原文作者：Paween Pitimanaaree
轉(zhuǎn)載自：金色財(cái)經(jīng)
以太坊一直是用戶和開發(fā)人員的首選區(qū)塊鏈，在 DeFi 和 NFT 上的 TVL 超過 550 億美元。然而，如此高的網(wǎng)絡(luò)采用率也給以太坊網(wǎng)絡(luò)帶來了重大問題，尤其是在其可擴(kuò)展性方面，因?yàn)槟壳暗木W(wǎng)絡(luò)在保持理想的去中心化程度的同時(shí)，每秒平均只能處理 13.5 筆交易。
為了提高以太坊的可擴(kuò)展性，過去幾年開發(fā)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(tài)通道、Plasmas、Validiums、Rollups 和側(cè)鏈。
雖然它們可能被分類為不同的類別，但實(shí)際上它們并不完全不同。一些基本思想本質(zhì)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(kuò)展解決方案實(shí)際上是如何隨著時(shí)間的推移而發(fā)展的。
以太坊擴(kuò)展解決方案的示例。（* 側(cè)鏈可以擴(kuò)展以太坊，但不能從以太坊的安全性中受益）
狀態(tài)通道是以太坊擴(kuò)容最早也是最簡(jiǎn)單的方法。關(guān)鍵思想是在鏈下處理交易，只將最終結(jié)果發(fā)布回主網(wǎng)絡(luò)。這將減少到主網(wǎng)的不必要的中間交易，從而減少潛在的網(wǎng)絡(luò)擁塞。
狀態(tài)通道用戶流。以太坊交易的數(shù)量可以減少到 2 筆——打開和關(guān)閉通道。
以下是鏈下交易在幕后的工作方式。想象一下 2 個(gè)用戶 A 和 B 想要在他們之間轉(zhuǎn)賬。如果 A 向 B 發(fā)送 10 美元，B 向 A 發(fā)送 5 美元，最后 A 向 B 發(fā)送 20 美元。而不是在鏈上分別發(fā)送這 3 筆交易，如果他們同意 A 應(yīng)該在單筆交易中向 B 發(fā)送總共 10-5+20= 25 美元。
為了概括這個(gè)想法，一組參與者可以打開一個(gè)狀態(tài)通道并將資金鎖定在主網(wǎng)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(guān)閉通道后才將最終狀態(tài)更新到以太坊。
狀態(tài)通道主要用于需要就彼此的行為達(dá)成一致的兩方之間的微交易和支付。它們不能很好地?cái)U(kuò)展以支持智能合約，因?yàn)?/p>
dApp 通常涉及大量最終用戶，這使得各方之間的協(xié)議更加復(fù)雜。
智能合約 dApp 通常可以由任何人在以太坊或狀態(tài)通道上無需許可地進(jìn)行交互，從而在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建不同的事實(shí)。
Plasma 定期將 Merkle 根狀態(tài)哈希發(fā)布到以太坊。在有人提供欺詐證明并質(zhì)疑其有效性之前，所有狀態(tài)更新都被視為有效。
Plasma 鏈只是一個(gè)由運(yùn)營(yíng)商運(yùn)行的獨(dú)立區(qū)塊鏈，它定期將檢查點(diǎn)保存到以太坊網(wǎng)絡(luò)。這些檢查點(diǎn)存儲(chǔ)為 Merkle 根狀態(tài)哈希以提高 gas 效率。這意味著任何交易計(jì)算都可以卸載到 Plasma 鏈以實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性，同時(shí)利用以太坊層來驗(yàn)證 Plasma 鏈的狀態(tài)更新正確性。
為了確保狀態(tài)轉(zhuǎn)換正確，Plasma 采用了防欺詐機(jī)制。每個(gè)過渡都被認(rèn)為是正確的，直到有人在該時(shí)間段內(nèi)對(duì)其提出質(zhì)疑（通過提供使過渡無效的證據(jù)）。任何不正確的狀態(tài)轉(zhuǎn)換都將被簡(jiǎn)單地丟棄，而新的轉(zhuǎn)換將建立在先前正確的轉(zhuǎn)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(dāng)操作者宕機(jī)或惡意時(shí)。如果運(yùn)營(yíng)商停止提供交易信息，那么沒有人將能夠生成證明來使?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換無效。因此，運(yùn)營(yíng)商的任何惡意行為（例如運(yùn)營(yíng)商從另一個(gè)賬戶竊取資金）最終都會(huì)在主網(wǎng)中被接受。
在這種情況下，為所有用戶實(shí)施“大規(guī)模退出”方案，以使用最新的有效狀態(tài)退出 Plasma 生態(tài)系統(tǒng)。但是，整個(gè)狀態(tài)數(shù)據(jù)將被轉(zhuǎn)儲(chǔ)到以太坊上，這可能會(huì)引發(fā)網(wǎng)絡(luò)擁塞。
另一個(gè)問題是非 EVM 兼容性。通用智能合約的狀態(tài)沒有明確的類似所有權(quán)的結(jié)構(gòu)，這意味著任何人都可能在狀態(tài)轉(zhuǎn)換中取得進(jìn)展，從而使這些合約無法退出游戲。
Validium 在以太坊上發(fā)布 Merkle 根狀態(tài)哈希和 ZK 證明作為檢查點(diǎn)。狀態(tài)更新的正確性由 ZK 證明來驗(yàn)證。
Validium 還運(yùn)行自己的區(qū)塊鏈并將 Merkle 根狀態(tài)哈希發(fā)布到以太坊，類似于 Plasma。它們的主要區(qū)別在于狀態(tài)更新驗(yàn)證機(jī)制。Plasma 依賴于防欺詐機(jī)制，而 Validium 使用零知識(shí) （ZK） 證明，例如 ZK-SNARKs 和 ZK-STARKs。
ZK 證明是生成的計(jì)算連同狀態(tài)更新一起提交給以太坊，以確保狀態(tài)轉(zhuǎn)換是有效的。盡管 ZK 證明的復(fù)雜生成過程可以在鏈下計(jì)算，但鏈上驗(yàn)證相當(dāng)容易。這使得 Validium 可以在以太坊上更新狀態(tài)和證明后立即確定。
然而，由于其復(fù)雜的密碼計(jì)算，ZK 證明與 EVM 字節(jié)碼存在兼容性限制。因此，當(dāng)前可用的 Validium 應(yīng)用程序僅限于簡(jiǎn)單的用途，例如代幣傳輸，僅涉及簡(jiǎn)單的加減運(yùn)算。
除了 EVM 不兼容之外，數(shù)據(jù)可用性仍然是一個(gè)問題。Validium 仍然依賴于鏈下數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（通過數(shù)據(jù)可用性委員會(huì)或 DAC）來確保交易數(shù)據(jù)始終可以重建為完整的區(qū)塊鏈狀態(tài)。但是，這為安全模型增加了另一層信任，因?yàn)樗枰湃瘟硪环绞冀K可用并正常運(yùn)行，即使該方是去中心化的。
Rollup 發(fā)布狀態(tài)根和壓縮交易信息（加上 ZK Rollup 中的 ZK 證明）。
Rollup 解決了數(shù)據(jù)可用性問題。它們可以被認(rèn)為是下一代 Plasma 鏈和 Validium。除了狀態(tài)更新（在 ZK Rollup 的情況下加上 ZK 證明）之外，交易信息作為 calldata 在以太坊上發(fā)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(qū)塊鏈的當(dāng)前狀態(tài)。因此，我們不需要單獨(dú)依賴任何第三方，如 DAC 來存儲(chǔ)狀態(tài)樹。
有兩種主要類型的 Rollup：Optimistic Rollup 和 ZK Rollup。
與 Plasma 鏈的工作方式類似，Optimistic rollups 認(rèn)為狀態(tài)轉(zhuǎn)換是有效的，直到有人挑戰(zhàn)。任何人都可以通過在以太坊網(wǎng)絡(luò)上的“驗(yàn)證者合約”上實(shí)施的防欺詐機(jī)制來質(zhì)疑并聲稱狀態(tài)更新不正確。
防欺詐機(jī)制有多種方法：
最終，防欺詐可確保以太坊上發(fā)布的狀態(tài)有效且完全可重構(gòu)，而無需信任外部各方。Optimistic rollups 也與 EVM 兼容，這意味著在以太坊上運(yùn)行的任何 dApp 都可以輕松移植，而無需更改任何代碼。這使得 Optimistic Rollup 作為以太坊擴(kuò)展解決方案被廣泛采用。
ZK rollup 只是 Validium 和數(shù)據(jù)可用性的結(jié)合。該鏈定期在以太坊上提交其哈希狀態(tài)以及壓縮的交易數(shù)據(jù)，并使用有效性證明來驗(yàn)證狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
與 Validium 類似，ZK Rollup 無法有效地與 EVM 兼容，因?yàn)闉橥耆傻?EVM 環(huán)境生成證明可能需要數(shù)小時(shí)才能完成。追求使用 EVM 或 ZK-EVM 開發(fā) ZK rollup 的項(xiàng)目正在平衡 EVM 兼容性和性能之間的權(quán)衡。事實(shí)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 Type 4（例如 zkSync 和 Warp）和 Type 3（例如 Scroll 和 Polygon Hermez）是可行的，因?yàn)楸仨毑扇「嗟淖兺ǚ椒▉硎褂?ZK 證明來充分發(fā)揮 EVM 的功能。但是隨著以太坊變得對(duì) ZK-SNARK 更加友好并且正在進(jìn)行更多的研究和開發(fā)，我們應(yīng)該能夠看到 Type 2 和 Type 1 ZK-EVM 在未來變得普遍。
側(cè)鏈?zhǔn)仟?dú)立的區(qū)塊鏈，運(yùn)行自己的區(qū)塊參數(shù)和共識(shí)機(jī)制。他們可以通過雙向橋與以太坊通信。然而，與任何其他擴(kuò)展解決方案不同，側(cè)鏈不會(huì)將任何交易或狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)布到以太坊；因此不要繼承以太坊的安全性。由于側(cè)鏈有自己的區(qū)塊參數(shù)，它們可以通過調(diào)整某些參數(shù)（例如減少區(qū)塊時(shí)間或增加塊大小）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(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，例如具有中心化驗(yàn)證者或需要高端計(jì)算硬件。由于以太坊的愿景是專注于去中心化和安全性，側(cè)鏈并不是以太坊基金會(huì)作為擴(kuò)展解決方案的重點(diǎn)，盡管它們被認(rèn)為是減少以太坊交易流量的最有效方法之一。
過去的擴(kuò)展解決方案隨著時(shí)間的推移而發(fā)展——解決了以前擴(kuò)展設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題，例如狀態(tài)轉(zhuǎn)換驗(yàn)證和數(shù)據(jù)可用性。在當(dāng)前階段，rollup 被認(rèn)為是擴(kuò)展以太坊的最先進(jìn)的解決方案，因?yàn)樗鼈兝昧艘蕴话踩院?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(jìn)領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的安全性、去中心化和可擴(kuò)展性：
雖然像 Rollup 這樣的鏈下擴(kuò)展解決方案已經(jīng)可以提供多重可擴(kuò)展性，但以太坊也有自己的計(jì)劃，通過 ETH 升級(jí)在基礎(chǔ)層進(jìn)行擴(kuò)展。以太坊分片作為重要的里程碑升級(jí)之一，將能夠通過與 Rollup 的集成進(jìn)一步協(xié)同提升以太坊的可擴(kuò)展性。
憑借足夠的可擴(kuò)展性，以太坊可以支持當(dāng)前使用的 web2 服務(wù)（如 Visa）的高交易吞吐量。向金融的未來邁出了重要的一步。
