以太坊:了解以太坊擴展演進歷程 以太坊會有怎樣的擴展未來

原文作者：PaweenPitimanaaree

以太坊一直是用戶和開發人員的首選區塊鏈，在DeFi和NFT上的TVL超過550億美元。然而，如此高的網絡采用率也給以太坊網絡帶來了重大問題，尤其是在其可擴展性方面，因為目前的網絡在保持理想的去中心化程度的同時，每秒平均只能處理13.5筆交易。

為了提高以太坊的可擴展性，過去幾年開發了多種方法，目前正在研究更多方法。這些解決方案包括狀態通道、Plasmas、Validiums、Rollups和側鏈。

雖然它們可能被分類為不同的類別，但實際上它們并不完全不同。一些基本思想本質上是相同的，并且通常建立在以前的思想之上。

因此，本文的其余部分旨在概述這些以太坊擴展解決方案實際上是如何隨著時間的推移而發展的。

以太坊擴容解決方案

以太坊擴展解決方案的示例。

狀態通道

狀態通道是以太坊擴容最早也是最簡單的方法。關鍵思想是在鏈下處理交易，只將最終結果發布回主網絡。這將減少到主網的不必要的中間交易，從而減少潛在的網絡擁塞。

BitCherry CEO：將建立開發者社區，讓用戶多維度了解BitCherry:BitCherry CEO Paul表示：“BitCherry目前在與已合作企業建立更深度的合作，幫助他們構建分布式商業架構，但在主網以及商業落地之前，對于技術的差別大家很難意識到，只有當基于底層真正來做一些開發、應用實現的時候，才會感受到不同鏈之間的微妙區別。接下來，我們會更加注重社區中的內容質量，以及組成形態，目前計劃內的是建立開發者社區，以便讓愛好者們通過不同的維度了解我們。”[2020/9/2]

狀態通道用戶流。以太坊交易的數量可以減少到2筆——打開和關閉通道。

以下是鏈下交易在幕后的工作方式。想象一下2個用戶A和B想要在他們之間轉賬。如果A向B發送10美元，B向A發送5美元，最后A向B發送20美元。而不是在鏈上分別發送這3筆交易，如果他們同意A應該在單筆交易中向B發送總共10-5+20=25美元。

為了概括這個想法，一組參與者可以打開一個狀態通道并將資金鎖定在主網上通道的多重簽名智能合約中。然后，他們可以在他們之間解決鏈下交易，并且只有在同意解鎖資金并關閉通道后才將最終狀態更新到以太坊。

肖颯：幣圈投資人要減少僥幸心理，充分了解投資項目與運作機理:中國銀行法學研究會理事肖颯則從法律的角度指出，當前，不同類型的資金盤模式和套路形式多樣，需拋開表象看實質法律關系。在她看來，不同的資金盤模式，投資人與操盤方處于不同的法律關系之中，進而會面臨不同的法律風險，包括但不限于一般財產損失、遭遇詐騙以及傳銷組織活動等。因此，建議幣圈投資人減少僥幸心理，充分了解投資項目與項目運作機理，了解法律常識，及時尋求專業人士幫助等。（北京商報）[2020/6/9]

狀態通道主要用于需要就彼此的行為達成一致的兩方之間的微交易和支付。它們不能很好地擴展以支持智能合約，因為

dApp通常涉及大量最終用戶，這使得各方之間的協議更加復雜。

智能合約dApp通常可以由任何人在以太坊或狀態通道上無需許可地進行交互，從而在每個網絡上創建不同的事實。

Plasma

Plasma定期將Merkle根狀態哈希發布到以太坊。在有人提供欺詐證明并質疑其有效性之前，所有狀態更新都被視為有效。

Plasma鏈只是一個由運營商運行的獨立區塊鏈，它定期將檢查點保存到以太坊網絡。這些檢查點存儲為Merkle根狀態哈希以提高gas效率。這意味著任何交易計算都可以卸載到Plasma鏈以實現可擴展性，同時利用以太坊層來驗證Plasma鏈的狀態更新正確性。

英國警察：執法部門必須了解比特幣:英國萊斯特郡警官Phil Ariss表示，執法部門必須了解比特幣。隨著越來越多的罪犯轉向使用比特幣和其他金融隱私手段，執法部門需要知道要注意什么是重要的。而據Phil Ariss透露，4月18日，當局逮捕暗網販男子Paul Johnson，并查獲了約37.5萬美元加密資產。而在上個月，英國透露，在過去兩年中，英國全國范圍內共發生了562起與比特幣相關的詐騙事件。（Cointelegraph）[2020/4/20]

為了確保狀態轉換正確，Plasma采用了防欺詐機制。每個過渡都被認為是正確的，直到有人在該時間段內對其提出質疑。任何不正確的狀態轉換都將被簡單地丟棄，而新的轉換將建立在先前正確的轉換之上。

Plasma在正常情況下可以很好地工作。然而，問題之一是當操作者宕機或惡意時。如果運營商停止提供交易信息，那么沒有人將能夠生成證明來使狀態轉換無效。因此，運營商的任何惡意行為最終都會在主網中被接受。

在這種情況下，為所有用戶實施“大規模退出”方案，以使用最新的有效狀態退出Plasma生態系統。但是，整個狀態數據將被轉儲到以太坊上，這可能會引發網絡擁塞。

另一個問題是非EVM兼容性。通用智能合約的狀態沒有明確的類似所有權的結構，這意味著任何人都可能在狀態轉換中取得進展，從而使這些合約無法退出游戲。

動態 | WTZex交易所回應所謂“王團長被抓”一事：配合粉絲調查 只是正常了解情況:據區塊律動消息，11月9日，WTZex交易所工作人員在社群中回應所謂“王團長被抓”一事：“今天王團長在參加成都活動后協助一個粉絲去配合調查，只是正常了解情況，外面有些人故意造謠傳播，希望謠言止于智者，不要以訛傳訛”。WTZex交易所是區塊鏈自媒體人王團長于2019年所創立的交易所，號稱全球最大會員制交易所。據11月9日在成都參加礦業活動的觀眾表示，同樣參加活動的王團長在活動結束后被疑似便衣警察帶走。[2019/11/10]

Validium

Validium在以太坊上發布Merkle根狀態哈希和ZK證明作為檢查點。狀態更新的正確性由ZK證明來驗證。

Validium還運行自己的區塊鏈并將Merkle根狀態哈希發布到以太坊，類似于Plasma。它們的主要區別在于狀態更新驗證機制。Plasma依賴于防欺詐機制，而Validium使用零知識(ZK)證明，例如ZK-SNARKs和ZK-STARKs。

ZK證明是生成的計算連同狀態更新一起提交給以太坊，以確保狀態轉換是有效的。盡管ZK證明的復雜生成過程可以在鏈下計算，但鏈上驗證相當容易。這使得Validium可以在以太坊上更新狀態和證明后立即確定。

中鈔區塊鏈技術研究院“Pick你的畫” 助快速通俗了解區塊鏈:6月1日，中鈔區塊鏈技術研究院推出一款區塊鏈小程序——Pick你的畫。這款小程序可將圖片上傳至區塊鏈進行登記，固化上傳人、時間和圖片DNA，永久留存、不可篡改。據悉，小程序的背后使用的是中鈔區塊鏈技術研究院自主研發的絡譜區塊鏈登記開放平臺，該平臺可以登記數字身份、數字憑證，證明身份、時間、數據、憑證的關系，增進可信協作。目前，已經有100多家單位申請接入測試。“Pick你的畫”屬于對數據進行登記，算是一款最簡單的區塊鏈應用示例。他們表示，希望通過這一款小程序幫助大家快速而通俗的理解區塊鏈知識和機理。[2018/6/1]

然而，由于其復雜的密碼計算，ZK證明與EVM字節碼存在兼容性限制。因此，當前可用的Validium應用程序僅限于簡單的用途，例如代幣傳輸，僅涉及簡單的加減運算。

除了EVM不兼容之外，數據可用性仍然是一個問題。Validium仍然依賴于鏈下數據存儲來確保交易數據始終可以重建為完整的區塊鏈狀態。但是，這為安全模型增加了另一層信任，因為它需要信任另一方始終可用并正常運行，即使該方是去中心化的。

Rollup

Rollup發布狀態根和壓縮交易信息。

Rollup解決了數據可用性問題。它們可以被認為是下一代Plasma鏈和Validium。除了狀態更新之外，交易信息作為calldata在以太坊上發布。這意味著給定在以太坊上提交的所有calldata，總是可以從頭開始重建區塊鏈的當前狀態。因此，我們不需要單獨依賴任何第三方，如DAC來存儲狀態樹。

有兩種主要類型的Rollup：OptimisticRollup和ZKRollup。

OptimisticRollup

與Plasma鏈的工作方式類似，Optimisticrollups認為狀態轉換是有效的，直到有人挑戰。任何人都可以通過在以太坊網絡上的“驗證者合約”上實施的防欺詐機制來質疑并聲稱狀態更新不正確。

防欺詐機制有多種方法：

Optimism使用單輪交互式證明，以太坊必須在鏈上執行整個L2交易以進行驗證。這種方法可以立即防止欺詐，但會帶來大量的計算gas成本。

Arbitrum使用多輪防欺詐，執行鏈下二進制搜索來查找無效轉換狀態更新的“操作碼”。只有一個操作碼在鏈上執行，這意味著這里所需的gas要低得多。

最終，防欺詐可確保以太坊上發布的狀態有效且完全可重構，而無需信任外部各方。Optimisticrollups也與EVM兼容，這意味著在以太坊上運行的任何dApp都可以輕松移植，而無需更改任何代碼。這使得OptimisticRollup作為以太坊擴展解決方案被廣泛采用。

ZKRollup

ZKrollup只是Validium和數據可用性的結合。該鏈定期在以太坊上提交其哈希狀態以及壓縮的交易數據，并使用有效性證明來驗證狀態轉換。

與Validium類似，ZKRollup無法有效地與EVM兼容，因為為完全集成的EVM環境生成證明可能需要數小時才能完成。追求使用EVM或ZK-EVM開發ZKrollup的項目正在平衡EVM兼容性和性能之間的權衡。事實上，Vitalik將ZK-EVM分為4種類型，從完全等效于以太坊到部分兼容EVM，如圖1所示。

不同類型的ZK-EVM。

目前，只有尚未與EVM等效的Type4和Type3是可行的，因為必須采取更多的變通方法來使用ZK證明來充分發揮EVM的功能。但是隨著以太坊變得對ZK-SNARK更加友好并且正在進行更多的研究和開發，我們應該能夠看到Type2和Type1ZK-EVM在未來變得普遍。

側鏈

側鏈是獨立的區塊鏈，運行自己的區塊參數和共識機制。他們可以通過雙向橋與以太坊通信。然而，與任何其他擴展解決方案不同，側鏈不會將任何交易或狀態數據發布到以太坊；因此不要繼承以太坊的安全性。由于側鏈有自己的區塊參數，它們可以通過調整某些參數輕松支持比以太坊提供的更高的吞吐量。然而，他們通過犧牲安全性和去中心化來實現這些目標，例如具有中心化驗證者或需要高端計算硬件。由于以太坊的愿景是專注于去中心化和安全性，側鏈并不是以太坊基金會作為擴展解決方案的重點，盡管它們被認為是減少以太坊交易流量的最有效方法之一。

擴展解決方案的未來

過去的擴展解決方案隨著時間的推移而發展——解決了以前擴展設計中的關鍵問題，例如狀態轉換驗證和數據可用性。在當前階段，rollup被認為是擴展以太坊的最先進的解決方案，因為它們利用了以太坊安全性和EVM兼容性以適合通用用途。然而，在Rollup方面仍有許多可能的改進領域，以實現進一步的安全性、去中心化和可擴展性：

去中心化Rollup排序器——Rollup可以利用類似PoS的機制來選擇排序器，以降低中心化和審查風險。

Rollup之間的直接通信通道——在沒有以太坊作為媒介的情況下，在Rollup之間進行橋接和消息傳遞可以增強用戶體驗并降低交易成本。

雖然像Rollup這樣的鏈下擴展解決方案已經可以提供多重可擴展性，但以太坊也有自己的計劃，通過ETH升級在基礎層進行擴展。以太坊分片作為重要的里程碑升級之一，將能夠通過與Rollup的集成進一步協同提升以太坊的可擴展性。

分片作為Rollup的數據可用性層——64個以太坊2.0分片鏈中的一些可以用作Rollup的“數據倉庫”，以便在其上發布哈希根。從理論上講，分片和Rollup可以將以太坊吞吐量提高到100,000TPS。

代碼可執行分片——其他分片鏈將能夠運行EVM字節碼和以太坊等智能合約。然而，由于之前的分片鏈使用提供的大吞吐量，這種實現的實際需要有待確定。

憑借足夠的可擴展性，以太坊可以支持當前使用的web2服務的高交易吞吐量。向金融的未來邁出了重要的一步。

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