沒有實現數據可用性采樣之前，所有這些都是徒勞的。

我們看到還有許多其他項目沒有達到其大肆宣傳的效果。每當區塊空間飽和時，Avalanche C-Chain 的費用就會飆升——我的意思是，這是單片區塊式鏈的一個基本特征。子網會導致安全性或去中心化的碎片化，并且將受到同樣嚴重的限制 (即費用的飆升)。至于 Avalanche 的“online Purning” (在線修剪，這里的“修剪”是指節點壓縮過去的歷史交易)：讓我們拭目以待，但這似乎實現了 Geth 的“離線修剪”(offline purning)，并使其以更高的頻率進行修剪。這可能是 Geth 的一個很好的補充，但它絕對不能解決狀態膨脹的基本限制。我們已經看到了 Harmony 的失敗等等。但我也想強調的是這些正在為下一代構建可擴展性解決方案的項目：以太坊、Tezos、Celestia 和 Polygon Avail 的數據可用性抽樣；Mina 和 Aleo 的有效性證明；以及還有許多的 Rollups 方案，現在似乎每周都會出現新的 Rollup！很明顯，我們已經進入了「模塊化架構」的時代——很少有人會認真地構建新的單單片式 L1 區塊鏈。在緊要關頭，Polkadot 和 NEAR 等“原型模塊化”項目是中期解決方案，雖然不能解決上述許多問題，但仍保持了可持續性和安全性。如果你不關心可持續性和安全性，那么 Dfinity/ICP 正在構建有趣的東西。

我還想明確一點，單片式 L1 區塊鏈是有一條前進的道路的：升級到下一代技術。例如，Avalanche 可以在底層實現一個“數據可用性抽樣子網”，該子網由整個驗證者集進行驗證，并引入模塊化的執行層。除非這是他們路線圖上的優先事項，否則我將繼續推動這種說法，直到這種轉變在整個行業普遍存在。

以太坊L2網絡總鎖倉量為58.3億美元:金色財經報道，L2BEAT數據顯示，截至3月2日，以太坊Layer2上總鎖倉量為58.3億美元。其中鎖倉量最高的為擴容方案Arbitrum，約31.9億美元，占比54.72%。其次是dYdX，鎖倉量9.8億美元，占比16.82%。[2022/3/2 13:33:14]

現在，并不是每一條鏈都必須是一個 Rollup 或者有著某種形式的模塊化設計。在安全性不重要的情況下，以及希望實現某種在 ?Rollups 中很難或不可能實現的新特性時，主權 L1 鏈仍然有其一席之地。當然，這在很大程度上是一個利基市場，但它是真實存在的。Cosmos 生態系統在這方面做得很好，Polygon Edge也在構建引人注目的解決方案，盡管我希望看到這些鏈被證明是有效的，并且 IBC (鏈間通信) 也在進化以驗證有效性證明。跨 L1 區塊鏈的「橋」也是如此。但即便是在有效性方面被證明是完美的 L1 跨鏈橋，比如 =nil; Foundation 正在構建的「Mina <> Ethereum 橋」，仍然需要假設這條更脆弱的鏈 (即 Mina 鏈) 不會被攻擊；相比之下，Rollups「橋」能夠提供完整的安全保證，即使那條更脆弱的 Rollup 鏈被攻擊，你仍然可以繼承那條更強大的鏈的安全性。

最后，討論時機很重要。當前，Optimistic Rollups 還沒有準備好，所以使用這些非 beta 階段的單片式 L1 區塊鏈仍然是有意義的。應該注意的是，不管是 Optimistic Rollups 還是單片式 L1 鏈，都存在不同程度的成熟度/不穩定性，因此你必須根據具體情況進行評估。但我不會在這篇文章中對此進行論述，我唯一的興趣是從長期來看，區塊鏈可以如何大規模、可持續地進行擴展。但 Optimistic Rollups 正在迅速成熟，在成為可持續性解決方案這方面有著明確的途徑。只需要工程工作就可以實現——很有可能至少會有一個Optimistic Rollup 將實現完全的去中心化、實現數據壓縮、擁有高流動性的「橋」，并在一年的時間內擴大規模。一旦 Optimistic Rollups 準備迎接其黃金時刻，那么所有單片式 L1 區塊鏈網絡的游戲就都結束了。

在過去，我采取了非常長遠的觀點，因此，我可能從一個更積極的角度討論了 ZK-Rollups。我一直認為 ZK-Rollups 將是游戲終局，并認為所有的 Optimistic Rollups?將會要么轉變成 ZK-Rollups，要么使用有效性證明 (validity proofs) 來取代其欺詐證明系統。但這可能是 3 年以后的事了。

以太坊L2網絡總鎖倉量為55.2億美元:金色財經報道，L2BEAT數據顯示，截至2月5日，以太坊Layer2上總鎖倉量為55.2億美元。其中鎖倉量最高的為擴容方案Arbitrum，約28億美元，占比50.79%；其次是dYdX，鎖倉量為9.6億美元，占比17.38%；第三為Metis Andromeda，鎖倉量為4.64億美元，占比8.41%。[2022/2/5 9:31:44]

上文第一部分的結論是：單片式 L1 區塊鏈是一條死胡同，在這一點上的證據是壓倒性的，所以我想把這一點徹底強調一下。以下是本文第二部分，將主要以以太坊為中心，因為以太坊是所有 Rollups 創新的所在地，而且以太坊有著最具雄心的可擴展性路線圖。

Optimistic Rollups 對比 ZK-Rollups

現在，讓我們來討論一下 Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups。順便說一下，最近我了解了 Obscuro (一個 TEE Rollup) 和 Urbit 的 Naive Rollup。Rollups 的設計空間是一個空白畫布，因此可以有多種類型的 Rollups！但是在這里，我特別討論的是基于欺詐證明 (Optimistic Rollups) 和有效性證明 (ZK-Rollups) 的安全 Rollups。

交易費

讓我們從特定于應用程序的 Rollups 開始：很明顯，ZK-Rollups 在這方面領先。Loopring、zkSync 等方案在支付領域被歡迎，其 ERC-20 代幣轉賬的費用在 0.10 美元左右。撰寫本文時，基于 ZK-Rollup 技術的去中心化交易所 ZigZag 上的固定費用是 0.28 美元，包括 Gas 費和交易費。同時，去中心化衍生品交易平臺 dYdX 平臺沒有面向用戶的 Gas 費用，但我們可以計算該平臺的交易費用：在交易量較高時，每筆交易他們都要向以太坊支付 0.08 美元的 Gas 費；在交易量較少的日子，則是在 0.10 美元左右。

現在，Optimistic Rollup 很有可能能夠提供這一范圍的費用——實際上，Worldcoin 項目計劃使用的 Hubble (基于 Optimistic Rollup 的 L2 網絡) 的 ERC-20 轉賬費用目前低于 0.10 美元的范圍。我們繼續轉向智能合約 Rollups——為什么當前 Optimism 和 Arbitrum 網絡上的費用如此之高？撰文時，根據 Lefees.info 的數據，Optimism 上的代幣兌換費為 0.85 美元，而 Arbitrum 的為 1.35 美元，這實在是太高了！

金色財經獨家分析 以太坊創始人Vitalik反對通過分叉方式抵制ASICs:在周五舉行的開發者大會上，針對用分叉解決ASIC礦機的討論，以太坊創始人Vitalik表示，“在這一點上，我個人傾向于不采取任何行動。”金色財經獨家分析，據比特大陸官方消息，Antminer E3礦機將于7月開放銷售。該款礦機將改變以太坊的挖礦算法。以太坊的開采歷史上一直被GPUs所主導，這一改變將導致以太坊的挖掘中心化。另一方面，ASICs提高了進入的門檻，可能會排擠較小型的礦主。之前以太坊主要開發人員討論是否要對區塊鏈進行硬分叉，以抵制比特大陸ASIC礦機對算法的改變。在3月29日，以太坊開發者Piper Merriam提出了以太坊改進提案(EIP) #958，該方案尋求社區對區塊鏈是否應該分叉以及它如何“抵抗ASIC”的建議。此次在開發者大會上，Vitalik反對通過分叉方式抵制ASICs，這似乎預示著以太坊不會針對ASIC礦機進行硬分叉。[2018/4/9]

答案很簡單：這些 Optimistic Rollups 本身還沒有優化，而且大多數早期在 Optimistic Rollups 上部署的 dApps 項目都是以太坊上原有項目的分叉版本，并不是針對 Optimistic Rollups 而設計的。最近，通過專門針對 Optimistic Rollups 而進行優化的 Aave V3 成功地降低了約 10 倍的費用！

但是還會有更多的優化。簽名聚合/壓縮將使得每筆交易直接節省約 1,000 Gas。調用數據 (calldata) 的基本壓縮可以直接節省 2.5 倍，且更多更先進的方案將會出現。隨著 Optimistic Rollups 以及部署在其上的 dApps 的優化，Optimistic Rollups 的交易費用將很容易達到 0.01- 0.10 美元的范圍。

等等，這是以太坊發展路線圖中的 The Surge 階段 (即通過分片 (sharding) 大幅提高 Rollups 的可擴展性) 到來之前的情況！如果 2022 年末的以太坊上海硬分叉升級 (這將是以太坊合并后的首次升級) 進展順利，那么第一步將很可能是引入“攜帶 blob 的交易” (blob-carrying transactions，這是 Vitalik 提議的一種新的交易格式)，這將使得 calldata (調用數據) 的成本降至大約為零，且并且 Optimistic Rollups 實際上將變得更加便宜！

今天，ZK-Rollups 有著較高的固定成本。當前，ZK-Rollups 要更便宜，因為其調用數據成本超過了該固定成本；但是，隨著調用數據成本變得可以忽略不計，交易費將完全由 ZK-Rollups 的固定成本主導。而 ZK-Rollups 的運行成本要高得多。

加密貨幣初創公司允許企業使用以太坊，按像素來購買廣告:一個新項目旨在通過推出一個面向所有人開放的加密貨幣廣告空間，創造出價值億萬美元的“照片”。CryptoPicture是一個1000像素的像素圖像，企業和個人可以購買一個區塊來宣傳自己，用一個Logo標志標出區塊鏈接到他們的網站。隨著時間的推移，該公司的目標是打造出自己的品牌和個性產品。這家初創企業有一個大膽的計劃，通過一系列平臺，讓每個廣告客戶擁有巨大的曝光率和國際影響力，最終目標是讓數以百萬計的潛在客戶看到這張照片。[2018/3/31]

很明顯，現在有很多不同的證明系統，成本也不同，但通常的估計是 0.01- 0.02 美元。這將是 ZK-Rollups 的一個最低成本。然而，如果它們愿意，Optimistic Rollups 可以自由地下降至更低：由于一個成熟的 Optimistic Rollups 成本 99% 是調用數據成本，它們可以以微不足道的成本訪問 ~5200 TPS 的 blobspace。

順便說一下，Optimistic Rollups 也將比 Validiums 方案(在鏈下保存其數據可用性)更便宜，因為這個最低成本也適用于 Validiums！我相信 zkPorter (這是一個 Validium 方案) 的交易成本在 0.01- 0.03 美元之間，而 Optimistic Rollups 的成本可以遠低于這個水平。就我個人而言，出于交易質量的原因，我不建議使用這種方案，但在這種情況下，Optimistic Rollups 最終將獲得更高的“利潤”，可以重新分配給利益相關者，或將其用于公共產品融資、開發等等。

當然，最終，~5200 TPS 會飽和，如果有超過這個的巨大需求，調用數據成本將再次開始上升。但是，到那時，Danksharding 將會推出，首先將這個空間擴展到 125,000 TPS，然后在數年內擴展到數百萬 TPS。(順便說一下，在討論 Rollups 時，“TPS”數字是沒有意義的，但它用于說明目的是有用的。) 長期來看，調用數據成本絕對不會成為瓶頸——瓶頸將是 Rollups 本身。重申一下，瓶頸將是 Rollups 本身，而不是以太坊。

長期來看，隨著 ZK-Rollups 的成熟，我們將有 ASIC 證明者，ZK-Rollups 的成本也將變得微不足道。屆時，ZK-Rollups 的優勢——最明顯的是即刻取款 (無需等待)——將勝出。對于一些具有高度壓縮狀態增量的用例 (如 dYdX)，它們很快就會比 Optimistic Rollups 便宜得多。

最終性 (Finality)

說到這，一個常見的誤解是，Optimistic Rollups 有 7 天的敲定期。但實際上，Optimistic Rollups 將比 ZK-Rollups 更快地實現與 L1 相同的最終性 (finality)。我們已經看到 Optimistic Rollups 每 5 到 10 分鐘提交一個交易批次，所以這就是延遲。這 7 天是為了確保維持這一最終性，并假設至少有一個實體會維持該最終性。隨著 Optimistic Rollups 的擴展，這些交易批次將更加頻繁地被提交，且當達到大約 20 TPS 時，Optimistic Rollups 可以在每個區塊進行提交，此時 Optimistic Rollups 的最終性將等于 L1 的最終性。由于 ZK-Rollups 的固定成本要高得多，在每個區塊進行提交將需要更多的活動 (>100 PTS) 才能實現。然而，通過 Vitallik 提出的這個 blob 交易 EIP (以太坊改進提案)，ZK-Rollups 可以重新設計，將一些證明提交給 blob，所以這可能不是一個問題。

那么，Optimistic Rollups 的這 7 天是什么呢？因為挑戰期是 7 天，所以有一種交易確實有 7 天的敲定期，即從 Optimistic Rollups 取款至 L1 鏈。對于某些情況，比如跨鏈 NFTs，這可能是一種挑戰。然而，我們已經看到了許多在 Optimistic Rollups 上線的「橋」，且隨著 Optimistic Rollups 的成熟，活動 & 流動性將提高，屆時這 7 天的挑戰期將不再是一個問題。更大的問題是 ZK-Rollups 支持了許多新用例和跨 Rollup 活動，而這些用例和活動是無法在 Optimistic Rollups 上實現的。

比如，借助于 Danksharding，ZK-Rollups 可以同步調用 L1,

吞吐量

特定于應用程序的 Rollups 相當精簡，并且可以大規模擴展。如果我沒記錯，早在 2020 年年中，StarkEx 就演示了 9000 - 18000 TPS。然而，對于智能合約 Rollups 來說，情況更加具有挑戰性。我們已經看到 StarkNet 只能夠比 dYdX 或 Immutable X 的吞吐量更低，并將吞吐量優化作為一個最高優先級。因為 Optimism 和 Arbitrum 都是基于 EVM 客戶端，所以它們 a) 擁有經過實戰測試的代碼庫，b) 相對優化的客戶端。幾天前，我詢問在需要并行性之前 EVM 可以擴展到什么程度，Alexey Sharp 認為 Erigon 可以擴展到 500M Gas/秒。因此，對于優化的基于 EVM 的 Optimistic Rollups 有很大的空間，并且可以通過多線程客戶端或多個實例/遞歸 Rollups 提供更多的空間。

這是我們爭論的焦點：因為 Optimistic Rollups 有一個誠實的少數假設，你不能將系統需求推得太緊。要清楚的是，因為這是一個誠實的少數假設而不是單片式 L1s 的那種誠實的大多數假設，因此 Optimistic Rollups 可以比任何單片式 L1 區塊鏈更安全。但是你仍然需要有一個限制，這個限制在默認情況下需要低于 ZK-Rollups，因為 ZK-Rollups 可以很容易地通過有效性證明進行驗證。

但是 Optimistic Rollups 有一個解決方案——無狀態客戶端。我在 Optimism 的路線圖上看到了這一點，但我不記得在哪里了。使用無狀態客戶端，驗證 Optimistic Rollups 非常容易，使用正確的工具驗證交易將非常簡單。此外，因為可以很容易地直接從 L1 重構 Rollup 的狀態，所以通過借助狀態過期，Rollups 比 L1 更具有侵略性。一旦實現了無狀態性和高頻率狀態過期，Rollups 將已經克服了狀態膨脹的嚴重問題！此外，你還擁有像 Fuel V2 這樣的新解決方案，它通過類似 UTXO (未花費交易輸出) 的系統進行并行化。

話雖如此，通過遞歸有效性證明，ZK-Rollups 仍然是實現網絡最大吞吐量的更優雅的解決方案。很有可能的是，在 StarkNet 自身日趨成熟的同時，我們看到特定于應用程序的 ZK-Rollups 在其之上構建了巨大的吞吐量，且作為一個整體，StarkNet 的規模遠遠超過任何 Optimistic Rollups。然而，其中的權衡是原子可組合性——除非 ZK-Rollups 團隊的向導很快發現這一點！

最終，這一切都與時間線有關。

對于特定于應用程序的鏈而言，ZK-Rollups 已經是大多數情況下的最佳解決方案。這對于任何使用過 dYdX、zkSync、Loopring 或 Immutable X 的人來說都是非常明顯的。會有一些權衡，但所有這些都將在今年年底前完成 (比如 dYdX V4)。

智能合約：單片式 L1 鏈還有一年的時間保持相關性。對于這些單片式 L1 鏈來說，不祥預兆已成定局，除了緊急轉向使用欺詐證明，有效性證據和 DA (數據可用性) 證明，別無他途。

Optimistic Rollups 將比 ZK-Rollups 擴展得更快。Optimistic Rollups 的很多代碼庫已經成熟，一旦定序和可升級性實現了去中心化，Optimistic Rollups 將準備好被大規模采用。到 2022 年底，Optimistic Rollups 可能會迎來低于一美分的 Gas 費用，完全實現去中心化，并且本質上有著與以太坊 L1 一樣的安全性和最終性，并擁有足夠的流動性用于快速取款。且隨著 2023 年無狀態性 (statelessness) 和狀態到期 (state expiry) 的實施，Optimistic Rollups 將繼續改善。

ZK-Rollups 將繼續演化、成熟和久經測試，優化證明時間，轉移到 GPU 證明者并最終轉向 ASIC 證明者。它們新穎的虛擬機和定序器節點也將隨著時間的推移而成熟和擴展。到 2023 年底，我預計 ZK-Rollups 將趕上并取代 Optimistic Rollups。但 Optimistic Rollups 將繼續發揮作用直至 2024/25 年，到那時，我預計大多數 Optimistic Rollupsor 將成為 ZK-Rollups，或至少使用有效性證明取代它們的欺詐證明系統。

我曾說過多次，我的時間范圍是 5-10 年。但是 Rollups 和 DAS (數據可用性抽樣) 的發展是如此之快，我現在認為它的結局就在眼前，并且將在 5 年內發生。

感謝 Reddit 用戶 u/proof_of_lake 的校對。

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