區塊鏈科普：再議有效性證明VS錯誤性證明_ARK

來源：以太坊愛好者

導語

近幾個月以來，越來越多關注的目光放到了OptimisticRollup(OR)這個基于錯誤性證明的拓展框架上。我們StarkWare則采用有效性證明，因為它比錯誤性證明更安全。本文將在安全性討論之外，列舉一些VP較OR的額外優勢，同時糾正大眾對有效性證明的常見誤解，最后介紹StarkEx——StarkWare開發、基于STARK和有效性證明的拓展引擎。

在此特別說明，和OR比較，VP具有以下優勢：

從根本上更安全撤款時的資本效率高1000倍可拓展性更強在計算方面，至少能達到相同的效率

安全性

在上一篇分析中，我們比較了VP和OR，前者只會在某狀態轉換被嚴格證明有效的情況下執行該狀態轉換，而后者則允許任意的狀態轉換，參與方可以針對無效的狀態轉換提交錯誤性證明。我們的上一篇文章聚焦安全性分析，明確指出了一種能在OR中實施、且會導致OR中所有資金被盜的攻擊手段。區塊鏈上的基礎架構解決方案必須足夠健壯，要能支撐來自金融世界、每天萬億級別的資金交互負載。VP和OR分別怎樣勝任？由于在OR中竊取資金的成本和收益大小無關，所以一旦系統承載了足夠多的資本，使得破壞系統變得有利可圖，那理性的參與者肯定會想方設法通過攻擊牟利。與OR相反，VP不會轉換到任何無效的狀態，使得無論承載多少資金都不會被盜。對于大規模的金融系統，VP更健壯，而OR更脆弱。

重慶將打造區塊鏈產業高地:據重慶日報報道，重慶市委網信辦負責人介紹，“十四五”重慶將在產業生態體系、產業布局、自主創新和融合應用發展等四方面發力，大力推動區塊鏈產業發展和管理工作邁上新臺階。

具體將謀劃推進一批技術應用和產業發展重大項目，構建完整的區塊鏈產業生態體系，推動各區縣“區塊鏈+專業領域”應用試點，著力提高區塊鏈技術持續創新能力，構建開放包容、充滿活力的區塊鏈創新環境，推動區塊鏈與實體經濟深度融合、在金融領域深度應用、在公共服務和民生領域廣泛應用。[2020/12/29 15:57:36]

也可以站在數據集一旦遺失的角度分析系統的安全性。和VP相比，OR中的數據更為敏感。一旦數據遺失，OR中的資金就可能被盜——也正因如此，目前的設計方案都集中在鏈上數據可用性挑戰上。而對于VP，由于采用了鏈上數據，資金就跟存在Layer-1中一樣安全。至于VP的鏈下數據部分，資金最多被凍結，而不會失竊。

資金效率

上海自貿區臨港新片區發布“信息飛魚”概念方案 將布局區塊鏈等新興信息產業:6月1日，上海自貿區臨港新片區管委會發布“信息飛魚”全球數字經濟創新島產業功能布局及規劃概念設計方案。“信息飛魚”將布局人工智能、區塊鏈、互聯網經濟等新興前沿信息產業。重點推進人工算法、圖像識別、自然語言處理、自主無人系統、虛擬現實、知識計算引擎與知識服務等重要技術的突破，加強人工智能技術向各領域融合；推動區塊鏈與金融、物流、醫療、能源等行業的廣泛深度融合。（澎湃新聞）[2020/6/1]

數字貨幣世界中流動性的一大痛點在于資金取款時的延遲。在OR中，標準取款窗口期大約為1周時間——這是給提交錯誤性證明的有效窗口時間。在VP中，標準取款窗口大約為10分鐘——這是針對上一次計算結果來生成有效性證明的時間。因此OR的標準取款窗口時間要比VP長1000倍。使用OR就要承受這樣1000倍的不便，這不僅是時間上的延遲，也是資金效率的降低。

我們先前描述過一個免信任的快速提款機制：想要立刻提款的用戶需要給流動性提供商打一份鏈下資產的欠條，即簽名了的條件支付交易，然后流動性提供商從自己的“存錢罐”智能合約中墊付這筆資金，在鏈上把欠條金額上的資金轉給提款用戶，整套操作需要的時間和區塊鏈網絡的轉賬時間差不多。流動性提供商會定期把累積的鏈下資產轉移到鏈上的“存錢罐”中。

分析 | 1月全球區塊鏈私募融資額環比下降八成:據互鏈脈搏研究院統計數據顯示，2020年1月，全球區塊鏈領域共斬獲32筆融資，融資金額約為7.05億元，環比下滑了78.8%。尤其是中國市場，區塊鏈投融資熱度降至歷史最低點。在1月份的32筆融資事件中，國內融資項目僅只有5筆，融資金額約0.8億元，環比下降了52.1%。

吸金能力最強的美國區塊鏈投融資市場同樣出現大幅降溫。2020年1月，美國市場共有9起融資事件，融資金額約為2.23億元，環比下滑了92.8%。

從融資項目輪次來看，四成左右項目都在A輪及以前，其中種子/天使輪項目最多，占比為25%。其次是戰略投資和并購項目，二者占比分別為34%和25%，基本沒有B輪及以后的項目，整個投融資市場尚處于早期階段。[2020/2/5]

VP和OR都能應用快速取款機制。但在OR系統中，流動性提供商需要在“存錢罐”中準備1000倍的資金，因為他們收到鏈下資產等待的時間窗口要長1000倍。這個1000倍的比例和“存錢罐”流動性算法中的各種假設都無關：無論是基于取款金額期望值，或提款-存款差額，再或者是峰值流動性需求、平均撤款金額等等，OR需要的儲備金數量都是VP的1000倍。

現場 | 幣核科技巨建華：全球區塊鏈標準的推出，才能真正推動區塊鏈成為價值網絡:12月31日，在北京舉辦的“區塊鏈數字科技峰會”上，幣核科技創始人兼CEO巨建華表示，根據區塊鏈技術發展的現狀，目前行業機會主要在于局部性和探索性的業務上，比如說企業通過構建聯盟鏈來服務政府機構，極大地減少政府辦公成本，提高辦事效率，這些提升都能間接影響整個社會運作的效率。通過對這類組織協作和勞動協作等方面的探索，不斷鉆研區塊鏈技術的應用場景，最終建立起一個有全球標準協議和技術標準的真正互聯互通的區塊鏈網絡系統。

談及未來展望，巨建華稱，關于未來期許，一方面是關于區塊鏈的監管和合規能夠有一個新的臺階，另一方面希望傳統的金融機構和大型的貿易企業能更多地了解區塊鏈技術，通過傳統與區塊鏈相結合，提高生產效益和社會效益。

本大會由中國信息協會，中旅體育旅行社有限公司、中影世紀教育科技（廣東）有限公司、天津尚知科技發展有限公司聯合舉辦。[2019/12/31]

然而，有時根本無法使用快速撤款。對于非同質化資產就沒法使用：

動態 | 區塊鏈百度搜索熱度移動同比上漲238%:百度搜索指數“區塊鏈”的搜索熱度近7日整體日均值為4619，整體同比上漲147%，移動同比上漲238% ；“比特幣”的搜索熱度近7日整體日均值為12762，整體同比下降36%，移動同比下降23%；“以太坊”的搜索熱度近7日整體日均值為3174，整體同比上升138%，移動同比上漲291%。[2018/10/7]

非同質Token：正如早先由Vitalik介紹那樣，如果一只名叫Mitzi的名貴CryptoKitty存在了鏈下，他的所有者沒法要求在鏈上再收到一只Mitzi，因為世界上有且只有這一只叫Mitzi的CryptoKitty。

隱蔽交易：Zerocash風格的承諾在某種程度上也是非同質化的。要想把隱蔽交易中的資金快速提到主鏈，用戶必須要向流動性提供商揭露承諾中的數據，破壞隱蔽性。

在這種快速撤款機制無法應用的場景下，用戶只能選擇等待標準撤款窗口結束，VP則要比OR快1000倍。

可拓展性

在這一部分我們將對比不同的rollup系統，由于同類事物間的比較才有意義，因此我們只比較提供鏈上數據可用性的rollup系統，即：ORvs.STARKZK-Rollup。雖然我們不想，但是所有在鏈上存儲數據的rollup系統都將隨著rollup交易的增多而線性增大消耗的資源量。鏈上數據包含一些狀態以及見證數據。OR和StR的區別在于隨著交易量的增加，前者的見證數據線性增長，而后者把這些見證替換成了一個證明，這個證明的大小只會多項式對數級別增長。劃重點，對于足夠大、足夠多的批量交易，StR的鏈上數據指紋要比OR小很多...

從細節出發：在StR中，見證數據能核實rollup運營者所進行的查驗，因此一批計算只需要一則見證，而不需要在每一份交易后面都附一份證明。更優秀的是，在現代zkp系統中，這個證明的大小是固定的。因此隨著批量交易的增大，分攤到每一條交易頭上的資源消耗反而減少。在OR中，每一條交易都必須附上一則見證，使驗證人能核實交易的正確性。因此對于大批量的交易，并沒有均攤減少的優勢。更重要的是。OR中的見證要比交易本身大很多：比方說OR見證需要包含所有用戶的簽名1，而VP不需要。在單純的支付中，見證要比支付的數據量大3到5倍；而對于復雜的應用場景，見證通常會比狀態的數據大10倍以上，有時甚至更多。

總的來說，OR明顯要消耗更多的鏈上資源，也因此比StR更快地頂到拓展性天花板。

通用計算開支

人們常常拿VP和OR的通用計算開支做對比：即對于一個給定的鏈下計算任務，兩種不同的系統額外需要做哪些工作？下文我們將圍繞StarkWare的STARK展開，因為這是我們目前應用的VP框架。

OR：由于100個驗證者互相監督基本上能夠保證整個計算的正確性，因此當提到OR，驗證者的數量都數以百計。到了驗證階段，每一個驗證人都需要進行一遍計算任務，因此在OR中做通用計算的開支是原任務的100倍。

有必要說明，驗證人集合越小或者越多預先指派的情況，驗證人就越容易互相勾結，或者受到外界的賄賂、攻擊。

STARK：由于驗證過程的計算開支微不足道，它只需要一個實體——證明者——進行大量的計算。驗證的計算開支有多微不足道呢？現在我們甚至可以用一臺簡單的智能手機對一大批計算結果做驗證，因此可以忽略驗證的計算消耗。人們常說證明者的計算開支是原有任務的10000倍，因為證明需要消耗大量的計算來生成。但實際上StR需要的計算開支僅僅是100倍，因此額外的計算開支和OR大致相當。之所以說StR的計算開支僅有100倍，是基于以下理由：

對于算數/幾何運算操作，我們已經達到了少于100倍的計算開支。目前應用的Pedersen哈希函數僅僅比原來的操作增加了20倍計算消耗：即用STARK來證明一個Pedersen哈希值的正確性僅僅比直接計算Pedersen慢20倍。

對于那些像SHA-256那樣眾所周知計算開支很大的操作，我們正試著把那些函數換成對STARK友好的操作。我們目前受以太坊基金會的資助來進行這些研究，而且在2020年第一季度，許多密碼學大牛會提交給我們他們的替代方案建議。估計對STARK友好的哈希函數在證明時僅比某些高效的哈希算法的直接計算慢100倍。

最后，很多人之所以稱道OR是因為它能用到通用計算中，并且將支持EVM代碼，而VP不具備這一特性。對于將STARK用到通用計算中，我們持樂觀的態度。

感謝DanRobinson,JohnAdler以及VitalikButerin對本文的反饋。

BLS通常被認為是一種高效的聚合簽名機制。我們相信BLS不會只應用在這個用例中，因為它是整合多個簽名到一則消息中的最佳方式。在OR的用例中，許多消息都需要由交易收/發方簽名；而BLS簽名的驗證耗時10ms/簽名，這不僅是驗證人的負擔，主鏈在判別欺詐時也需要處理這種消耗。

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