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layer2扩容到底行不行?

2020-10-15 10:19:40 和讯区块链 

区块链网络扩容的基本思路有两种:链上扩容(Layer1扩容)、链下扩容(Layer2扩容)。Layer1扩容可以理解为比特币、以太坊、EOS等底层链的性能升级;Layer2链下扩容则可以理解为在底层链外处理事务过程只将结果同步回底层链上的扩容方案。

Layer2的概念最早是在2016年1月闪电网络的白皮书发布时诞生。对于比特币而言,比特币网络是Layer1,闪电网络便是Layer2。通过在Layer2处理大量业务的方式来降低Layer1的负载就是Layer2扩容的基本思路。

因为比特币上保存的是支付信息,所以比特币的Layer2(闪电网络)是扩展支付通道;而以太坊上存放的不止有支付信息,还有状态信息(也就是智能合约里的最新状态),所以最初Layer2的功能往往被称为状态通道(State Channel)。后面随着扩容解决方案的增多,除了针对扩展智能合约状态信息的,还有扩展链下计算能力的等,不同的Layer2细分解决方案也逐步增多了。

每次以太坊拥堵、Gas费高企时,市场都会发出加快Layer2研发进度的呐喊。目前的链下扩容Layer2的核心思路是:Layer1做好去中心化和安全,做到底层链的绝对可靠、可以信任,要做到全球共识,并且以经济激励的方式将信任传递到Layer2上;而Layer2则要做到高效率和降低成本,以满足各类商业场景的业务需求。

目前市场上的Layer2解决方案,主要有6种:

现在市场上并不存在非常完美的Layer2解决方案,不同Layer2解决方案只是在安全性、性能、可用性方面做出了不同的取舍。比如:在安全性方面最优的是ZK Rollup,其次是Optimistic Rollup,但在性能方面它们有所牺牲;在性能方面Validium最优,但在安全性方面有所妥协;在可用性方面状态通道最佳,但性能方面有所牺牲。所以,不同区块链项目只能根据具体业务实际需求出发,选择最合适的扩容方案

一、状态通道(State Channel)

什么叫状态通道?可以在链下进行,有必要时也可以恢复到链上的状态的这种系统叫做状态通道。

举例说明:

Layer1的形式——A和B在以太坊上创建一个智能合约,双方发起一个竞猜、押注,当事件发生后,智能合约就会自动执行将锁在合约里的资产给赢家。(这个就是Layer1的流程,全部在以太坊链上进行,但是需要等以太坊区块打包、而且每次交易都需要支付Gas费,成本高、效率低)

Layer2状态通道的形式——

在链上:A和B在以太坊上创建一个智能合约;

在链下:A创建并签署一个交易发送给B,B签名后把签名版本发回给A,并且自己留下副本;A再对该交易签名,再发给B,并且A也保留了一个副本……每次他们更新交易状态,都是基于最后的一个状态并且通过签名的方式更新到一个新的状态,基于签名和时间顺序,可以知道所有操作(交易)的发生顺序。

在链上:最后,A和B结束交易,他们需要向以太坊链上提交最终状态以关闭链下的这个状态通道,如果合计下来,A赢了B5元,则B需要在链上向A支付5元。智能合约会等待一段“挑战期”,挑战期内没有人能够修改这个结果(没有提交更新的交易证明),那么智能合约就会执行。

由案例可见,Layer2状态通道的形式下,无论中间A和B进行了多少笔交易,都是在链下进行,不需要支付以太坊链上的Gas费,也不需要等待区块打包时间,这样交易的成本和效率都很高;而真正的资产转移的过程,只发生在最初建立智能合约时双方抵押进去的押金以及最终的执行划转。

状态通道的优点

隐私性;

即时终结性;

适合长时间多状态更新(效率高、成本低)。

状态通道的缺点

不适合低频操作的事项;

状态通道的参与者要保持随时在线,以免错过挑战期;

比较适合具有一组确定参与者的应用程序(因为每次参与者变更都需要更改智能合约、重新建一条通道)。

状态通道的应用案例

闪电网络(Lighting Network)

比特币网络的微支付通道,已经做了很多年了,但由于比特币本身对于脚本和智能合约的支持比较差,它的解锁和锁定流程设计得比较复杂,所以这个项目发展一般。

雷电网络(Radien Network)

以太坊上的微支付通道,和闪电网络类似。雷电网络的突出点在于:它不需要与每个与之交易的特定人员都开通一个状态通道,可以在一个连接着更大的状态通道的通道中付款,相当于付款给连接在状态通道中的任何节点,然后总体结算。所以参与者越多,中介节点越多,雷电网络处理转账能力的总体效率看起来会更高。

RDN是其代币,发行于2017年11月9日,基于PoS共识机制。

Liquidity Network

Liquidity Network旨在解决以太坊支付速度的问题,相对于雷电网络做了些改变。

雷电网络虽然引入了很多中介节点,但仍然是一个单向通道交易;而Liquidity Network则采用了Hub的网络拓扑结构,用户可以加入任意一个Hub中,通过Hub进行交易和支付转账,从而实现了多方之间的双向通道交易。有Hub的好处在于,它像一个集市一样,可以避免中间环节太多时的“借道费”。

4、Celer Network

Celer Network 创建了多人双向广义状态连接通道,可通过链外扩展技术和激励性加密经济学在互联网规模上构建快速,易于使用,低成本和安全的区块链应用程序。目前专注于互动式区块链游戏和小额支付服务。

另外,Celer Network是中国团队做的,其创始人董沫毕业于上海交通大学,投资人包括Panntera Capital、丹华资本、FBG Capital等。

Celer Network在历史媒体稿中评价普遍非常高,Conflux曾与Celer Network达成过战略合作,Celer的链下扩容解决方案与Conflux的独特先进算法相结合,旨在促进多方位的商业应用扩展从而实现真正的去中心化应用。Celer还与Chainlink建立战略合作关系,将真实世界的信息引入Layer2扩展平台。

二、侧链方案(SideChain)

很早的时候,侧链便作为以太坊生态系统中可拓展性及可用性的权宜方案。

侧链的核心思路是构建一条完全独立的区块链,有自己的验证者和运营者,可以与主链互相转移资产,而且会选择性地将区块头的快照发送至主链,从而防止分叉产生。

虽然侧链可以利用主链的安全性来防止分叉,但是验证者依然可以通过串谋来发动“无效状态转换攻击”。这种攻击的背后思路是:主链本来就不可能验证侧链上的所有区块,因此,只要有超过50%的验证者串谋,就可以创建一个无效区块,窃取其他参与者的资产,并将这个侧链的区块快照发送至主链,触发智能合约并执行,从而夺走其他参与者抵押在主链智能合约中的资产。

案例:

Skale Network

SKALE Network 是一个弹性区块链网络,开发人员可以配置与以太坊兼容的完全去中心化的链,SKALE网络可以执行亚秒级别的出块时间,每条链上可以处理超过 2000 TPS,目前有超过 35 个 DApp 在 SKALE 中搭建。

2019年10月,Skale Network曾获得过1710万美元融资,来自Arrington XRP Capital、Blockchange、ConsenSys LabsHashKeyMulticoin Capital、Recruit Holdings 与 Winklevoss Capital 机构。

Skale Network背后有ConsennSys的支持,是 ConsenSys Codefi 旗下购买和管理代币的一站式平台 Activate 的首个上线项目。

Injective Protocol

Injective Protocol 是 Layer 2 点对点的去中心化衍生品协议。该协议可以在以太坊上实现快速安全的永久掉期、期货、杠杆和现货交易,集成可验证延迟函数(VDF),用以杜绝交易作弊和不良交易的去中心化交易协议。Injective Protocol 集成了可验证延迟函数(VDF),通过流逝时间证明(Proof of Elapsed Time)以规避相同区块内的顺序冲突问题来杜绝交易作弊和不良交易的去中心化交易协议。

Injective Protocol早期获得币安Labs孵化器领投,另外还有FindoraCEO Charles Lu等参投。

近日,去中心化金融公链 Findora宣布与去中心化交易协议Injective Protocol达成合作,以开创基于隐私保护的衍生品交易的先河。Findora为Injective Protocol提供保密跨链技术,在提供安全跨链交易和认证的同时,维护高度隐私性和公众可验证性。

另外,Injective Protocol还与Ramp DeFi 建立了合作伙伴关系,Injective Protocol 将成为托管 Ramp 的抵押稳定币(rUSD)的首个 DEX,并带来更多创新的 stake farming 解决方案。

三、Plasma

Plasma是Vitalik在2017年提出的,Plasma定义了一套子链(侧链)的实现协议,也有人把它归为侧链的一种。但是Plasma相对于侧链有一个优势:Plasma号称可以实现无监管,即使Plasma链上所有的验证者串谋起来作恶,Plasma链上的资产也是安全的,而且可以退回主链。

Plasma相当于做一个子链,用户在主链上质押资产,在子链上生成映射资产。

Plasma相对于状态通道的区别是:

1、状态通道往往只有特定的参与者能用,而Plasma则是任何人都可以随时使用。

2、状态通道中的各方都同意撤资回主链,状态通道就可以立即执行资金撤回;但是Plasma的退出则需要一个“异议期”。(因为Plasma是建立在运营者随时都可能串谋作恶的设想上的,所以用户没法做到即时退出,需要一个特定的退出机制。)

Plasma的最大优点在于:存储在Plasma链上的代币安全性很高。缺点在于:在转移代币时,必须提供该代币的完整历史,另外退出机制非常复杂。

案例:

OMG Network

OMGNetwork,原名OmiseGo,是一个泰国的区块链项目,是SYNQA旗下的子公司项目。OmiseGo的代币是OMG,基于以太坊,发行于2017年6月27日,使用PoS共识机制。另外,Omise曾获得日本软银旗下投资公司SBI的投资。

OMG Network专注于交易,允许每秒最多处理4000笔交易,同时仍通过智能合约技术维持以太坊区块链的安全性。

今年8月份,Tether宣布在OMG Network上发行USDT稳定币,可以在OMG网络上完成USDT的实时集成。

Matic Network

Matic Network采用Plasma侧链技术,能够实现快速、简单和安全的链下交易,基于以太坊。Matic Network一直是以太坊生态系统的重要贡献者,致力于实现Plasma MVP(Minima Viable Plasma)、将钱包连接到DApps的WalletConnect协议和以太坊通知引擎Dagger。

2019年,Matic Network曾获得Coinbase Ventures的投资。

今年8月,Matic Network与Bluzelle合作,为Dapps提供分布式数据存储。Bluzelle是一个分布式数据存储网络,通过Bluzelle可以确保数据始终可用,可扩展且防篡改。

四、Optimisitic Rollup

首先说一下Rollup是什么?简单地说,Rollup就是将多笔交易汇集、压缩至一笔交易中,发送到以太坊上(其实我理解啥意思、咋实现、为什么能扩容。通过这种方式,用Layer2分担了以太坊的交易压力,同时节省交易费用。在具体解决方案上,Rollup又分为ZK Rollup和Optimistic Rollup两种,前者用零知识证明来确保安全性,后者则参考了Plasma的惩罚机制。

Optimism 是由 Plasma Group 的前研究人员在 2019 年成立的一家新盈利性公司,该公司专注于实施以太坊扩容解决方案 Optimistic Rollup。

Optimistic Rollup的方案不仅安全,而且不需要发币,另外OVM(Opitimistic创建的虚拟机)可以完美兼容EVM(以太坊虚拟机)。所以,诸多以太坊应用都可以很方便的迁移升级,通过迁移到Layer2来增加应用的扩展性。

优点:可以支持无限参与者的任意智能合约逻辑,一次可以打包很多。

缺点:Optimisitc Rollup本身的交易延迟有点高,甚至比Layer1还高。

若应用内需要执行复杂的合约逻辑,且对吞吐量要求较高,那么Optimsitic Rollup就比较契合。比如:合成资产交易平台Synthetix就在尝试用Optimistic Rollup来大幅提升预言机报价频率,以此来解决在Layer1网路会遇到的交易暂时停滞的问题。

案例:

Unipig demo

Unipig是Uniswap与Plasma合作推出的去中心化交易平台。Unipig的初衷是通过将 Rollup 带到公众视野来加速 Layer 2 的发展,并展示 UX 的优势,但这是为 Uniswap 定制的。采用 Optimistic Rollup 方案的 Unipig 可以做到无 gas 手续费,也不需要像在以太坊主链上等待较长的时间,此外,它的吞吐量扩展到了 200 tx/s。

据Uniswap创始人的推特消息,Uniswap V3也有可能采用Optimisitic Rollup解决方案。

五、ZK Rollup

ZK Rollup是一种新型的Layer2扩容方案,其核心思想是:

将主链作为存储媒介,而非共识引擎 ;

将交易压缩,并在链下达成状态共识 ;

用零知识证明保证链下状态共识的安全性。

ZK Rollup 的本质是将链上的用户状态压缩存储在一棵Merkle树中,并将用户状态的变更转移到链下来,同时通过 zkSNARK 的证明来保证该链下用户状态变更过程的正确性。在链上直接处理用户状态的变更成本是比较高的,但是仅仅利用链上的智能合约来验证一个零知识证明的 PROOF 是否正确,成本是相对低很多的。另外必要的转账信息也会被和证明一起提交到合约,方便用户查账。

目前,ZK Rollup最典型的应用场景是去中心化的交易所。

ZK Rollup的特点是二层区块的交易数据和零知识证明上链之后,交易有效性就能立刻确认。由于零知识证明的特性,正确性验证非常简单可以直接在Layer1完成验证,所以确认的及时性较高,适合转账。

缺点:首先验证链路的构造没有一个通用的解决方案,所以目前没有很好的办法做到很广义的虚拟机逻辑。简单来说,zk Rollup 必须对每一个用例定制;其次是程序正确性的验证相对复杂,要对多项式 curcuit 做验证;最后是二层打包节点负担重,成本高,计算零知识证明所需时间长,用户延迟的体验角度仍然比较差。

另外,Tether也在考虑将ERC20的USDT迁移至ZK Rollup的Layer2上。因为ERC20-USDT的转账Gas费长期占据以太坊网路Gas费排名的Top5。

案例:

ZK Sync

zkSync 是 Matter Labs 基于 ZK Rollup技术开发的以太坊 Layer 2 解决方案,目前已经在以太坊主网上进行公测。它无需信任任何第三方,理想状态下可提高网络吞吐量数百倍,单笔交易手续费可降低到 1 分钱。

ZK Sync 旨在为以太坊带来 Visa 级别、每秒数千笔交易的吞吐量,同时保证资金与 Layer 1 账户一样安全,并保持高度的抗审查性。目前,zkSync 已经实现「可扩展的支付功能」,后续将依次实现「智能合约部署」、「隐私」和「加密抗审查」等功能。

2、Loopring

路印协议,Loppring,是一个开放的、基于ERC20智能合约的代币间多边交易协议,采用链外撮合及链上清结算的方式,提升交易速度。

LRC是其代币,基于以太坊,发行于2017年8月13日。

LRC在17年横空出世,是一个国产项目,多次被V神夸奖,被称作ETH2.0之前基于Layer2最好的扩容方案Rollup的典型落地代表。目前LRC主要的应用是DEX去中心化交易所的支付协议,TPS达到2000+,十分牛逼。

目前DEX上的AMM,都是基于Layer1,而如果路印基于Layer2的AMM顺利推出,结合路印2000+的TPS,又快又便宜的DEX有望实现。

对于去中心化交易所以及各类支付平台,应用中需要进行大规模转账,ZK Rollup就是比较合适的解决方案。应用ZK Rollup的去中心化交易所Loopring Exchange就是个典型的例子。(不过说实话这个交易所不太好用,反正我感觉点击界面都挺费劲的

六、Validium

Validium 的机制跟ZK Rollup 很相似,主要的区别在于ZK Rollup上的每一笔交易数据都将通过以太坊网络进行广播,而在Validium上,数据由一组数据公证人管理。Validium的数据交易成本较低,但需要对数据公证人有信任。

案例:

1、Starkware(StarkEx)

零知识证明研发机构 StarkWare 研发的 StarkEx 技术。

零知识证明研发机构 StarkWare 针对 Reddit 积分系统进行扩容演示,采用了一种名为 StarkEx 的扩容技术,StarkWare 将其称之为一种 ZK-Rollup 的扩容引擎。通过 StarkWare 的技术,交易会被发送到一个链下的云服务,后者验证这些批量交易,并生成一个证实每批次的完整性的证据(STARK)。随后这个证据被发送到公链上的某个智能合约,该合约会验证此证据,并存储一个对帐户余额的新状态的承诺。

去中心化交易平台 DeversiFi 2.0 是一个采用 STARK 技术搭建的 DEX。今年8月份,dYdX 宣布也正与 Layer 2 可扩展性项目 StarkWare 合作,将该公司的 Layer 2 技术整合到 dYdX 永久合约产品中,用来解决交易拥堵和高额的 Gas 交易费用问题。

总结

我不懂技术,以上内容多半都是通过项目官网、项目资料、媒体媒介(比如:区块律动、蓝狐笔记)等渠道获取。说实在的,从业务逻辑来看,我觉得闪电网络、雷电网络、Liquidity Network是在讲人话,其他的都是扯犊子,不知道它们在说啥,但是隐隐约约又好像跟“闪雷”做的差不多。我烦死这种项目了。我本来想写每个案例的Layer2扩容方案的项目扩容原理/实现逻辑的,除了前三个简单的,其他实在找不到或捋不顺。总是强调零零碎碎的一点新技术的加持,整体感觉意义不大,就这样吧。

DeFi浪潮之中,应用需求反推技术发展,要么等以太坊2.0,如果以太坊2.0性能可以满足DeFi中的比如DEX的高频高效低成本交易需求那就不需要Layer2如果以太坊2.0达不到要求,那么针对DeFi项目的Layer2链下扩容方案,有望成为下一个阶段的热点

来源:表哥Cousin

(责任编辑:张潮 HZ0011)
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