V神对Rollups的想法及以太坊1.0和2.0中的第2层解决方案相关的数据可用性问题思考

Vitalik最近提出了他对Rollups的想法以及与Ethereum1.0和2.0中的第2层解决方案相关的数据可用性问题。他的演讲包含了一些引人入胜的结构，可能会进一步从团队中进行迭代。这是一个至关重要的研究领域，因为对于希望增加用户群的项目来说，仍然非常需要信任最小化的区块链扩展机制。如果你有时间我建议听完整的演讲。

以前的研究

本次演讲所依据的基本概念首先出现在Vitalik于2018年8月发表的文章中，将可用性引擎availability engines归功于Justin Drake。2018年9月，一个扩大该主题的ETHresearch帖子得到了重要讨论。在2019年1月，EF研究人员和Matter Labs之间的合作在Rinkeby测试网上产生了一个名为Ignis的概念证明。这是团队的原始帖子和Trustnodes访谈/演示。

以下是Alex Gluchowski和Kent Barton在ETHDenver 2019上的精彩演讲，详细介绍了Rollup机制：零知识缩放Scaling With Zero Knowledge。对于SNARK和STARK之间的差异也有很好的探索。

最后，由于EF资助，看起来Matter Labs继续通过snark进行扩展工作，请查看此处的公告以及更多资源。

我在下面输入了Vitalik演讲的粗略记录，试图捕捉每个部分的精髓。希望人们觉得这很有用。

背景/MASTERCOIN

这是一种新的L2结构，与可扩展性（plasma/state channels）的L2不同，它使用BC作为数据存储而非计算的场所。计算可以用zk-snarks完成。

• 一些历史：将Mastercoin视为BTC之上的元协议。为解释tx定义一组不同的规则。BTC是数据存储，但不是状态执行。特殊tx可以用flag表示。

• Mastercoin的缺点：客户端不够轻（需要BTC区块链和Mastercoin节点）。MC协议中的活动不会影响BTC链，这限制了整体功能。

• 现在我们有ETH 1.0，很快我们将获得ETH 2.0，我们能做类似于Mastercoin的事吗？

ZK ROLLUP

ZK汇总（not ignis, not ignis plasma）可以在今天提高30倍的可扩展性，将来会更高。工作原理：Onchain合约只存储一个值：merkle树的merkle根。

• 用户发送txs，由一个叫做中继者的特殊actor调用并设置zKsnark。发布以前的状态，新状态，其中包括捆绑在一起的交易。

• 这与Plasma相似吗？（两者都是持有merkle根的合约）不同之处在于Plasma需要复杂的退出游戏/退出期以便处理恶意操作员的可能性（数据可用性）。

• zK Rollup没有数据可用性问题，因为所有交易都发布到链，没有签名。

• 每个发布 13 个字节X每个字节 68 个gas= 884 个gas，当前简单tx的当前成本为 21k 。

• zKsnark证明了tx的有效性，而不是让ETH主链验证每个签名交易。计算和存储被移除。Merkle root留在链上。这避免了 central actor/relayer 。因为数据是在链上发布的，所以任何人都可以验证。

• 这可以通过不包括nonce来改进，删除2个字节（每个字节11个字节每字节X gas 气体=  748 个gas）

• 注意：即时存款和取款。提款：coin从他们的merkle分支转移到主链，然后是merkle root更新。存款将是相反的，但另外为用户提供帐户ID。可能会有很多漂浮在周围。

• 这种结构可以相对安全地将简单付款从 15 tx/s 增加到 500 tx/s 。

• 斯坦福1.x研讨会（youtube视频）的一个结果是，与其他业务相比，数据价格过高。尽管存在对状态的担忧，但向块大小添加1kb并不会使事情变得更糟。在Istanbul可以减少简单tx的gas成本，从而将ETH1.x的吞吐量提高到 1000 tx/sec 以上。

进一步采取行动

Rollup应该能够支持更复杂的状态转换，包括Uniswap，高性能交换，多个token，隐私保护计算，ENS等，所有这些都使用 SNARK + publish tree details 范例。

ZK ZK ROLLUP（Bose–Einstein condensate）

• 基本思路：采用ZK汇总但内置迷你版zcash。（关于zCash的入门：用户发布txs，SNARKs说“我有一个有效的支出证书，用于该状态的一些coin哈希。这是一个新的coin哈希”

• zCash，续，用户有加密S，coin哈希：h(s+1)，支付证书：h(s+2)。SNARK证明支付证书属于现有coin，但不属于哪一枚。验证功能还应检查尚未显示支出证书。

• 转发者不会发布tx，它会发布收据（105字节X 68 gas=每 tx 7140 gas ）。在这里我们放置一个SNARK来验证包含的每个单独的tx是否附加了SNARK（一级递归）。验证SNARKs onchain，它需要500k gas。

BEACON CHAIN - 第1阶段

• 如果我们想做更多的事情怎么办？输入ETH 2.0的Beacon Chain第1阶段。作为仅数据链的分片链意味着 2.8 MB/秒 的数据可用性。

• 每个zK zK汇总是 105字节 /意味着 27k 隐私保留交易/秒，如果完全消耗2.8 MB。如果我们不关心隐私，则27k增加10倍。

• get rekt scamcoins LOL VB 甚至无法选择哪个是TPS声称的最差。

• 障碍是这些系统依赖于数据和计算（虽然数量很少）。ETH 2.0（阶段1）没有计算但有大量数据，而ETH 1.0有计算：让我们桥接两者。

ETH2在ETH1轻客户端

• ETH 2.0研究团队花了很多时间使2.0体系结构轻松客户端友好。

• 当持久委员会切换时，每9天需要 80kb 的merkle分支（也可以在9天内分摊），每个头部加 500 字节。

• 在ETH1客户端需要 BLS-12-381 预编译。 ETH 1链可以是挂钩到2.0链的计算层，要求在2.0链上发布用于汇总模式的数据。

其他用于可扩展数据可用性的引擎

Plasma具有更频繁的承诺，Dapps存储链上的消息，具有独立（“主权”）状态转换功能的区块链协议搭载在以太坊上用于数据可用性。

加快跨境交易

• 当前分片设计的弱点：分片之间的通信有延迟（等待交联，~6分钟）

• 解决此延迟的粗略建议是允许一个分片看到另一个分片的根的机制。这可能在大多数时间都有效。

• 快速探索用户何时想要在分片之间转移token：他们可以将tx发布到带有root的智能合约（包含预期的token转移），以及保证金。

• “碎片的merkle root是0x12345，如果这个说法错了，我同意失去100 ETH（押金）”。

• 在存储令牌余额的注册表的上下文中，发布100个ETH存款的用户（在等待x-shard交易通过时）然后将其余额更新为条件状态：如果状态根声明是正确的，我有x+转移amt ，如果不正确我只有原始金额（减去没收的ETH保证金）。

• 将其视为SC内部的量子叠加（存储两种状态/两种可能性）。只有当合约通过交联才能知道原始碎片的状态根时才解决。

• 然后可以在用户之间传递这种叠加，而不需要他们知道（钱包会显示乐观的值，直到约6分钟后才会发送交联）。

一般用途隐私

ZEXE：基于UTXO的系统，可以保护隐私。

第2层计算的好处

• 从哲学上讲，第1层不需要过于复杂来优化属性，块时间，x-shard通信，x-shard同步消息支持，隐私等。

• 从理论上讲，ETH 2.0阶段3可能永远是足够的，不需要超级二次分片。

• 例外情况是增加分片或更新加密。

• 其他区块链已经提出了这个主张，但实际情况是，一旦你拥有可扩展的数据可用性和足够的表现力，至少要验证zKSnarks和状态转换（功率和复杂性的最低阈值），你可以在顶部建立所有必要的L2。

• L1可能变得越来越难以改变，但如果它们处于可扩展数据可用性之上（2.8 mb/sec），这对计算L2来说是好的。

问题交流

问：L2内容是否排除了使用完整语言不适用于zKsnarks？

TC的数学定义与加密社区的含义有所不同。数学：TC意味着计算机。这是如此笼统，你不能告诉计算何时停止（Snark需要事先知道）。

加密：使用TC意味着表达足以使应用程序具有复杂的内部状态（plasma，makerdao，uniswap，这些L2的验证引擎）BTC不能做这些事情，ETH可以。ZEXE是基于UTXO的模型，但也可以。

TC是错误的词，但是你可以做一些足够表达的事情来构建zKsnarks中的应用程序。

问：我们是否应该担心熊市期间30％的哈希率损失？

这是一个问题，但不是真正需要担心的事情。ETC（以太坊经典）遭到攻击，但只有3％的ETH链哈希值。如果它成为一个重要的问题，那么第0阶段可以用作1.0链POW客户端的终结机制。然后，51％的攻击只允许审查块，而不是恢复块。

问：基础层和应用层之间的去中心化程度总会存在竞争。数据可用性和SNARK总是mean集中化？[部分听不见]

这个新的L2类非常有趣，不需要解决数据可用性问题。集中化可以减少。比较Plasma和Rollup：plasma数据可用性问题意味着需要有一个actor，如果恶意，他可以浪费用户2周的coin锁定时间。如果转发者消失，Rollup没有数据可用性问题，另一个可以迅速取代他们的位置。可能的伤害减少，像Rollup这样的L2是解决方案的一部分。

问：在进行跨域通信时，你是否正在考虑两阶段提交协议[听不清]？

合约yanking有助于解决火车和酒店问题。（与不同分片上的2个对象进行交互）ETH链是否应支持L1上的同步？不，它引入了太多的复杂性。

现在，在两个交联之间，你可以计算分片中的状态转换，作为分片和信标链中数据的函数。不依赖于其他分片中发生的事情。

具有同步交叉分片调用会破坏此不变量，使状态计算游戏变得更加复杂，尽管你可以实现类似Rollup的L2，这将有助于支持同步交叉分片调用。

问：“第三方”L2解决方案（Celer）与其他以太坊L2解决方案之间的关系是什么？

Celer是一个提供自己的数据可用性解决方案的L2，Plasma也是这样做的。Rollup执行计算offchain并在链上处理数据可用性。有不同的权衡。

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