以太坊:一覽以太坊2020主要擴容方案及代表項目

梳理Rollup、分片與Plasma等以太坊擴容方案的演進與采用現狀。

一直以來，以太坊公有鏈的核心限制是每一筆交易都要由網絡中的每一個節點進行處理，在以太坊區塊鏈上進行的每一項操作都必須由網絡中的每一個節點并行處理，這也就意味著以太坊整個網絡的吞吐量不能高于以太坊單個節點的吞吐量。以太坊可以選擇提高節點的區塊工作量來實現擴容，但這是以去中心化為代價的，因為節點做的工作多了，意味著算力小的計算機可能會退出網絡，挖礦在算力大的節點上就變得更加中心化。在2017年的時候以太坊就因為ICO熱潮就已經導致以太坊開始變的擁堵，主鏈每秒所能處理的交易量只有15筆，從那時起，陸續有開發團隊提出相應的解決方案，只是隨后而至的熊市降低了人們的交易熱情，這類方案也就淡出了投資者的視野。

直到今年5月份，隨著流動性挖礦及Uniswap的火爆，用戶發現交易的gasprice成本一路飆升到500Gwei，需要漫長的交易確認時間，未確定交易數達14萬余筆，以太坊轉賬變的極其擁堵和昂貴，這嚴重阻礙了以太坊生態的發展以及用戶的增長，因此擴容問題再次吸引著開發者、項目方和投資人的關注，雖然現在隨著defi的熱度降低，gasprice回調到了20至40Gwei之間，但未來隨著越來越多的項目在以太坊的基礎上構建，或者已有大型用戶體量的互聯網公司產品采用以太坊，那么勢必需要解決擴容這個挑戰。例如擁有超過4.3億用戶規模的Reddit論壇計劃將Reddit積分帶入以太坊主網，該計劃最終被22個以太坊擴容技術開發團隊提交了解決方案。

縱觀過去，以太坊擴容的研究演進之路已經成為現實中許多工程項目的研究案例。然而理想很豐滿，現實很骨感，很多具有前瞻性的想法和技術，直到真正實踐的時候，工程師才會意識到可行的方案中充滿著權衡及折中的考慮。本文將梳理分析一下現今已有的各擴容方案的演進情況、進展和采用該方案的代表項目現狀，以及未來可能的方向。

Gasprice歷史記錄

擴容方案分類

在以太坊主網上，所有的計算過程和數據存儲都在主鏈進行，每個節點都需要處理所有交易，交易數據存在區塊中，全節點執行所有計算過程，開發者已經提出了很多在解決協議層吞吐量問題的方案，這些解決方案基本可以分為兩類：一類是將所有計算委托給一小組強大的節點來完成，可以根據layer2如何解決這兩個擴展相關的瓶頸問題來對各種擴容方案分類。另一類是讓網絡中的每個節點都只需處理所有工作中的一部分，也就是layer1層的擴容方案。如下面兩張圖所示，目前主要有六種擴容計算方案，它們分別是分片、側鏈、狀態通道、Plasma、Rollup、Validium，其中我們把ZKRollup和OptimisticRollup統稱為Rollup技術擴容方案

擴容方案詳情

分片(sharding)方案

分片屬于layer1擴容，是指區塊鏈不同的節點子集處理區塊鏈的不同部分，通過分割數據以減少區塊鏈節點必須存儲和處理的數量。內部運行很多條鏈，并將一條鏈稱為一個「片區」。每個片區都會擁有獨立的一組驗證者，即通過PoS機制來驗證交易和生成區塊的網絡參與者。通過隨機性來選擇每一個分片的驗證者，而為了實現隨機性和驗證者分配的計算，所有現有的設計都包含了一條信標鏈，負責執行維護整個網絡所需的操作：除了生成隨機數和將驗證者分配到各個片區，還包括接收分片的信息更新、處理權益證明系統中驗證者質押的押金及其罰沒，并不斷重劃片區。同時，整個網絡的處理能力受到信標鏈節點的計算能力限制，因此分片的數量自然是有上限的。但分片網絡結構的節點性能提升會產生倍乘效應，比如所有節點處理交易的速度都變成4倍，那每個分片能夠處理的交易量將是之前的4倍，且信標鏈能夠維持的分片數量也將是之前的4倍，整個系統的吞吐量將變成4x4=16倍。分片模式一般有交易分片和狀態分片兩種，交易分片只是對交易進行分片分配，而狀態分片是對存儲、交易處理和網絡都進行了分片分配，而需要跨片區交易時，則通過同步或異步兩種方式之一去實現。分片方案的惡意分叉問題容易解決，但解決無效區塊問題非常棘手，因為解決數據有效性方面的兩個解決方向漁夫和密碼學技術證明還是存在缺陷，數據可用性也是。

金色晚報 | 11月17日晚間重要動態一覽:12:00-21:00關鍵詞：17000美元、以太坊2.0、Tether、Grin

1. Uniswap初始流動性挖礦結束 流動代幣總價值下降約44.72%。

2. 數據：以太坊智能合約中的ETH總額超過交易所持有的ETH總額。

3. Tether以太坊黑名單地址在Q4增長130%。

4. 日本央行前高管：日本可能需要數年時間才能發行數字貨幣。

5. L2 Labs在以太坊測試網Ropsten上推出Layer2 平臺ZKSwap。

6. 區塊鏈隱私計算平臺Oasis集成Chainlink作為首選預言機提供商。

7. 以太坊2.0存款合約地址收到98752.0ETH 當前進度18.84%。

8. 《中國區塊鏈發展報告（2020）》正式發布。

9. 匿名幣項目Grin擬于11月24日發布Grinv5.0.0測試版。[2020/11/17 21:06:00]

代表項目Harmony

Harmony于去年6月份上線主網，是一個快速安全的區塊鏈，核心創新在于狀態分片，快速共識算法以及高效P2P網絡。Harmony的分片技術結合了全新的EPoS抵押機制以及基于VDF的隨機數算法，兼顧去中心化和安全性。同時，Harmony的網絡層優化實現了最佳的跨分片路由以及快速區塊傳播。在主網初具雛形之后，Harmony將游戲和去中心化金融作為未來重點應用領域。目前主網有159個節點參與競選，其中82個大眾節點被選中，能夠實現5秒即時確認性，有四個分片實施；同時，團隊正在開發連接Bitcoin、Ethereum和Binancechains的零信任橋。目前代幣one流通市值大約3830萬美金，流通量57%。

其他分片方案項目：Zilliqa是第一個把分?做出來的公鏈，但它僅僅只能對交易進行分片，已經過時了。NEARProtocol使用了獨家研發的分片技術——「夜影」，可以將網絡分割成多個分片，平行計算并運行，由此帶來的結果是網絡的吞吐能力迅速上升。而隨著用量和節點的增加，網絡的可拓展性也會隨之不斷提升。因此從理論的角度上看，NEAR的拓展能力是沒有上限的。

側鏈方案

側鏈協議本質上是一種跨區塊鏈解決方案。通過這種解決方案，可以實現數字資產從第一個區塊鏈到第二個區塊鏈的轉移，又可以在稍后的時間點從第二個區塊鏈安全返回到第一個區塊鏈。其中第一個區塊鏈通常被稱為主區塊鏈或者主鏈，每二個區塊鏈則被稱為側鏈。側鏈是獨立的網絡，通常具有唯一的共識層，通過雙向掛鉤連接到一個基礎層協議。由于沒有第一層設計的負擔，側鏈可以支持超出其基礎層能力的某些特性，包括但不限于可擴展性和互操作性，同時不依賴于第一層的存儲。盡管有這些所謂的好處，但這些分支網絡需要參與者之間更多的信任和協作。它的缺點是安全性問題，因為無法獲得主鏈的安全性。

代表項目xDaiStable

xDai是以太坊側鏈，運用POANetwork突出的跨鏈橋接技術(TokenBridgeTechnology)，橋接Dai穩定幣作為通證，具有「可擴展、使用方便」的優點，由原POA團隊負責開發。

xDai應用為日常用戶提供快速交易的平臺，且只收取極低的費用。由于xDai與以太坊兼容，因此數據和資產可以無縫傳輸到以太坊主網，提供后端安全和無限擴展的機會。通過「穩定、高速、安全和可擴展」這些良好性能之間的協同作用，xDai為P2P支付、個人支付、訂閱服務和區塊鏈銀行業務的實現提供了可能。xDai的出現在很大程度上催化了人們使用穩定幣的進程；在支付費用保持穩定的條件下，用戶可以快速且方便地使用穩定幣。用戶在進行支付行為時，只需要消耗一種代幣，而不需要像過去一樣使用以太坊作為燃料費用，轉賬費低廉且轉賬速度遠遠高于以太坊。目前代幣stake流通市值大約4234萬美金，流通量35.3%。

金色午報 | 10月11日午間重要動態一覽:7:00-12:00關鍵詞：數字人民幣、G20、釣魚網站

1.央行副行長陳雨露：加快中央銀行法定數字貨幣的研發和可控試點。

2.深圳市數字人民幣紅包中簽結果已出 領取需先下載“數字人民幣APP”。

3.G20將于14日舉行視頻會議進一步探討數字貨幣。

4.重慶市長會見范一飛：加強與重慶在數字貨幣試點等方面合作。

5.偽造Curve網站進行釣魚 某用戶被竊20枚比特幣。

6.比特幣小幅調整，日內最高報11394.36美元，最低報11264.80美元。[2020/10/11]

其他側鏈方案項目：SKALENetwork是一個高吞吐量、低延遲、可配置的拜占庭容錯彈性區塊鏈網絡，該網絡最初的應用場景會作為太坊區塊鏈的側鏈，它可被稱為彈性側鏈網絡，今年6月份上線了主網。

狀態通道方案

狀態通道技術，受啟發于比特幣的閃電網絡。狀態通道是固定一組參與者之間的協議，用以實現安全的鏈下交易，其中支付通道專門用來支付。支付通道協議具體情況是兩名參與者各自通過鏈上交易在鏈上鎖定保證金，一旦鎖定完成，參與者雙方即可互相發送形式為輪次、金額、簽名的狀態更新來實現轉賬，無需與主鏈進行交互，只要雙方的余額都還為正值即可。一旦參與者中有一方想要停止使用支付通道，可以執行「退出」操作：將最后的狀態更新提交至主鏈，結算下來的余額會退給發起支付通道的兩方。主鏈可以通過核實簽名和最后結余來驗證狀態更新的有效性，從而防止參與者使用無效狀態來退出支付通道。狀態通道帶來的優點是交互延遲在毫秒級別，是唯一能夠逼近當今互聯網用戶體驗的區塊鏈擴容技術；交易手續費極低，從根本上比所有其他layer2技術的交易手續費低；水平擴展性強，加節點就能增加總系統容量，TPS無上限，且互相之間不隔離，不需要有跨分片或者跨鏈之類的復雜操作。但它的「退出」模式存在一個問題，即主鏈無法驗證支付通道是否提交了全部交易，也就是說，在提交了狀態更新之后是否不再出現新的狀態更新。此外，狀態通道的另一個缺點是只能在兩個參與者之間開設。

代表項目CelerNetwork

CelerNetwork是第一個致力于以狀態通道技術為基石構建匹配互聯網規模的區塊鏈應用入口平臺，讓所有人都能夠在該平臺上便捷快速地開發、運行與使用高性能的分布式區塊鏈應用。它并不是一個獨立的區塊鏈，而是一個可以廣泛運行在現有和未來區塊鏈之上的網絡系統。Celer以其在鏈下擴容技術和加密經濟學上的創新為區塊鏈平臺提供了前所未有的高性能和靈活性。Celer是去年三月份的幣安launchpad項目，隨后主網于去年7月上線，并推出CelerX錢包和五子棋游戲，并和多個游戲公司達成合作，重點選擇現金競技游戲賽道。同時，近期上線了狀態守衛者網絡、流動性鎖定證明和支持性拍賣，保護整個網絡安全，以及聯合以太坊社區的其他狀態通道項目共同提出一套標準規范。Celer把一些layer1層的公鏈也已對接好了，比如比如以太，波卡，Near，Conflux等。未來致力于推動最新開發的hybrid-Rollup方案再次對接layer1層公鏈，該方案也就是把OptimisticRollup和SGN混合起來去實現，該方案存在一個「如何幫助輕節點監控交易的有效性」的問題。目前代幣celr流通市值大約1628萬美金，流通量39%。

其他狀態通道項目：Raiden主網于今年5月27日上線，進展一直很慢；Liquidity實際采用率極低，團隊沒有太多更新和進展，社區也沒什么關注度。同時他們的代幣rdn和lqd均被一些交易所整體下架或者取消某個交易對。Connext開發一直較為活躍，由于無法在Layer2支持智能合約以及提供清晰的全局賬本，轉而開發了Spacefold，為支持EVM的Layer2側鏈間ERC20轉賬提供解決方案。

金色晨訊 | 5月20日隔夜重要動態一覽:21:00-7:00關鍵詞：BitMEX、花旗銀行、產業區塊鏈、期權市場

1.天津市：推動區塊鏈等細分產業發展。

2.伊朗或將根據貨幣走私法限制加密貨幣交易所。

3.BitMEX官方宣布平臺已重新上線。

4.CME比特幣期貨5月合約收跌0.67%。

5.花旗銀行：央行數字貨幣和Libra不會使用工作量證明。

6.政協委員程靜：產業區塊鏈是未來國內區塊鏈最大的落地方向。

7.周延禮：保險業應將區塊鏈等應用于長期護理保險業務。

8.半數期權市場預計比特幣今年將超過1萬美元。

9.Visa董事長：法幣支持的數字貨幣是有潛力的新興支付技術。[2020/5/20]

Plasma方案

Plasma由VitalikButerin和JosephPoon(閃電網絡創始人)在2017年共同提出，Plasma是一種鏈下交易的技術，從一個新的方向實現了狀態通道，它允許創建附加在以太坊主鏈上的子鏈，這些子鏈反過來可以產生他們自己的子鏈，他們的子鏈也可以產生他們子鏈。其結果就是，我們可以在子鏈級別執行許多復雜的操作，運行擁有數千名用戶的整個應用程序，并且只需與以太坊主鏈進行盡可能少的交互；子鏈可以更快地操作，且交易費用更低，因為它的操作不需要在整個以太坊區塊鏈存留副本。區別于狀態通道，Plasma中能夠運行智能合約，如果說狀態通道是對交易吞吐量的擴容，那么它是對計算能力的擴容。Plasma是將計算和數據存儲都遷移到layer2進行，由layer2的執行者周期性地向主鏈遞交Merkle根形式的「狀態承諾」。如果執行者遞交無效的狀態，用戶可以向主鏈上的智能合約提供錯誤性證明；一旦確認執行者出現欺詐行為，則智能合約會罰沒他的保證金。雖然說我們可以通過錯誤性證明，使得提供無效承諾的執行者在主鏈上遭到懲罰；但如果Plasma的執行者拒絕在主鏈上公開數據，那么用戶則無法取得構造出錯誤承諾的錯誤數據，就無法提供錯誤性證明，所以Plasma面臨的最大問題是交易數據可用性。針對這個問題，Plasma衍生出一些相應的方案，如延長資產從layer2退出的時間：當出現作惡行為，就能允許大量資產從Plasma鏈退出。但經過這些年的摸索，可行的方案還沒有真正實現。

代表項目OMGNetwork

OMGNetwork以OmiseGO的品牌名稱創立于2017年，基于以太坊的plasma擴容技術方案，用于主流數字錢包，可跨國家司法管轄區和組織機構使用法定貨幣或加密數字貨幣進行實時、點對點的價值交易和支付服務；它搭建了一個具備去中心化交易、流動性提供機制、清算信息網絡和資產支持的區塊鏈網關，也就是一個去中心化交易和支付平臺。白皮書是由JosephPoon撰寫，VitalikButerin任顧問，而其母公司Omise成立于2013年，是東南亞一家知名金融科技公司。OMG去年11月和MakerDAO合作，為Dai提供larye2擴展方案，并于今年6月份推出其主網bata版本，允許每秒最多處理4000筆交易，交易費用可低至幾美分，驗證時間只需幾秒鐘，之后Tether正式在OMG上發行USDT。目前代幣OMG流通市值大約3.41億美金，流通量100%。

其他Plasma項目：第一個Palsma的產品級實現是LoomNetwork在2018年使用PlasmaCash做出來的，但之后聯合創始人兼首席執行官MatthewCampbell已于去年12月離職，關注點由區塊鏈游戲轉向了企業，7個重要的節點服務商已停止提供Loom網絡的驗證人服務。Matic是建立在以太坊之上的POSPlasma混合側鏈，由Plasma擔保的Layer2交易，主網于2020年5月份上線，目前致力于支持游戲、NFT、Defi這些方向的應用。

金色晨訊丨4月26日隔夜重要動態一覽:21:00-7:00關鍵詞：工信部、DC/EP、V神、Bitstamp

1.工信部：積極應用區塊鏈等現代技術推動政府治理能力和治理體系現代化

2.鄒傳偉：在DC/EP中區塊鏈用于數字貨幣的確權登記居于輔助地位

3.西南財大陳文：短期DC/EP使銀聯等清算機構邊緣化可能性較低

4.分析：未來有支付經驗和牌照的服務商有望介入DC/EP產業鏈

5.V神：以太坊即將過時的采礦硬件可以直接用于零知識證明

6.Bitstamp因技術問題已暫停交易

7.外媒：數據顯示DeFi及OFI初創公司近一半總部位于美國

8.F2Pool全球業務主管：比特幣到2020年12月將會有總體看漲的趨勢

9.比特幣窄幅震蕩，日內最高報7566.75美元，最低報7480美元。[2020/4/26]

Rollup方案

Rollup方案可以被認為一種壓縮技術，多筆交易可以壓縮在一起，既能減少交易數據規模，又能降低交易驗證負擔，因此使得以太坊區塊鏈能處理更多交易，tps可達到3000左右。它是將所有layer2上的交易數據，也就是Rollup區塊的快照發送到主鏈上某個智能合約內，用主鏈上的單個合約來保管所有的資金，而Rollup則通過在主鏈上為每一筆交易公開一些數據，讓任何人都能通過觀察區塊鏈上的calldata來獲得layer2的所有數據。Rollup區塊的狀態是由用戶以及鏈下運營者來維護的，因此不會占用主鏈的存儲空間。所有交易的收據都存儲在以太坊區塊鏈上，這就提升了Layer2交易的安全性。目前主要分為ZKRollup和OptimisticRollup兩種Rollup技術分類。

ZKRollup

ZKRollup是靠著在主鏈完成零知識證明，鏈上無需包含簽名數據，因為零知識證明就足以證明交易的有效與否，交易有效性就立刻確認，保證無效的狀態絕不會發生，也即數據可用性放在鏈上，所以ZKRollups對數據存儲方面也帶來了一定程度上的擴展性提升。但由于零知識證明生成的復雜性，目前適合簡單的轉賬。它的缺點是驗證鏈路的構造沒有一個通用的解決方案，所以目前沒有很好的辦法做到很廣義的虛擬機邏輯，簡單來說，zk-Rollup必須對每一個用例定制；程序正確性的驗證相對復雜，要對多項式curcuit做驗證；二層打包節點負擔重，成本高，計算零知識證明所需時間長，用戶延遲的體驗角度仍然比較差。

代表項目Loopring

路印協議3.0的核心設計目標包括兩個：高安全性和高性能。協議設計的很多方面，都是圍繞著在各種可能的情況下，為用戶提現自己充值的資產提供各種保障。這種保障允許用戶在極端情況下，僅提供默克爾證明，不依靠于交易所的任何動作，就可以將資產全部取出。而默克爾證明，則可以通過區塊鏈上的數據可用性計算得到。為了提高吞吐量，并降低清結算成本，將幾乎全部的計算都遷移到區塊鏈外完成。這種計算會更新中繼維護的一棵四叉默克爾樹，用以保存每個用戶每個幣種的余額，以及每個訂單的成交歷史。中繼批量處理幾十到幾萬個充值提現和交易清結算等請求，并將批量更新后的樹根上鏈。為了保障中繼的計算更新方式嚴格遵循協議的規則，中繼必須在一定時間內提供批量處理相關的零知識證明。即將發布的3.6版本變成成一個基于訂單簿的去中心化交易所的AMM協議，將實現Layer2賬戶之間的轉賬，只需要一秒就能到賬；Layer2賬戶轉到Layer1賬戶，只需要十幾秒就能到賬。目前代幣lrc流通市值大約1.88億美金，流通量100%。

金色晚報 | 4月8日晚間重要動態一覽:12:00-21:00關鍵詞：BCH減半、Ripple、EOS、挖礦難度

1. BCH完成首次減半 最新爆塊獎勵減至6.25BCH。

2. Block.one計劃于5月開始參與EOS投票。

3. Ripple向其前CTO發送逾6370萬枚XRP，相關協議或在今年到期。

4. 區塊鏈防偽溯源寫入國家最高安全標準。

5. Cryptopia被盜案聽證會判決：加密貨幣實益所有者為賬戶持有人。

6. BTC挖礦難度已上調5.77%至14.72T。

7. 北京市西城區：推進政務服務領域區塊鏈技術應用。

8. 川財證券：央行數字貨幣產業鏈逐漸形成，將為發行端等帶來業務機會。

9. 加密貨幣交易所Bisq因“嚴重安全漏洞”暫停交易。[2020/4/8]

其他ZKRollup項目：zkSync是MatterLabs基于ZKRollup技術開發的免信任型可擴展性和隱私性解決方案，主網于今年6月份上線了，旨在將以太坊上的吞吐量提高到像VISA那樣每秒可達幾千筆交易，同時又能確保資金像存儲在底層賬戶那樣安全，并維持較高水平的抗審查性。該協議的另一個重要方面是延遲性極低：ZKSync上的交易具有即時經濟確定性。另一個，Aztec的目標是在以太坊基礎上建立一個UTXO層、使用零知識證明來提升交易的隱私性。這個項目使用一個公開的、大規模的多方計算儀式來完成可信任初始化工作，并且開發了zk.money來讓社區嘗試他們的產品，并將隱私增強型技術和zkRollup技術棧結合在一起，打造ZK2Rollup。

OptimisticRollup

OptimisticRollup的理念是由JohnAdler首先構想出來的，它保留了calldata，可以主鏈獲得所有layer2的數據，但那些刷新Layer-2狀態的交易不會在鏈上被驗證，只讓主鏈存儲一系列的歷史狀態根，添加了一個新的狀態的一段時間后才將新狀態最終敲定，也就是數據可用性放在鏈下。采用錯誤性證明，對提交無效狀態的執行者進行懲罰。其鏈下OVM虛擬機可以支持任意智能合約邏輯的實現，與以太坊EVM虛擬機搭配使用，開發者就可以用Solidity來寫碼，實現dapp和智能合約之間的無縫互操作性。它的缺點是安全問題，只有使用1～2周的錯誤性證明挑戰期才足夠安全。在挑戰期過去以前，沒有交易能被認為是確定的。

代表項目IDEX

IDEX是一個基于以太坊的分散式智能合約交易平臺，提供實時交易，即時訂單放置和處理，免費取消訂單，實時訂單簿更新等服務。IDEX由一個智能合約，一個交易引擎和一個交易處理仲裁器組成，所有交易必須由用戶的私鑰授權。于今年10月20日發布了2.0版本，其Rollup鏈支持登記訂單式去中心化交易功能，并且圍繞此特定用例構建而成。

該鏈負責執行訂單，維護用戶余額，允許設置發生其他功能，例如更高級的訂單類型，自動交易引擎等。OptimisticRollup的驗證者必須有IDEX通證。驗證者提交收據證明已發布的區塊，并根據他們在有效區塊上的簽名和有效欺詐證明的簽發而受到獎勵或懲罰。在協議中，區塊生產者僅上傳區塊的Merkle根作為初始投入，僅在質疑時將區塊內容發布到呼叫數據中。由于無法在鏈上保證Rollup區塊數據的可用性，因此，這并不完全符合上述OptimisticRollup的定義，實際上，他們將其稱為優化OptimizedOptimisticRollup。一旦發布呼叫數據后，就可以通過一兩個附加步驟來證明欺詐行為。目前代幣idex流通市值大約3019萬美金，流通量53.7%。

其他OptimisticRollup項目：Optimism是由PlasmaGroup的前研究人員在2019年成立的一家新盈利性公司，專注于實施以太坊擴容解決方案OptimisticRollup，9月份推出其測試網，Synthetix、Uniswap、Chainlink成為他們的早期測試者，Synthetix用來大幅提升預言機報價頻率，以此解決在一層網絡會遇到的交易暫時停滯問題。

Validium方案

Validium是由零知識證明研發機構StarkWare主導開發的，選擇將layer2的交易數據放在鏈下，因而比rollup方案有著更高的擴展性。驗證計算方面，Validium不像Plasma依托詐欺證明，而是采用零知識證明。如先前在討論zkRollup時提到的，這樣做會導致Validium在目前的應用部署，只能局限于特定目的，比如StarkEx就是面向去中心化交易所的方案，但這些權衡使得Validium在某些方面優于Plasma。在主網進行零知識證明驗證能避免執行者提供無效狀態，也能降低執行者不公開數據造成的后果。舉例來說，想要勾結執行者，讓狀態錯誤地轉變為「把他人的錢轉到自己賬戶」是不可能辦到的；因此Validium不需要在協議中設計「大量資金退出」激勵博弈，也不需要延長資金從layer2退出的時間。由于交易數據放在鏈下，因此以太坊主網無法恢復它的Merkletree，所以它的并不具備以太坊主網的安全性。比如數據扣留攻擊問題，執行者修改自己所控制的賬戶的狀態是沒有問題的，然后積壓關于這些交易的數據，這會導致某些用戶想退出資金時，無法創建默克爾證明來證明他們對賬戶的所有權。

代表項目DeversiFi

DeversiFi是基于以太坊智能合約的去中心化交易所，由StarkEx交易引擎支持的新版本交易所，為符合ERC20標準的代幣提供交易服務。DeversiFi帶來了以客戶為中心且流動性高的數字資產交易平臺這一愿景。它將為開發者、交易商和愛好者提供一個混合社區和信息中心，旨在促進以太坊生態系統的討論、開發和交易。DeversiFi團隊總部設在倫敦，最初名為Ethfinex，2017年由Bitfinex孵化。它在2019年8月推出并更名。DeversiFi是非托管的，允許用戶保持對其資金的控制。

據此前報道，6月3日，DeversiFi去中心化交易所重新推出DeversiFi2.0版本，整合了Validium技術，每秒交易處理量可達9000。為了解決Validium的數據扣留問題，避免凍結layer2上的賬戶，StarkEx系統中引入了數據可用性委員會，8位委員負責對數據簽名，并保證數據始終可用。只要其中有一位委員在線且他是誠實的，用戶就一定能獲得退出資金需要的數據，但這帶來委員簽名私鑰泄漏風險，攻擊者可以將Validium轉化成只有他們自己知道的狀態，從而凍結所有資產，然后對用戶進行勒索。還面臨著一種可能的失控情況是運營者被要求執行KYC/AML措施，并且有義務凍結有1萬美元交易史的賬戶內的所有資金，之后StarkEx進行升級部署新版本后，被凍結的資金會交由指定參與方托管，而被凍結資金的用戶根本沒法反抗。同時StarkEx運營者隨時都可以在合約邏輯上部署擴展程序，在不預先警告用戶的情況下引入黑名單，成為隱藏的審查后門。目前代幣nec流通市值大約2412萬美金，流通量25.6%。

其他Validium項目：去中心化衍生品交易所dYdX的永續合約產品在今年年底將集成StarkEx，優化用戶體驗。

以太坊擴容項目

擴容技術對比和未來發展

狀態通道有一些獨特的性質，讓它在擴容領域有著獨特的地位，它的諸多屬性在很多應用中都非常重要。比如游戲、IoT設備網絡、去中心的互聯網服務提供商等。Plasma和狀態通道之間，Plasma中能夠運行智能合約，而狀態通道則不被允許。分片系統要比Plasma鏈更不易于遭受拒絕服務攻擊，分片鏈提供的防御也更易于普及。但Plasma鏈可以被迭代，新的設計可以更快地被實現，因為每條Plasma鏈都可以在無需與該生態系統中的其他鏈進行協調的情況下單獨地進行部署，而且由單個運營商運行的Plasma鏈還可以提供比分片系統更多的隱私保護；而在分片系統中，所有的數據都是公開的。

相比于Plasma和ZKRollup，OptimisticRollup做了一些權衡，所以帶來的擴展性提升幅度最小，但OptimisticRollup不依賴于什么過于前沿的技術或懸而未決的問題，實際推廣中OptimisticRollup更好落地。而ZKRollup可以解決OptimisticRollup上的幾個根本問題，消除了令人厭惡的尾部風險，將提取資金的時間從1-2周縮減到幾分鐘，支持快速的交易確認和退出，而且體量幾無上限，并且默認保護隱私；對于需要提高流動性的項目而言，資本運作效率ZKRollup高于OptimisticRollup。而由于Validium僅具備鏈下數據可用性，所以Validium比ZKRollup的吞吐量會高得多，適合傳統的高頻交易；在某些場景下可以起到保護交易者交易策略的作用，例如DeversiFi的客戶不想將其交易歷史記錄在鏈上，這會將他們的策略暴露給競爭對手，所以DeversiFi2.0版本選擇運行在Validium上，通過數據可用性委員會將數據存放在鏈下。

隨著各種擴容技術方案的迭代發展，項目方也一直在克服各種障礙，例如狀態通道項目Celer現今也允許鏈下執行智能合約交易，但需要合約符合一定的接口。各擴容技術也會互補，比如在OptimisticRollup上面可以增加接入狀態通道，或者在不同的Rollup之間，用狀態通道進行跨鏈互通。Connext今年8月發布的新功能Spacefold，它就可以整合到xDai、Optimism、SKALE等這些Layer2解決方案，目前在開發各個Rollup之間的狀態通道，探索layer2之間的可組合性；Celer與Matic之間合作結合，Matic可以實現用戶之間高頻和實時的交互，而Celer可以顯著降低初始化，最終結算和協議故障保護的成本和延遲，從而減少用戶體驗摩擦。還有MatterLabs推出的zkPorter，嘗試通過結合ZKRollup和分片技術來處理數據可用性。StarkWare最近也提出了一種名為Volition的新方案，這是一種鏈上/鏈下混合數據解決方案，允許用戶動態選擇他們想要的數據存儲位置。

最后Vitalik本月在以太坊社區發表了一篇為「探討以Rollup為中心的以太坊發展路線」的文章，基本上是在主張，在Eth2的Phase1.5階段就能實現一個可擴展的權益證明網絡，而不用等到Phase2實現。以太坊可以利用分片鏈作為數據可用性層并使用Rollup作為執行環境來實現這一點，這會使以太坊生態社區更加積極的擁抱Rollup擴容方案。

總結

不同的擴容技術有它不同的優缺點，導致適應不同的應用場景，未來不同的擴容技術之間也會是相互合作關系，某一場景下同時使用多種擴容技術。雖然擴容生態已經很豐富了，但這些擴容方案目前也只是被少數項目所使用，原因有兩個，一是對大多數開發者們來說，他們希望在不改變原有代碼的情況下將應用遷移至Layer2，因為對代碼進行任何改動會涉及到可觀的審計及維護費用；二是對用戶來說，選擇使用以太坊主鏈，還是Layer2應用是一件非常棘手的問題，用戶需要明白使用兩者的利弊，或者說，Layer2項目方能直接讓用戶實現無感地與Layer2進行交互，在沒有合理的激勵措施下，將資產在一層與二層間轉移對于用戶來說是極具挑戰性的。但這種狀況會隨著時間推移，技術難點逐一被解決，各個layer2項目方開發者遷移體驗更完善，開發者遷移成本更低，以及各defi項目方、錢包和交易所都開始積極擁抱layer2方案時，最終那些能夠得到眾多開發者、用戶、項目方支持的擴容技術方案，將建立一定的生態并經受住了時間的檢驗，脫穎而出，最終探索出一條可以能夠承接住數千萬、數億用戶的擴容技術方案。

參考資料：ethfans、以太坊中文網、鏈聞、涉及項目公眾號。

原文標題：《以太坊擴容分析》

撰文：孫琪璇Simon

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