以太坊研究者 Polynya：单片式公链为什么是“死胡同”？

原文标题：《以太坊研究者 Polynya：为什么单片式 L1 区块链是“死胡同”？》撰文：Polynya我从来没有写过一篇关于“Optimistic Rollups vs. ZK-Rollups”的文章。它们都很棒。我的文章都是关于反对效率极低、无法扩展、不安全、缺乏弹性的单片式 L1 区块链，我们已经看到了资本对这些 L1 网络的荒谬配置。我唯一的目的是看到区块链以技术、经济和社会可持续的方式扩展到全球无所不在。单片式 L1 区块链网络不仅是不可持续的，实际上它们永远也无法提供所需的吞吐量——而且与目标相差好几个数量级。但这不再是一个问题了——我们需要模块化的执行层 & 数据可用性抽样来扩展区块链。这一点从来没有这么清楚过。我们越早认识到这一点并转向这种方式，区块链行业就会越好。是的，这只是我的观点。和往常一样，请将这篇文章视为业余爱好者的意识流漫谈，而不是一篇专业的研究文章。  我从 2020 年开始撰写关于 Rollups 的评论，并在去年的这个时候发表博文，当时主流的说法是“Cardano/其他 L1 智能合约平台即将到来，用户将会在一夜之间从以太坊大规模地迁往其他 L1 网络。”之后的说法是“L2 网络是暂时的权宜之计，实现扩展的唯一方式是 L1 网络。”然而，即使在 2021 年底进行最温和的测试，这些替代性 L1 网络的叙述也以惊人的速度瓦解：         在过去，我采取了非常长远的观点，因此，我可能从一个更积极的角度讨论了 ZK-Rollups。我一直认为 ZK-Rollups 将是游戏终局，并认为所有的 Optimistic Rollups 将会要么转变成 ZK-Rollups，要么使用有效性证明 (validity proofs) 来取代其欺诈证明系统。但这可能是 3 年以后的事了。 上文第一部分的结论是：单片式 L1 区块链是一条死胡同，在这一点上的证据是压倒性的，所以我想把这一点彻底强调一下。以下是本文第二部分，将主要以以太坊为中心，因为以太坊是所有 Rollups 创新的所在地，而且以太坊有着最具雄心的可扩展性路线图。  现在，让我们来讨论一下 Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups。顺便说一下，最近我了解了 Obscuro (一个 TEE Rollup) 和 Urbit 的 Naive Rollup。Rollups 的设计空间是一个空白画布，因此可以有多种类型的 Rollups！但是在这里，我特别讨论的是基于欺诈证明 (Optimistic Rollups) 和有效性证明 (ZK-Rollups) 的安全 Rollups。  让我们从特定于应用程序的 Rollups 开始：很明显，ZK-Rollups 在这方面领先。Loopring、zkSync 等方案在支付领域被欢迎，其 ERC-20 代币转账的费用在 0.10 美元左右。撰写本文时，基于 ZK-Rollup 技术的去中心化交易所 ZigZag 上的固定费用是 0.28 美元，包括 Gas 费和交易费。同时，去中心化衍生品交易平台 dYdX 平台没有面向用户的 Gas 费用，但我们可以计算该平台的交易费用：在交易量较高时，每笔交易他们都要向以太坊支付 0.08 美元的 Gas 费；在交易量较少的日子，则是在 0.10 美元左右。 现在，Optimistic Rollup 很有可能能够提供这一范围的费用——实际上，Worldcoin 项目计划使用的 Hubble (基于 Optimistic Rollup 的 L2 网络) 的 ERC-20 转账费用目前低于 0.10 美元的范围。我们继续转向智能合约 Rollups——为什么当前 Optimism 和 Arbitrum 网络上的费用如此之高？撰文时，根据 Lefees.info 的数据，Optimism 上的代币兑换费为 0.85 美元，而 Arbitrum 的为 1.35 美元，这实在是太高了！ 答案很简单：这些 Optimistic Rollups 本身还没有优化，而且大多数早期在 Optimistic Rollups 上部署的 dApps 项目都是以太坊上原有项目的分叉版本，并不是针对 Optimistic Rollups 而设计的。最近，通过专门针对 Optimistic Rollups 而进行优化的 Aave V3 成功地降低了约 10 倍的费用！ 但是还会有更多的优化。签名聚合/压缩将使得每笔交易直接节省约 1,000 Gas。调用数据 (calldata) 的基本压缩可以直接节省 2.5 倍，且更多更先进的方案将会出现。随着 Optimistic Rollups 以及部署在其上的 dApps 的优化，Optimistic Rollups 的交易费用将很容易达到 0.01- 0.10 美元的范围。 等等，这是以太坊发展路线图中的 The Surge 阶段 (即通过分片 (sharding) 大幅提高 Rollups 的可扩展性) 到来之前的情况！如果 2022 年末的以太坊上海硬分叉升级 (这将是以太坊合并后的首次升级) 进展顺利，那么第一步将很可能是引入“携带 blob 的交易” (blob-carrying transactions，这是 Vitalik 提议的一种新的交易格式)，这将使得 calldata (调用数据) 的成本降至大约为零，且并且 Optimistic Rollups 实际上将变得更加便宜！ 今天，ZK-Rollups 有着较高的固定成本。当前，ZK-Rollups 要更便宜，因为其调用数据成本超过了该固定成本；但是，随着调用数据成本变得可以忽略不计，交易费将完全由 ZK-Rollups 的固定成本主导。而 ZK-Rollups 的运行成本要高得多。 很明显，现在有很多不同的证明系统，成本也不同，但通常的估计是 0.01- 0.02 美元。这将是 ZK-Rollups 的一个最低成本。然而，如果它们愿意，Optimistic Rollups 可以自由地下降至更低：由于一个成熟的 Optimistic Rollups 成本 99% 是调用数据成本，它们可以以微不足道的成本访问 ~5200 TPS 的 blobspace。 顺便说一下，Optimistic Rollups 也将比 Validiums 方案(在链下保存其数据可用性)更便宜，因为这个最低成本也适用于 Validiums！我相信 zkPorter (这是一个 Validium 方案) 的交易成本在 0.01- 0.03 美元之间，而 Optimistic Rollups 的成本可以远低于这个水平。就我个人而言，出于交易质量的原因，我不建议使用这种方案，但在这种情况下，Optimistic Rollups 最终将获得更高的“利润”，可以重新分配给利益相关者，或将其用于公共产品融资、开发等等。 当然，最终，~5200 TPS 会饱和，如果有超过这个的巨大需求，调用数据成本将再次开始上升。但是，到那时，Danksharding 将会推出，首先将这个空间扩展到 125,000 TPS，然后在数年内扩展到数百万 TPS。(顺便说一下，在讨论 Rollups 时，“TPS”数字是没有意义的，但它用于说明目的是有用的。) 长期来看，调用数据成本绝对不会成为瓶颈——瓶颈将是 Rollups 本身。重申一下，瓶颈将是 Rollups 本身，而不是以太坊。 长期来看，随着 ZK-Rollups 的成熟，我们将有 ASIC 证明者，ZK-Rollups 的成本也将变得微不足道。届时，ZK-Rollups 的优势——最明显的是即刻取款 (无需等待)——将胜出。对于一些具有高度压缩状态增量的用例 (如 dYdX)，它们很快就会比 Optimistic Rollups 便宜得多。  说到这，一个常见的误解是，Optimistic Rollups 有 7 天的敲定期。但实际上，Optimistic Rollups 将比 ZK-Rollups 更快地实现与 L1 相同的最终性 (finality)。我们已经看到 Optimistic Rollups 每 5 到 10 分钟提交一个交易批次，所以这就是延迟。这 7 天是为了确保维持这一最终性，并假设至少有一个实体会维持该最终性。随着 Optimistic Rollups 的扩展，这些交易批次将更加频繁地被提交，且当达到大约 20 TPS 时，Optimistic Rollups 可以在每个区块进行提交，此时 Optimistic Rollups 的最终性将等于 L1 的最终性。由于 ZK-Rollups 的固定成本要高得多，在每个区块进行提交将需要更多的活动 (>100 PTS) 才能实现。然而，通过 Vitallik 提出的这个 blob 交易 EIP (以太坊改进提案)，ZK-Rollups 可以重新设计，将一些证明提交给 blob，所以这可能不是一个问题。 那么，Optimistic Rollups 的这 7 天是什么呢？因为挑战期是 7 天，所以有一种交易确实有 7 天的敲定期，即从 Optimistic Rollups 取款至 L1 链。对于某些情况，比如跨链 NFTs，这可能是一种挑战。然而，我们已经看到了许多在 Optimistic Rollups 上线的「桥」，且随着 Optimistic Rollups 的成熟，活动 & 流动性将提高，届时这 7 天的挑战期将不再是一个问题。更大的问题是 ZK-Rollups 支持了许多新用例和跨 Rollup 活动，而这些用例和活动是无法在 Optimistic Rollups 上实现的。 比如，借助于 Danksharding，ZK-Rollups 可以同步调用 L1,我甚至推测，如果我们通过 crLists 实现 L1 预确认，不同的 ZK-Rollups 之间的某种程度的可组合性将是可能的！Optimistic Rollups 被排除在这些新颖和创新的场景之外。附录：虽然 Optimistic Rollups 可以进行隐私交易，而 ZK-Rollups 将能够以低得多的成本进行此类交易。  特定于应用程序的 Rollups 相当精简，并且可以大规模扩展。如果我没记错，早在 2020 年年中，StarkEx 就演示了 9000 – 18000 TPS。然而，对于智能合约 Rollups 来说，情况更加具有挑战性。我们已经看到 StarkNet 只能够比 dYdX 或 Immutable X 的吞吐量更低，并将吞吐量优化作为一个最高优先级。因为 Optimism 和 Arbitrum 都是基于 EVM 客户端，所以它们 a) 拥有经过实战测试的代码库，b) 相对优化的客户端。几天前，我询问在需要并行性之前 EVM 可以扩展到什么程度，Alexey Sharp 认为 Erigon 可以扩展到 500M Gas/秒。因此，对于优化的基于 EVM 的 Optimistic Rollups 有很大的空间，并且可以通过多线程客户端或多个实例/递归 Rollups 提供更多的空间。 这是我们争论的焦点：因为 Optimistic Rollups 有一个诚实的少数假设，你不能将系统需求推得太紧。要清楚的是，因为这是一个诚实的少数假设而不是单片式 L1s 的那种诚实的大多数假设，因此 Optimistic Rollups 可以比任何单片式 L1 区块链更安全。但是你仍然需要有一个限制，这个限制在默认情况下需要低于 ZK-Rollups，因为 ZK-Rollups 可以很容易地通过有效性证明进行验证。 但是 Optimistic Rollups 有一个解决方案——无状态客户端。我在 Optimism 的路线图上看到了这一点，但我不记得在哪里了。使用无状态客户端，验证 Optimistic Rollups 非常容易，使用正确的工具验证交易将非常简单。此外，因为可以很容易地直接从 L1 重构 Rollup 的状态，所以通过借助状态过期，Rollups 比 L1 更具有侵略性。一旦实现了无状态性和高频率状态过期，Rollups 将已经克服了状态膨胀的严重问题！此外，你还拥有像 Fuel V2 这样的新解决方案，它通过类似 UTXO (未花费交易输出) 的系统进行并行化。 话虽如此，通过递归有效性证明，ZK-Rollups 仍然是实现网络最大吞吐量的更优雅的解决方案。很有可能的是，在 StarkNet 自身日趋成熟的同时，我们看到特定于应用程序的 ZK-Rollups 在其之上构建了巨大的吞吐量，且作为一个整体，StarkNet 的规模远远超过任何 Optimistic Rollups。然而，其中的权衡是原子可组合性——除非 ZK-Rollups 团队的向导很快发现这一点！  最终，这一切都与时间线有关。 对于特定于应用程序的链而言，ZK-Rollups 已经是大多数情况下的最佳解决方案。这对于任何使用过 dYdX、zkSync、Loopring 或 Immutable X 的人来说都是非常明显的。会有一些权衡，但所有这些都将在今年年底前完成 (比如 dYdX V4)。 智能合约：单片式 L1 链还有一年的时间保持相关性。对于这些单片式 L1 链来说，不祥预兆已成定局，除了紧急转向使用欺诈证明，有效性证据和 DA (数据可用性) 证明，别无他途。 Optimistic Rollups 将比 ZK-Rollups 扩展得更快。Optimistic Rollups 的很多代码库已经成熟，一旦定序和可升级性实现了去中心化，Optimistic Rollups 将准备好被大规模采用。到 2022 年底，Optimistic Rollups 可能会迎来低于一美分的 Gas 费用，完全实现去中心化，并且本质上有着与以太坊 L1 一样的安全性和最终性，并拥有足够的流动性用于快速取款。且随着 2023 年无状态性 (statelessness) 和状态到期 (state expiry) 的实施，Optimistic Rollups 将继续改善。ZK-Rollups 将继续演化、成熟和久经测试，优化证明时间，转移到 GPU 证明者并最终转向 ASIC 证明者。它们新颖的虚拟机和定序器节点也将随着时间的推移而成熟和扩展。到 2023 年底，我预计 ZK-Rollups 将赶上并取代 Optimistic Rollups。但 Optimistic Rollups 将继续发挥作用直至 2024/25 年，到那时，我预计大多数 Optimistic Rollupsor 将成为 ZK-Rollups，或至少使用有效性证明取代它们的欺诈证明系统。 我曾说过多次，我的时间范围是 5-10 年。但是 Rollups 和 DAS (数据可用性抽样) 的发展是如此之快，我现在认为它的结局就在眼前，并且将在 5 年内发生。感谢 Reddit 用户 u/proof_of_lake 的校对。