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一文读懂ZK Rollup和Optimistic Rollup:以太坊重要的扩展偏向

最终性的时间(PoS下):1周
因此可以在单个Rollup区块中将数千个生意业务绑缚在一起。尽量此要领的本钱严格地呈线性增长(生意业务数量的O(n) ),但它在吞吐量上实际可晋升100倍,因为CALLDATA比Layer 1存储和计较要自制。
然而,在这些证明系统中利用的Kate多项式理睬方案依然需要高效的椭圆曲线轮回来举办递归,而今朝尚不行用。这就是我们为什么对最新的完全简捷和透明(无可信配置)的证明系统感想欢快,譬喻Halo、SuperSonic、Fractal,以及Matter Labs团队最近在折腾的让人欢快的工作。
抵挡这种进攻的更现实的要领是在UASF(用户激活的软分叉)中社区的快速带动,以迫使矿工将某些生意业务包罗进来。从工程和社会的角度看,这种场景都是巨大的,且将必定要求相对长的挑战期窗口,以提供欺诈证明,至少一周,最好两周。
对付这两种范例的Rollup,雷同的基本设施改变会产生在钱包、预言机以及其他智能合约组件中。这要求大量的事情,跟着更多项目对Layer 2 扩展技能感乐趣,这些事情会加快。既然Optimistic Rollup理睬比ZK Rollup更早实现通用化的基于EVM的智能合约,它将极大地敦促社区回收Layer 2的念头。
Rollup已经被Vitalik Buterin重复承认为其最喜欢的Layer 2可扩展性办理方案。按照如何确保状态转换的正确性,有两种Rollup方法:ZK Rollup和Optimistic Rollup。
当前ZKP计较上很麋集。今朝,对付1000tx的区块,我们可以在普通处事器硬件上有20分钟证明生成时间。正在举办的GPU证明措施实现(Matter Labs和Coda实施)有望将tx速度提高至少10倍。在不远的未来,专用硬件大概会拥有更高的计较本领。最终,我们期望看到在一分钟内完成区块的最终性。
可扩展性&生意业务本钱
Rollup生意业务内部的快速确认
结论
*Optimistic Rollup
可是,在DAO分叉后,至少可以说,这将长短常有争议的接头,其功效无法预测。在Vitalik最近举办的一次社区民意考试中,无论碰着什么水平的进攻,63%的投票者阻挡对不行变的举办任何人工过问来救济用户。不消说,要排除纵然一个验证者的权益(蓝狐条记:此处是指质押资金)也很是坚苦,更不消说排除大大都验证者的权益。
*ETH 2.0之后
*Optimistic Rollup
Optimistic Rollup是一种很有但愿在短期内扩展以太坊上通用智能合约的技能。假如构建足够快,它可以或许提供可以轻松迁移现有dApp和处事的要领,且能公道衡量安详和可扩展性。这将使得ETH1.0可以或许满意不绝增长的需求。
同时,构建完全匿名的zcash气势气魄生意业务(即不只埋没金额,也埋没生意业务的参加者),它将要求改变ZK Rollup的存储模子,从基于账户模子变为基于UTXO模子,这会发生许多问题,且不太大概产生。
2.底层Layer 1网络有强大的抗审查性
快速退出雷同于快速内部Rollup确认。运营商可以与活动性提供商相助,以将可交流代币即时提取给用户,而无须期待退出生意业务在Rollup中成为具有最终性的生意业务。这要求大量的抵押品,这跟最终性告竣的时间成正比。假设对Optimistic Rollup来说,不久未来的现实的最终性时间为1周,而ZK Rollup为5分钟,那么,Optimistic Rollup将需要2000倍于ZK Rollup的抵押品才气支持每周沟通的提款量。
同时,鉴于主要的DeFi运营商在抉择这种分叉的功效时处于有利位置,且制止喧华的滋扰事件切合其最大好处。所以,他们的最佳选择大概只是悄悄地遵循进攻者(这将使以太坊保持最长链,并发生比乐成软分叉更少的争议)。
这种要领有范围。它对付可交流代币的转移运转精采,但不适合于NFT和通用合约请求。该NFT大概没有市场代价,可能当这些资产的所有者不想在任何环境下当即“出售”它。通用合约请求不合用是因为假如链上的某些之前生意业务被还原,不容易精确量化钱币代价。简朴的例子:为接管不变币预言机价值广播的最终价值,运营商应该质押几多资金符合?
与Groth16对比,最新一代的SNARKs正在利用的是更多颠末实践检讨的加密原语。Matter Lab的事情基于FRI,因此甚至可以说是具有后量子的安详性。可是,要完全沉着下来,应该应用两种缓解计策:
*ZK Rollup
*强大的Layer 1抗审查性
这大概会导致与EVM发生分歧,从而导致无法正确处理惩罚边沿环境,这意味着仍然需要做一些事情才气适该当前的OVM合约。实施的别的一个挑战在于,大型区块的欺诈证明大概需要比Layer 1区块gas limit所答允的更多的gas。那么,这些欺诈证明必需被解析为多个ETH生意业务。
· 纵然我们假定最坏的环境,需要100万gas证明本钱,但估算的转账上限仍将高出2140tps。
隐私
两种范例的Rollup都很是适合支持元生意业务和账户抽象。
可是,在很多用例中,ZK Rollup将节减更多,因为可以从民众数据中省略大块部门(通过将它们移至ZK电路证明),而无须重构状态转换增量。
· 这意味着,相当于约莫100tps。
· 在多签钱包,具有Argent气势气魄账户抽象的钱包或去中心化生意业务所,用户需要提交签名以得到合约的验证。这些签名对付状态增量更新长短必须的,可以从果真数据中省略。
*与RSA挑战雷同,必需以比实际产物版本更低安详参数来陈设大量奖金。假如发明白实际进攻,研究者会在产物代码被粉碎数年前降服挑战。
· 像Gnosis的Dfusion Dutch DEX这样的合约要求大量的数据集输入,这些输入不会直接影响存储,但仅用于验证计较功效。
首先,,没有一种有效的技能可用于针对差异ZKP的简捷递归证明组合,这需要将差异智能合约的执行汇总到一个区块中。我们最好的要领是在椭圆曲线的轮回上利用Groth16(由Coda利用),这需要在较长的字段长举办计较,而且对付大型计较完全没有效率。
在这两种范例的Rollup中,通过存入必然的安详担保金(假如生意业务没有包括进理睬的区块,担保金会被消减),运营商都可以向用户签发即时生意业务确认。这为最终性提供了经济担保。
STARK验证措施必需对被证明的计较语句的每个约束至少执行一次,这意味着我们无法迭代异构智能合约的荟萃。
这些进攻很难实现,但应该努力防止,但比起用同样的方法进攻以太坊矿工,这些进攻要越发现实,尤其是因为对Optimistic Rollup的乐成进攻直到完成后才会被留意到。
Optimistic Rollup的安详模子基于两个假设:
*什么是Optimistic Rollup?
假如在ZK Rollup中利用的ZKP需要通用的可信配置,则我们将得出“N分之一”厚道参加者的假设。按照参加者的数量和质量,这大概是可接管的风险,也大概是不行接管的风险。但安详是安详的,这就是为什么我对高效无须信任的SNARKs最新希望感想很是欢快的原因,尤其是Matter Labs正在举办构建上。
实际吞吐量上限(代币转移):高出2000tps —— 雷同于Visa的局限。
第二个假设是棘手的假设。实际上,以太坊的设计提供了经济机制,它反抗普通审查很是有效。可是,在呈现反机制时,这些机制会遏制起浸染。进攻者可以建设完全自动的行贿机制来协调矿工的51%进攻,这会阻止厚道矿工将欺诈证明包括在其区块中。
险些任安在以太坊上能实现的同样可以在OVM上实现,这个中包罗智能合约的可组合性。它基于EVM,EWASM或任何其他虚拟机。关于OVM的长处是,假如它与EVM一起利用,它将支持用Solidity编写代码。因此,大部门现有的代码库都可以轻松移植到Optimistic Rollup上。
最终性的时间(PoW下):2周
延迟(告竣可验证最终性所需的时间)
*ZK Rollup
假如OVM可以直接重用现有的EVM字节码,那会是抱负的选择,但这大概不是那么简朴。正确的实现方法将要求变动生意业务数据(CALLDATA)名目,并要求巨大的Truebit/Plasma Leap气势气魄的挑战/响应协议的实现,以提供欺诈证明。
暗码学
最近宣布了更多关于勾串同谋的研究,以及针对PoS情况中欺诈证明的新进攻,这表白在PoS中Optimistic Rollup的审查进攻风险至少与PoW一样高。
最终性时间(此刻):20分钟
· 另外,将会有证明的摊销用度,估量约莫为30万gas。
元生意业务
· 利用BLS聚合签名,此数字最多可以上升到约莫500tps(为了不粉碎EVM兼容性,tx参数将大概会保存很长时间)。
· 默认引入隐私。
不幸的是,对付最终用户来说,查抄生意业务是否具有最终性,没有比通过整个上一次挑战期执行所有生意业务更快的要领了。需要出格留意的是,用户无法纯真依赖博弈理论来担保区块的最终性,因为单个运营商节点中的裂痕或(黑客入侵)仍大概导致还原。
*ZK Rollup
今朝大概还不错。
安详
迄今为止,所有现有的ZK-Rollup实现聚焦于特定的操纵,譬喻代币转移或原子互换。这个中有几个主要原因。
ZK Rollup在特定应用方面已经越发成熟(譬喻ERC20代币的转移),但会慢慢向完全通用的智能合约偏向成长。最终,移植任何基于EVM和WASM的智能合约到ZK Rollup也是大概的,在当前的技能成长速度下,这大概淹灭数年时间即可完成。
ZK Rollup将会办理Optimistic Rollup上的几个根基问题:
*N个节点中至少有一个厚道节点参加者
1.至少在n个节点中有1个厚道节点执行所有Optimistic Rollup生意业务,而且在无效状态转换宣布时提交欺诈证明;
有足够的可信参加者,N个节点中有1个厚道节点运营商是公道的假设。可是,既然活泼参加者的数量有限(几百个?),一些巨大的进攻大概包罗:针对所有运营商的基本设施(很是坚苦但并非不行行),行贿/打单开拓工程师奥秘安装恶意代码,针对Rollup软件的更新分发渠道等,虽然,还大概是这些进攻的组合。
焦点看法是:尽量Optimistic Rollup始终要求用户宣布完全的生意业务输入,而在ZK Rollup中,我们可以机动地在如下两者间选择:1)生意业务输入减去不影响状态转换的见证人 2)仅生意业务输出。可以很是优雅地实现这一选择,而无须太多巨大性。
不幸的是,在PoW下,这种进攻很是现实。没有什么有效的要领来处罚参加个中的匿名矿工。在转向PoS后,社区将可以通过消减矿工的质押权益来处罚他们,假如告竣遍及的社会共鸣。
*Optimistic Rollup
为了得到真正的隐私,系统必需默认支持它。从技能的角度看,ZK Rollup可以在某种环境下默认轻松支持在协议层面代币转移的隐私生意业务,也可以区分民众和私人智能合约。
有趣的是,对付参加的矿工来说,此次进攻的直接本钱为零,假如可以明晰地归因于审查,则不计入由恼怒社区回响所发生的社会本钱。这部门也很棘手,因为该机制为进攻的参加者提供了公道的能否定性:“鉴于进攻者大都的可信理睬,假如我不参加,我的区块会被丢弃,所以,我必需这么做,不是为了利润,而是为了制止损失。”
对付用户和dApp,从一个Rollup跳到别的一个Rollup,将会比从ETH最初迁移到Layer 2更容易。桥接会让这一进程越发顺畅。由于这种切换的浅易,这种办理方案在UX方面会取得显著优势,从久远看,很大概会成为独一的赢家。
· 在一些接头中,可以听到人们争论说ZKP会发生大量的计较开销,由此价值昂贵。实际上,与gas本钱对较量,计较本钱可以忽略不计,这是真正的瓶颈,因为抗审查的分手化。我们也期望这个因素会随时间的推移而显著下降。
在ZK-Rollup中,运营商必需为每个状态转换生成一个SNARK(蓝狐条记:简捷非互动的知情证明,Succinct Non-interactive ARgument of Knowledge),并由主链上的Rollup合约举办验证。此SNARK证明存在一系列由所有者正确签名的生意业务,这些生意业务以正确的方法更新了账户余额,并使得Merkle root从旧到新。因此,运营商不行能提交无效或哄骗的状态。
*什么是ZK Rollup?
· 在Matter Testnet中每笔转移tx的民众数据本钱当前是16bytes,这将在EIP2028/伊斯坦布而后耗费272gas用度。
在ZK Rollup中,在其变为有效之前,每个状态转换都通过Rollup智能合约举办验证。严格来说,运营商无法偷取资金或粉碎Rollup状态。ZK Rollup依赖于Layer 1的抗审查性,只是为了其活性,而不是为了安详性。无须任何人来监控ZK Rollup,在区块验证后,用户资金老是担保最终能被收回,纵然运营商拒绝相助。
简介
对付第一点,现实的期望是,只有Rollup的运营商才会实际监控和执行生意业务。普通用户既没有动力也没有技能本领来处理惩罚高负载的生意业务(假如他们可以,扩展来历于那边?)幸运的是,运营商自然地有动力去查抄互相区块的正确性,因为基于无效区块上搭建区块会被消减资产。
快速提取资金
在Optimistic Rollup中,新状态根由运营商宣布,且无需每次都由Rollup智能合约查抄。相反,每小我私家都但愿状态转换是正确的。可是,假如宣布了不正确的状态转换,其他运营商或用户(必需调查在Layer 1 Rollup 合约中的环境,执行每个单笔生意业务)将可以或许指堕落误的生意业务,并还原错误的区块,消减恶意运营商的押金。Optimistic Rollup的观念最初由John Adler提出的。
*ZK Rollup
· 假如EVM兼容性遭到粉碎,则理论上吞吐量大概会增长到ZKP的极限。
*Optimistic Rollup
*ZK Rollup
Rollup是雷同于Plasma的Layer-2扩展性办理方案:单个主链合约持有所有资金,并对较大的“侧链”状态(凡是是账户、余额及其状态的Merkle树)举办简捷的加密理睬。侧链状态由用户和运营商链下维持,且不依赖于Layer 1的存储(这是最大的扩展性胜利的源头)。
跟着SNORKs的呈现,一切都产生改变。SNORK是基于稍微差异的一组加密原语(著名的多项式理睬方案)的新一代ZKP。由Sean Bowe在Sonic中率先开拓,在2019年夏季PLONK和Marlin紧跟其后。所有这些都有一个配合点:尽量依然需要可信配置,但此刻它是通用且可更新的。完成一次之后,它可以随时将其重用于任何数量的差异措施。
Rollup 101
· 支持快速生意业务确认并以无限制的数量退出;
其次,纵然我们的字段较短,Groth16也会为每个智能合约和每个新版本要求一个单独可信的配置典礼。显然,这绝对是不现实的。无须可信配置的独一有效的ZKP技能是基于FRI的STARKs。可是,验证措施仅对有限的一类问题(可以暗示为简捷的算术电路)是简捷的。
最终性时间(将来):1分钟内
ZK Rollup是一种越发巨大的技能。它如今可以用于代币转移和特定应用。然而,要在通用智能合约上实现还需要更长一些时间,而且要想高效地将EVM包裹于ZKP中甚至还需要更多的研究事情。(蓝狐条记:ZKP是指零常识证明)
著名的例子:
究竟,这样的审查进攻可以被视为对整个网络的侵略,尽量也可以说,矿工只是简朴地厚道地遵循协议,且没有义务以违背其最佳经济好处方法行事。
与付出通道差异,Rollup中的所有资金都由单个智能合约持有。既然Rollup是最有但愿的扩展偏向,我们应该看到大量的用户迁移个中,且许多代价会合于这类合约。持有数千万上亿(甚至数十亿)美元代价的资产,对付知名黑客来说,Rollup合约正酿成很是有吸引力的蜜罐,假如进攻有时机,那么,无论何等巨大,都有大概会实验举办。
*什么是Rollup?
*Optimistic Rollup
由于上面安详性部门提到的问题,仅在1-2周欺诈证明的挑战窗口期内Optimistic Rollup才气是安详的。在这段时间已往之前,任何生意业务都不能认为是最终的,内部Rollup tx和退出都不是最终的。
实际吞吐量上限(代币转移):500tps
Optimistic Rollup可以支持Layer 2以太坊 (殽杂器等)上的任何可用的隐私办理方案。既然Optimistic Rollup自己也是Layer 2,在其上实现的任何隐私办理方案将作为Layer 3。这大概导致隐私处事越发分手,并导致较小的匿名集,这使得隐私的实用性很是低(我们甚至可以在zcash上调查到,默认环境下生意业务不会埋没)
不管功效如何,这城市长短常重要且让人欢快的成长。无论如何,最终的赢家都是以太坊社区。

媒介:多年来,扩展性一直困扰着公链。关于扩展性的办理方案有的在观念论证中,有的在研发中。Optimistic Rollup和Zk Rollup也是扩展性的办理方案,并引起了加密社区的浓重乐趣。那么,到底什么Optimistic Rollup和ZK Rollup?哪一种技能蹊径会赢得扩展的将来?不管阶梯如何曲折,之前的尽力是否有用(如plasma等技能办理方案),但以太坊的扩展之路一直在前进,满意主流场景并非遥不行及。本文作者Alex Gluchowski,由蓝狐条记社群的“JOKO”翻译。
因此,ZK Rollup更充实地浮现了加密世界的根基理念:通过暗码学和博弈理论鼓励机制来代替可信方,以实现弹性。可是,为了完整起见,我必需提到ZK Rollup特有的一些潜在风险。
*所有状态转换必需仅由ZKR的运营商发送,而ZKR的运营商实质上充当双重验证的掩护层。
机动性:通用计较
总的来说,欺诈证明审查的风险相对较低,但不行忽略。
Optimistic Rollup对ZK Rollup来说是个好动静。向Layer 2扩展的过渡要求对钱包、预言机、dApp、用户习惯的重大改变。Optimistic Rollup有助于为这一动作做好生态系统的筹备,将扩展性带入这些尚不能基于ZK Rollup构建的dApp。这给以ZK Rollup足够的时间成长成熟,并使其实现完全无缝的回收,与此同时维持以太坊的增长势头。
由于存在1-2周的欺诈证明挑战期,而且没有太多资金的好坏干系,Optimistic Rollup大概是没有问题的:运营商/矿工同谋将不值得贫苦和冒风险。可是,假如rollup中的代价升高,暗藏的黑天鹅将会变得越来越让人担心。
长话短说:在ZKP上构建通用智能合约的障碍此刻已经被移除。ZK Rollup完全可以或许支持与EVM沟通的编程模子,包罗无缝可组合性和可互操纵性。尽量Solidity开拓者的进修曲线不会高出一天,但最初的合约大概需要专用的DSL。最终,鉴于ZKP证明者技能的当前成长步骤,我们期望所有的现存ETH(甚至EWASM)合约都能以最小的尽力有效地移植过来。
可信配置
由于任何Rollup将位于单个分片中,因此,CALLDATA的本钱(以及Rollup生意业务本钱)不太大概产生很大的变革,除非带宽凡是变得更自制。
接下来,让我们较量一下ZK Rollup 和Optimsitc Rollup。
Optimistic Rollup今朝处于PoC阶段。(蓝狐条记:PoC是指观念证明阶段。从久远和落地角度,蓝狐条记更看好ZK Rollup)我们但愿很快会实现产物级实施。假如证明它移植现有代码相对容易,那么,项目将逐渐开始回收它并构建新的基本架构:Layer 2支持将在钱包中呈现,预言机将开始广播到Optimistic Rollup等。
· 按照John Adler的说法,在EIP2028/伊斯坦布尔之后,今朝的估算是每笔转账tx约莫4k的gas。
尽量Optimistic Rollup可用于特定的应用,可是Plasma Group最重要的创新是OVM(Optimistic Vitual Machine)。OVM支持任意智能合约逻辑的实现。
· 将提取资金时间从1-2周淘汰至几分钟;
不外,一旦ZK Rollup完全开拓出来,所有现有的以太坊dApp和处事都可以或许滑腻且轻松地迁移已往。
将Rollup和Plasma区分隔来的是它办理了Plasms的庞大问题:数据可用性,其方法是通过Layer 1网络为每笔生意业务宣布一些数据(在以太坊,专门为此目标利用tx CALLDATA)。
· 消除让人讨厌的尾巴风险:通过巨大但可行的进攻向量偷取资金;

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