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ROLL:L2 擴容技術詳解:Optimistic Rollups 與 ZK Rollups

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$ARB即將上線,L2也得到了更多重視,最近關于OP和ZK兩種解決方案孰優孰劣的爭論越來越多,有人說OP是正統,有人說ZK更安全,本文將深入探討兩種流行的二層擴容方案,以及最近備受矚目的Arbitrum。這是一篇技術導向性的文章,我將重點闡述它們的工作原理和特點,并用通俗易懂的語言進行講解,以幫助大家更好地理解和評估這些擴容方案。

1.擴容方案概述

隨著區塊鏈技術的快速發展,可擴展性問題成為了阻礙區塊鏈廣泛應用的主要障礙之一。為了提高網絡的吞吐量和降低交易費用,擴容就是一件必須要解決的事情。擴容方案通常分為兩大類:一類是鏈下擴容,通過在底層區塊鏈之上構建新的協議層來實現擴容;另一類是鏈上擴容,通過優化底層區塊鏈協議本身來提高吞吐量。

鏈上擴容方案可以分為分片、選擇更高效的共識算法和協議優化等。其中分片是將區塊鏈網絡分割成多個相互獨立的子鏈,每個子鏈可以并行處理交易。這樣,整個網絡的吞吐量會隨著子鏈數量的增加而線性增長,分片也是以太坊2.0路線圖中關鍵的一步,分片之后TPS和Gas才能得到真正的優化。最近這幾年共識算法的創新很少見了,像之前提出的POS、DPOS、DAG等都是相對于POW的創新,相比于POW,它們可以減少網絡資源消耗,提高交易處理速度,同樣,以太坊也選擇了這條路。第三個方案是對底層區塊鏈協議進行優化,例如調整區塊大小、區塊產生時間等,可以在一定程度上提高網絡的吞吐量,比如比特幣的隔離見證升級。

中證報:后續可探索在保險全流程中應用數字人民幣:金色財經報道,江蘇省落地首個數字人民幣退貨保險,投保商戶遇到消費者退貨時,可按照保險約定獲得一定數額的數字人民幣保險賠付,目前保險行業加速布局數字人民幣,涵蓋投保、理賠等多種應用場景。業內人士認為,數字人民幣的應用可提高保險公司工作效率、服務質量,后續可探索在保險全流程中應用數字人民幣。[2023/5/23 15:19:46]

鏈下擴容方案可以分為狀態通道、Plasma和Rollups。狀態通道允許用戶在鏈下進行交易,僅在通道開啟和關閉時與主鏈進行交互,這極大地減少了鏈上交易數量,從而提高了吞吐量,像RaidenNetwork和LightningNetwork就是分別針對以太坊和比特幣的狀態通道擴容產品。Plasma是一種子鏈方案,允許用戶將資產從主鏈遷移到子鏈,并在子鏈上進行交易,子鏈周期性地將其狀態更新提交給主鏈,以確保安全性,比如OMGNetwork。Rollups是將多筆交易打包成單個證明,并提交到主鏈。這樣,主鏈僅需驗證證明而無需處理每筆交易,從而提高了吞吐量。典例是zkSync和Optimism,Arbitrum同樣也是基于OP的產品。

Galaxy Digital首席執行官:Luna投資者未能意識到風險:金色財經報道,Galaxy Digital首席執行官Mike Novogratz表示,許多在Luna加密貨幣崩潰中虧損的散戶投資者未能意識到風險,他們持有代幣太久。此外,Novogratz指出,鑒于區塊鏈技術的性質,Do Kwon和Terraform Labs構建的所有東西都是公開的。

Novogratz說:“他并沒有隱瞞它是如何工作的。我對加密貨幣中的其他事情更感到沮喪,比如三箭資本。”(CoinDesk)[2022/9/28 5:58:53]

2.OptimisticRollups和zk-Rollups

2.1zk-Rollups

zk-Rollups是一種基于零知識證明的二層擴容方案。首先由RollupOperator組件將多個鏈下交易聚合成一個批次,之后使用零知識證明生成一個簡潔的證明文件,這個證明可以驗證整個批次的交易的有效性,而不需要逐一檢查每筆交易;然后將證明及與該批次相關的數據提交到主鏈,主鏈通過驗證證明的正確性,確保交易是有效的;主鏈驗證通過后,鏈上合約會根據證明中的數據更新鏈上的狀態。這意味著,盡管交易是在鏈下進行的,但鏈上狀態仍然得到了更新,確保了數據的一致性。

北京旅游局:支持鼓勵區塊鏈等新技術應用到旅游消費場景中:10月25日消息,北京市文化和旅游局制定了《北京市擴大文化和旅游新消費獎勵辦法》。《辦法》主要支持內容包括:支持科技賦能旅游消費新場景。支持鼓勵大數據、云計算、物聯網、區塊鏈、5G、虛擬現實、增強現實等新技術應用到旅游消費場景中,創造出更多新型的消費場景,促進傳統的消費場景提質增效,推動旅游消費場景向數字化、網絡化和智能化升級發展。(金十)[2022/10/25 16:38:36]

注:零知識證明是一種密碼學概念,它允許一個證明者向驗證者證明某個陳述為真,而無需透露任何關于該陳述的其他信息。簡而言之,零知識證明可以讓一個人證明他擁有某種信息,而不需要透露這個信息本身。

2.2OptimisticRollups

OptimisticRollups是一種基于樂觀性驗證的二層擴容方案,即默認提交的區塊是正確的,除非有人提出質疑。它同樣需要RollupOperator將許多鏈下交易聚合成一個批次,之后計算批次交易產生的新狀態并生成一份鏈下狀態更新;然后將鏈下狀態更新、相關數據提交到主鏈,這個狀態默認是正確的,不需要額外驗證;但是在狀態更新提交后,會有一個固定的挑戰期,在此期間,任何人都可以通過提供欺詐證明來質疑提交的狀態更新的有效性,與被質疑狀態的相關的整個交易將通過EVM運行檢驗,如果證明狀態更新是錯誤的,提交者會被懲罰,同時鏈上狀態會回滾到正確的狀態;如果在挑戰期內沒有人質疑狀態更新,或者質疑被證明是錯誤的,那么鏈上狀態會根據提交的狀態更新進行更新。

Mercury宣布完成750 萬美元種子輪融資:金色財經報道,體育粉絲體驗平臺Mercury完成750萬美元種子輪融資,Multicoin Capital領投,North Island Ventures、Crosslink Capital 和 Brevan Howard Digital等參投。

新資金將用于擴大他們與新學校的合作伙伴關系,并繼續增加他們的學生運動員名冊。還將增加領導層的招聘。Mercury最近聘請了體育媒體名人Adam Breneman擔任NIL和媒體副總裁。將與頂尖運動員合作,在平臺以及Mercury的Next Up播客系列中培養他們的品牌。[2022/10/20 16:32:42]

2.3ZK與OP比較

ZK和OP各有各的特點,我從下面5個不同角度對他們進行了分析,以供各位根據自己的傾向去評判:?

1.交易驗證方式:

OP:通過欺詐證明驗證交易。OP假設交易默認是有效的,除非有人提交證據證明某筆交易無效。這需要鏈下用戶和節點持續監測,以確保RollupOperator沒有作惡。

伊朗貿易部副部長:比特幣和加密貨幣將在9月前在外貿中廣泛使用:金色財經報道,Bitcoin Magazine在社交媒體上稱,伊朗貿易部副部長表示,比特幣和加密貨幣將在9月前在外貿中廣泛使用。[2022/8/10 12:15:43]

ZK:通過零知識證明驗證交易。ZK生成一個簡潔的證明來確保批次中的交易有效性,無需逐一檢查每筆交易。

2.安全性:

OP:由于默認假設交易有效,可能存在一定的安全風險,需要鏈下用戶和節點積極監測交易以確保安全性。

ZK:基于零知識證明的驗證方式為ZK提供了較高的安全性,因為它需要生成一個證明來確保交易的有效性。

3.吞吐量與性能:

OP:與ZK相比,OP通常具有較快的鏈下交易處理速度,但鏈上驗證可能需要更長時間,因為需要等待欺詐證明的挑戰周期。

ZK:雖然生成零知識證明需要一定的計算資源,但ZK的鏈上驗證速度較快,因為一旦證明生成,主鏈就可以快速驗證。

4.通用性

OP:OP完全兼容EVM,眾多DAPP可以直接遷移,方案整體的計算復雜度低,更適用于通用的智能合約執行和復雜計算。

ZK:雖然零知識證明技術在發展中,但目前它在通用智能合約和復雜計算方面的應用受到一定限制。

5.成本:

OP:通常具有較低的鏈下交易成本。

ZK:生成零知識證明需要一定的計算資源,可能導致較高的鏈下交易成本。

總的來說,OptimisticRollups和zk-Rollups分別具有各自的優缺點,OptimisticRollups更適合處理復雜的智能合約場景,具有較好的以太坊兼容性;而zk-Rollups在安全性和隱私保護方面具有優勢。

3.Arbitrum

Arbitrum是一種基于OptimisticRollups的二層擴容解決方案,它結合了OptimisticRollups的優勢,并對仲裁過程進行了創新和優化,在處理質疑和仲裁時采用了二分查找技術,降低了仲裁過程的復雜性和成本。

在上文提到在樂觀性驗證系統中,當有人對某個提交的區塊提出質疑時,就要啟動仲裁過程。質疑者需要指出區塊中存在的一個具體錯誤,例如交易執行的結果不正確、狀態更新錯誤等。

為了高效地找到錯誤的位置,二分查找將錯誤可能出現的范圍分為兩半,質疑者需要選擇錯誤出現在哪一半,并繼續向下查找。例如,如果質疑者認為錯誤出現在區塊的前半部分,那么他們需要提供該部分的狀態更新證明;在每次迭代中,質疑者和驗證者將錯誤可能出現的范圍繼續分為兩半,質疑者需要在每次迭代中指出錯誤出現在哪一半,并提供相應的證明,驗證者則需要提供相應的反駁證據;通過不斷的二分查找迭代,質疑者和驗證者將錯誤可能出現的范圍逐漸縮小;最終,當范圍縮小到一個具體的交易或狀態更新時,質疑者需要提供詳細的證據來證明錯誤的存在,驗證者則需要提供相應的反駁證據;經過一系列的二分查找迭代和證據交換,如果質疑者能夠成功證明區塊中存在錯誤,那么區塊將被認定為無效,如果驗證者能夠成功反駁質疑者的證據,那么區塊將被認定為有效。在這個過程中,錯誤的一方將損失押金,而勝利的一方可能會獲得獎勵。

綜上所述,二分查找仲裁可以縮小錯誤范圍,這個過程在鏈下執行,而鏈上只需要驗證最后的爭議部分,從而減少了鏈上的交易處理成本,但是這個過程也延長了處理時間,所以在發生仲裁的情況下Arbitrum比Optimistic更便宜,但也更慢。

4.總結

很多同一賽道的競爭對手都呈現一者重技術,一者重生態的格局,OP和ZK有些像Aptos和SUI,最后哪家勝利就看用戶的投票了。

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