了解以太坊擴展演進歷程 以太坊會有怎樣的擴展未來_ROL

原文作者：PaweenPitimanaaree

以太坊一直是用戶和開發人員的首選區塊鏈，在DeFi和NFT上的TVL超過550億美元。然而，如此高的網絡采用率也給以太坊網絡帶來了重大問題，尤其是在其可擴展性方面，因為目前的網絡在保持理想的去中心化程度的同時，每秒平均只能處理13.5筆交易。

為了提高以太坊的可擴展性，過去幾年開發了多種方法，目前正在研究更多方法。這些解決方案包括狀態通道、Plasmas、Validiums、Rollups和側鏈。

雖然它們可能被分類為不同的類別，但實際上它們并不完全不同。一些基本思想本質上是相同的，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展解決方案實際上是如何隨著時間的推移而發展的。

以太坊擴容解決方案

以太坊擴展解決方案的示例。

狀態通道

狀態通道是以太坊擴容最早也是最簡單的方法。關鍵思想是在鏈下處理交易，只將最終結果發布回主網絡。這將減少到主網的不必要的中間交易，從而減少潛在的網絡擁塞。

動態 | 澳本聰回應江卓爾“為何不了解Base58 編碼”：我想通過 Base58 來誤導聽眾:江卓爾和澳本聰在昨日辯論上，江卓爾問澳本聰名：為什么在銷毀（burn）地址中使用 X 而不是 0。中本聰發明了用于這些地址的 Base58 編碼模式，中本聰有意地排除了看起來相似的數字和字母，比如零和字母 O。為什么您會不了解中本聰發明的Base58 編碼？

澳本聰（CSW）回應稱，這是我的代碼。我想通過 Base58 來誤導聽眾，想讓人們以為我不了解比特幣。實際上 Base58 和交易無關，它只是錢包的實現方式，checksum 是錢包層面的東西，它是錢包交易時用來驗證的東西，它并不存在比特幣網絡上。[2019/7/24]

狀態通道用戶流。以太坊交易的數量可以減少到2筆——打開和關閉通道。

以下是鏈下交易在幕后的工作方式。想象一下2個用戶A和B想要在他們之間轉賬。如果A向B發送10美元，B向A發送5美元，最后A向B發送20美元。而不是在鏈上分別發送這3筆交易，如果他們同意A應該在單筆交易中向B發送總共10-5+20=25美元。

為了概括這個想法，一組參與者可以打開一個狀態通道并將資金鎖定在主網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閉通道后才將最終狀態更新到以太坊。

聲音 | 重慶市長唐良智檢查了解“渝快辦”政務區塊鏈創新應用:重慶日報2月4日消息，新春佳節來臨之際，2月3日，在市“互聯網+政務服務”指揮中心，市委副書記、市長唐良智唐良智詳細了解“全渝通辦”一體化在線政務服務平臺、“渝快辦”移動政務服務平臺、政務區塊鏈創新應用等情況，對我市“互聯網+政務服務”取得的成績充分肯定，向大家致以新春祝福和良好祝愿。[2019/2/4]

狀態通道主要用于需要就彼此的行為達成一致的兩方之間的微交易和支付。它們不能很好地擴展以支持智能合約，因為

dApp通常涉及大量最終用戶，這使得各方之間的協議更加復雜。

智能合約dApp通常可以由任何人在以太坊或狀態通道上無需許可地進行交互，從而在每個網絡上創建不同的事實。

Plasma

Plasma定期將Merkle根狀態哈希發布到以太坊。在有人提供欺詐證明并質疑其有效性之前，所有狀態更新都被視為有效。

Plasma鏈只是一個由運營商運行的獨立區塊鏈，它定期將檢查點保存到以太坊網絡。這些檢查點存儲為Merkle根狀態哈希以提高gas效率。這意味著任何交易計算都可以卸載到Plasma鏈以實現可擴展性，同時利用以太坊層來驗證Plasma鏈的狀態更新正確性。

金色財經現場報道 Omer Ozden：項目團隊要了解區塊鏈文化 :金色財經現場報道，在世界區塊鏈大會·三點鐘峰會“古典投資人的冷思考”圓桌討論中，石木資本董事長，真格基金海外投資首席顧問，優客工場聯合創始人Omer Ozden說，在上世紀90年代末的硅谷，15頁的PPT就可以得到VC1500萬美金，現在區塊鏈發展的速度快過互聯網速度2-3倍，上市也更快；當判斷區塊鏈項目價值時，要考慮其團隊是否了解區塊鏈文化，可靠的團隊將TOKEN廣泛用于市場流通而不是自己占有，構建區塊鏈生態。[2018/4/24]

為了確保狀態轉換正確，Plasma采用了防欺詐機制。每個過渡都被認為是正確的，直到有人在該時間段內對其提出質疑。任何不正確的狀態轉換都將被簡單地丟棄，而新的轉換將建立在先前正確的轉換之上。

Plasma在正常情況下可以很好地工作。然而，問題之一是當操作者宕機或惡意時。如果運營商停止提供交易信息，那么沒有人將能夠生成證明來使狀態轉換無效。因此，運營商的任何惡意行為最終都會在主網中被接受。

在這種情況下，為所有用戶實施“大規模退出”方案，以使用最新的有效狀態退出Plasma生態系統。但是，整個狀態數據將被轉儲到以太坊上，這可能會引發網絡擁塞。

另一個問題是非EVM兼容性。通用智能合約的狀態沒有明確的類似所有權的結構，這意味著任何人都可能在狀態轉換中取得進展，從而使這些合約無法退出游戲。

加密貨幣投資人暴走恭親王：加密貨幣的投資，需要花時間學習和了解項目:今日凌晨，著名加密貨幣投資人暴走恭親王發布微博，稱：對于新人而言，我個人的建議是利用這段時間可以多學習行業的知識，我始終認為你只有對行業越了解，你才能對于行業越有信心。如果你對數字貨幣不了解，對參與的項目不了解，對全球發展趨勢不了解，那么群里只要有一些風吹草動，你馬上就會心中生出無數的疑慮，并且很快會在謠言中作出很多讓你可能抱憾終身的決定（這種決定我也做過）。很多人希望在群里面充值信仰，我個人覺得很難，如果你真的能夠把時間花在學習和了解知識以及項目上，那真的可以讓你握住自己的幣。發文疑似是對周末“過山車”行情的觀點表達，他也表示發文是“關于幣本位和充值信仰”。[2018/3/19]

Validium

Validium在以太坊上發布Merkle根狀態哈希和ZK證明作為檢查點。狀態更新的正確性由ZK證明來驗證。

Validium還運行自己的區塊鏈并將Merkle根狀態哈希發布到以太坊，類似于Plasma。它們的主要區別在于狀態更新驗證機制。Plasma依賴于防欺詐機制，而Validium使用零知識(ZK)證明，例如ZK-SNARKs和ZK-STARKs。

賽車手改造迷你賽車呼吁大眾了解比特幣:近期，來自美國的賽車手Cosair Hancock將一款2007版混合動力雪佛蘭改造成了一輛迷你賽車，并在車身上噴繪了比特幣網站、比特幣現金等字樣。他表示自己除了開賽車，也是一名比特幣礦工，希望通過這種方式向大眾宣傳比特幣，讓更多人了解比特幣的用途。[2018/3/14]

ZK證明是生成的計算連同狀態更新一起提交給以太坊，以確保狀態轉換是有效的。盡管ZK證明的復雜生成過程可以在鏈下計算，但鏈上驗證相當容易。這使得Validium可以在以太坊上更新狀態和證明后立即確定。

然而，由于其復雜的密碼計算，ZK證明與EVM字節碼存在兼容性限制。因此，當前可用的Validium應用程序僅限于簡單的用途，例如代幣傳輸，僅涉及簡單的加減運算。

除了EVM不兼容之外，數據可用性仍然是一個問題。Validium仍然依賴于鏈下數據存儲來確保交易數據始終可以重建為完整的區塊鏈狀態。但是，這為安全模型增加了另一層信任，因為它需要信任另一方始終可用并正常運行，即使該方是去中心化的。

Rollup

Rollup發布狀態根和壓縮交易信息。

Rollup解決了數據可用性問題。它們可以被認為是下一代Plasma鏈和Validium。除了狀態更新之外，交易信息作為calldata在以太坊上發布。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塊鏈的當前狀態。因此，我們不需要單獨依賴任何第三方，如DAC來存儲狀態樹。

有兩種主要類型的Rollup：OptimisticRollup和ZKRollup。

OptimisticRollup

與Plasma鏈的工作方式類似，Optimisticrollups認為狀態轉換是有效的，直到有人挑戰。任何人都可以通過在以太坊網絡上的“驗證者合約”上實施的防欺詐機制來質疑并聲稱狀態更新不正確。

防欺詐機制有多種方法：

Optimism使用單輪交互式證明，以太坊必須在鏈上執行整個L2交易以進行驗證。這種方法可以立即防止欺詐，但會帶來大量的計算gas成本。

Arbitrum使用多輪防欺詐，執行鏈下二進制搜索來查找無效轉換狀態更新的“操作碼”。只有一個操作碼在鏈上執行，這意味著這里所需的gas要低得多。

最終，防欺詐可確保以太坊上發布的狀態有效且完全可重構，而無需信任外部各方。Optimisticrollups也與EVM兼容，這意味著在以太坊上運行的任何dApp都可以輕松移植，而無需更改任何代碼。這使得OptimisticRollup作為以太坊擴展解決方案被廣泛采用。

ZKRollup

ZKrollup只是Validium和數據可用性的結合。該鏈定期在以太坊上提交其哈希狀態以及壓縮的交易數據，并使用有效性證明來驗證狀態轉換。

與Validium類似，ZKRollup無法有效地與EVM兼容，因為為完全集成的EVM環境生成證明可能需要數小時才能完成。追求使用EVM或ZK-EVM開發ZKrollup的項目正在平衡EVM兼容性和性能之間的權衡。事實上，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Type4和Type3是可行的，因為必須采取更多的變通方法來使用ZK證明來充分發揮EVM的功能。但是隨著以太坊變得對ZK-SNARK更加友好并且正在進行更多的研究和開發，我們應該能夠看到Type2和Type1ZK-EVM在未來變得普遍。

側鏈

側鏈是獨立的區塊鏈，運行自己的區塊參數和共識機制。他們可以通過雙向橋與以太坊通信。然而，與任何其他擴展解決方案不同，側鏈不會將任何交易或狀態數據發布到以太坊；因此不要繼承以太坊的安全性。由于側鏈有自己的區塊參數，它們可以通過調整某些參數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現這些目標，例如具有中心化驗證者或需要高端計算硬件。由于以太坊的愿景是專注于去中心化和安全性，側鏈并不是以太坊基金會作為擴展解決方案的重點，盡管它們被認為是減少以太坊交易流量的最有效方法之一。

擴展解決方案的未來

過去的擴展解決方案隨著時間的推移而發展——解決了以前擴展設計中的關鍵問題，例如狀態轉換驗證和數據可用性。在當前階段，rollup被認為是擴展以太坊的最先進的解決方案，因為它們利用了以太坊安全性和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領域，以實現進一步的安全性、去中心化和可擴展性：

去中心化Rollup排序器——Rollup可以利用類似PoS的機制來選擇排序器，以降低中心化和審查風險。

Rollup之間的直接通信通道——在沒有以太坊作為媒介的情況下，在Rollup之間進行橋接和消息傳遞可以增強用戶體驗并降低交易成本。

雖然像Rollup這樣的鏈下擴展解決方案已經可以提供多重可擴展性，但以太坊也有自己的計劃，通過ETH升級在基礎層進行擴展。以太坊分片作為重要的里程碑升級之一，將能夠通過與Rollup的集成進一步協同提升以太坊的可擴展性。

分片作為Rollup的數據可用性層——64個以太坊2.0分片鏈中的一些可以用作Rollup的“數據倉庫”，以便在其上發布哈希根。從理論上講，分片和Rollup可以將以太坊吞吐量提高到100,000TPS。

代碼可執行分片——其他分片鏈將能夠運行EVM字節碼和以太坊等智能合約。然而，由于之前的分片鏈使用提供的大吞吐量，這種實現的實際需要有待確定。

憑借足夠的可擴展性，以太坊可以支持當前使用的web2服務的高交易吞吐量。向金融的未來邁出了重要的一步。

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