關于 Optimistic Rollup 你需要知道的一切（上）_GAS:ATOM幣官網

以太坊生態的最大挑戰之一是如何在資源有限（例如，CPU、帶寬、內存、磁盤空間）的前提下實現低延遲和高吞吐量。

系統的去中心化程度取決于網絡中最弱的節點驗證系統規則的能力。可以在低資源硬件上運行的高性能協議被稱為 “可伸縮的（scalable）”。

在本文中，我們將深入探究現代 “Layer 2 方案” 的原則，這些方案的安全模型，及其在解決以太坊可擴展性問題上采取的策略。

本文的預設讀者是那些對密碼學技術感興趣的人。如果你想要深入了解以太坊前沿可擴展性技術，以及如何設計并構建這類系統，千萬不要錯過這篇文章。

在本文中，重要的關鍵詞和概念都已加粗，因為這些都是你在了解密碼學貨幣技術時經常遇到的術語。本文涉及的概念比較復雜。如果你在閱讀中遇到困惑，請不要放棄，守得云開見月明。

在比特幣和以太坊等去中心化網絡中，運行節點的資源要求主要有三種：

帶寬：下載并廣播區塊鏈相關數據的成本。

計算：在腳本或智能合約中運行計算的成本。

存儲：出于索引目的存儲事務數據的成本，以及為了繼續處理新的事務塊而存儲 “狀態” 的成本 。

影響性能的因素有：

吞吐量：系統每秒可處理事務（transaction）的數量

Neutrino關于將USDN轉變為具有軟錨定的多抵押資產的提案已獲投票通過:12月27日消息，Waves生態穩定幣協議Neutrino關于將USDN轉變為具有軟錨定的多抵押資產的提案以99%的支持率獲得投票通過。根據提案，項目不僅會得到WAVES的支持，還將通過接受WX、SWOP、VIRES、EGG和WEST作為抵押品，Waves生態系統團隊將把每個項目的代幣總計1500萬美元直接捐贈給Neutrino作為支持，稍后可以通過投票在抵押品中添加其他生態系統代幣。此外，該項目將重新激活USDN和WAVES生態系統代幣之間的交換以激勵用戶銷毀USDN。

Chainlink數據顯示，USDN價格目前跌至0.4720美元，脫錨狀況加劇。

此前12月22日消息，Waves發布USDN恢復錨定計劃提案，擬將WX、VIRES、SWOP、EGG和WEST作為抵押品。[2022/12/27 22:10:38]

延遲：處理一筆事務所需的時間

比特幣和以太坊等新興密碼學貨幣網絡的理想特性是去中心化。那么問題來了，網絡是如何實現去中心化的呢？

低信任：有了這個特性，任何人都能自主驗證比特幣的總供應量永遠不會超過 2100 萬個，及其持有的比特幣不是偽造的。運行節點軟件的人可以獨立計算最新狀態，并驗證出塊流程是否遵循所有規則。

Anchor Protocol關于將bATOM添加為抵押品的提案已通過:4月6日消息，據官網顯示，Anchor Protocol關于將bATOM添加為抵押品的22號提案已通過。根據該提案，bATOM最大貸款與價值比率（LTV）設置為60%。

此前消息，bATOM主要通過將stkATOM（由pSTAKEFinance構建）封裝入Terra生態系統，使得stkATOM持有者在保證ATOM質押獎勵的同時，可通過在Anchor進行抵押獲得流動性。[2022/4/6 14:07:38]

低成本：如果節點軟件的運行成本很高，人們就會選擇依靠可信第三方來驗證狀態。成本高意味著信任要求也高，這是我們極力想要避免的。

另一個理想特性是可擴展性：吞吐量（和延遲）能夠隨運行節點的成本增加呈超線性增長（減少）。這個定義很棒，但是并未指明與 “信任” 慣性。因此，我們另外定義了“去中心化可擴展性”：在幾乎不會提高系統信任假設的情況下實現可擴展性。

以太坊的運行時環境是 EVM（以太坊虛擬機）。在 EVM 中，事務在執行不同操作時需要承擔的成本不同（例如，存儲操作的成本大于添加操作）。事務的計算單位叫做 “gas”。在以太坊系統中，每個區塊的 gas 上限被設為 1250 萬 gas。平均每 12.5 秒可以挖出一個區塊。由此可得，以太坊的延遲是 12.5 秒，吞吐量是每秒 100 萬 gas。

Fixed-rate protocol關于平臺調整存款挖礦釋放速度:據官方消息，作為Heco鏈上的固定利率收益協議項目，Fixed-rate protocol平臺將于3月15日18:00進行產品的第一次調整，屆時平臺的存款挖礦效率將會提升，之后我們會考慮采取DAO的治理，讓平臺參與者更好的一起參與建設Fixed-rate protocol。[2021/3/15 18:46:07]

你可能會問一個問題：每秒 100 萬 gas 能做什么？

每秒可完成大約 47 筆 “簡單轉賬” 事務。所謂 “簡單轉賬” 事務，就是指 “A 向 B 轉了一筆 ETH” 這樣最基礎的事務。每筆事務需要 2.1 萬 gas。

每秒可完成大約 16 筆 ERC20 代幣轉賬。這類事務相比 ETH 轉賬事務需要執行更多存儲操作，因此每筆事務需要約 6 萬 gas。

每秒可完成大約 10 筆 Uniswap 資產交換操作。代幣對事務的平均成本約為 10.2 萬 gas。

……選擇你感興趣的事務，用 100 萬 gas 除以其 gas消耗量（1250 萬/12.5/gas）。

請注意，隨著事務的執行復雜度提高，系統的吞吐量急劇下降。還有很大的提升空間！

方案 1：使用中間方

公告 | 中幣（ZB）關于支持BSV Genesis升級公告:BSV將于區塊高度620,538進行Genesis升級，為支持本次升級，中幣（ZB）將于香港時間2020年2月3日21:00暫停BSV充值和提現業務，BSV交易不受影響。更多BSV Genesis升級詳情請登錄中幣（ZB）官網。[2020/2/3]

我們可以使用大家都信任的第三方來達成所有事務。這樣一來，我們就可以得到很高的吞吐量，并將延遲降至亞秒級。簡直太棒了！這樣也不會改變任何系統參數，但是我們需要參與一個由第三方單方面設置的信任模型。第三方可能會對我們進行審查，甚至奪走我們的資產，這就不妙了。

方案 2：擴大區塊容量并提高出塊頻率

我們可以通過減少出塊時間來降低時延，我們還可以通過提高區塊 gas 上限來提高吞吐量。這一改變可能會導致節點運營成本提高，從而阻礙人們運行節點（就像 EOS、Solana 和 Ripple 那樣）。

方案 1 會提高對信任的需求，方案 2 會增加成本。因此，二者都不是理想的可擴展性方案。

接下來會涉及一些關于哈希函數和默克爾樹的知識。

了解了這么多之后，我們來模擬一段蘇格拉底式對話，看看能否找到一個既能提高以太坊的實際吞吐量，又不會增加用戶和節點運營者負擔的協議。

日本將在東京奧運會之前解決關于虛擬貨幣等的網絡安全問題:日本警察署網絡安全對策總部在2日舉行了開設新政府大樓（被稱為“網絡大廈”）的儀式。其中包括部，刑事部和生活安全部等6個部門，調查人員約500人左右。警視廳首長吉田尚正表示通過去年流行的“?Ransomware”病以及今年一月發生的coincheck公司的虛擬貨幣流出事件可以看到網絡安全的威脅越來越嚴重。在東京奧運會來臨之前，將全力解決并得到結果。[2018/4/3]

問：我們想要提高以太坊的可擴展性，又不想改變其信任和成本假設。我們該怎么做？

答：可以嘗試降低現有操作的成本（參見上述三類操作）。不過，說起來容易做起來難，我們先來看一下以太坊的架構：

以太坊網絡中的每個節點目前都存儲并執行來自用戶的每筆事務。事務是在 EVM 中執行的，并與 EVM 的狀態（例如，合約存儲項、余額等）進行交互（這一成本很高）。常見的智能合約優化技術主要聚焦于在最大程度上減少與狀態交互的次數，但是它們起到的作用很有限。

問：是否存在不與狀態交互就能達成交互的方法，以此降低資源成本？

答：在極端情況下，我們是否可以將所有執行都轉移到鏈下，并將數據保存在鏈上？我們可以引入第三方，即，排序者（sequencer），來做到這點。排序者負責在本地存儲并執行用戶提交的事務。為了保持系統的活性（liveness），排序者會定期將它們收到的事務的默克爾根以及狀態根提交到以太坊上。這個思路是正確的，因為O(N) 筆鏈下事務只需在以太坊上存儲 O(1) 的狀態數據。

問：通過使用排序者執行鏈下計算，只將默克爾根發布到鏈上，我們就能增強以太坊的可擴展性了是嗎？

答：是的。

問：也就是說，只要我們選擇了排序者，就能大幅降低轉賬成本。那用戶怎么存錢進去呢？

答：你在以太坊區塊鏈上把錢存進某個合約，就能加入這樣的系統了。排序者會將相應的存款記在你的名下。用戶只需要發送一筆事務稱 “我想要取出 3 ETH，我當前的賬戶余額大于 3 ETH，這是證明”，就可以取出資金。即使 L1 上沒有該用戶的實際狀態，該用戶也可以提供默克爾證明并引用排序者發布的狀態根來證明自己在當前狀態下擁有足夠多的資金。

問：我們已經確定用戶需要提供默克爾證明才能取出資金。用戶如何獲得構建默克爾證明所需的數據？

答：用戶可以要求排序者來提供數據！

問：如果總是聯系不上排序者，該怎么辦？

答：這種情況可能是因為排序者作惡，或因技術問題掉線，這會導致性能退化（甚至盜竊）。因此，我們必須要求排序者將完整的事務數據提交到鏈上，只用于存儲，不用于執行。這里的目的是實現數據可得性。由于所有數據都永久存儲在以太坊上，即使一個排序者倒下了，新的排序者也可以從以太坊上重新找回所有與 Layer2 相關的數據，重新構建最新的 L2 狀態，并接替上一個排序者的工作。

問：如果排序者在線卻拒絕向我提供默克爾證明數據，我可以從以太坊上下載這些數據對嗎？

答：對的，你可以自己同步一個以太坊節點，也可以從眾多節點托管服務提供商中選擇一家。

問：我還有個不明白的地方……如何將數據存儲在以太坊上卻不執行它？難道不是每筆事務都要經過 EVM 執行的嗎？

答：假設你提交了 10 筆 A 向 B 轉 ETH 的事務。執行每筆事務需要執行以下操作：增加 A 的 nonce，減少 A 的余額，并增加 B 的余額。這需要多次寫入和讀取世界狀態。你可以將所有事務的編碼發送至智能合約的publish(bytes _transactions) public { }函數。請注意，這個函數的函數體是空的！也就是說，如此發布的事務數據是不會被解釋、執行或訪問的。它只存儲在區塊鏈的歷史日志中（寫入日志的成本很低）。

問：我們能信任排序者嗎？如果排序者發布非法的狀態轉換怎么辦？

答：無論排序者何時發布一批狀態轉換，都會有 “爭議期”。在 “爭議期” 內，任何人都可以發布 “欺詐證明” 來證明其中某個狀態轉換是無效的。欺詐證明就是通過重放導致鏈上發生狀態轉換的事務，并將得到的狀態根與排序者發布的狀態根進行對比。如果兩個狀態根不同，則欺詐證明成功，狀態轉換被取消。跟在該無效狀態轉換后面的狀態轉換也會被取消。爭議期一過，就無法再對事務提出爭議，即，事務被敲定。

問：等等！你之前明明說過，只要（a）會增加成本，或（b）引入新的信任假設，就是不可行的可擴展性方案。你這里提到的方案不是要假設時刻有人會報告欺詐嗎？

答：沒錯。我們假設有一組被稱為 “驗證者” 的實體負責監控欺詐行為。如果 Layer 1 和 Layer 2 之間出現狀態不匹配的情況，驗證者就會發布欺詐證明。我們還假設驗證者能夠在爭議期內將其欺詐證明發布到以太坊區塊鏈上。我們認為，驗證者的存在是一個弱假設。想象一下，如果有數萬名用戶采用該方案，你只需要 1 個人來擔任驗證者的角色。聽起來不是那么不切實際吧！另外，改變以太坊的信任模型，或增加運行以太坊節點的成本是一個強假設，會做出我們不想要的改變。這就是我們的中心化可擴展性定義中的 “幾乎不會改變底層系統的設想” 的意思。

問：我同意會有人擔任驗證者的角色，因為這個新的解決方案牽涉到很多人的利益。但是，具體怎樣還得取決于實際成本。那么，運行驗證者和排序者需要消耗多少資源？

答：排序者和驗證者必須運行一個以太坊全節點（而非歸檔節點），以及一個 L2 全節點來生成 L2 狀態。驗證者運行創建欺詐證明的軟件，排序者運行打包并發布用戶事務的軟件。

問：就這些嗎？

答：沒錯！恭喜！你已經重新發現了?Optimistic Rollup ，這個 2019 至 2021 年最有前景的可擴展性方案。我可沒有在說大話，這是以太坊社區經過多年研究得出的成果。也就是你在這段簡短的對話中聽到的。

：我們建議讀者閱讀 Vitalik 的雄文《區塊鏈資源定價》。

：請注意，存儲 “狀態（賬戶余額、合約字節碼和 nonce）” 的成本比存儲原始事務數據的更高。

：Optimistic Rollup 就是 “optimistic contract（樂觀合約）” 和 “on chain data availability（鏈上數據可得性，又稱 “數據匯總”）” 的合體。

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