UPS:以太坊研究者Polynya：为什么单片式 L1 区块链是“死胡同”？

原文作者：Polynya原文编辑：南风，Unitimes

我从来没有写过一篇关于“OptimisticRollupsvs.ZK-Rollups”的文章。它们都很棒。我的文章都是关于反对效率极低、无法扩展、不安全、缺乏弹性的单片式L1区块链，我们已经看到了资本对这些L1网络的荒谬配置。我唯一的目的是看到区块链以技术、经济和社会可持续的方式扩展到全球无所不在。

单片式L1区块链网络不仅是不可持续的，实际上它们永远也无法提供所需的吞吐量——而且与目标相差好几个数量级。但这不再是一个问题了——我们需要模块化的执行层&数据可用性抽样来扩展区块链。这一点从来没有这么清楚过。我们越早认识到这一点并转向这种方式，区块链行业就会越好。是的，这只是我的观点。和往常一样，请将这篇文章视为业余爱好者的意识流漫谈，而不是一篇专业的研究文章。

单片式L1区块链极为低效

我从2020年开始撰写关于Rollups的评论，并在去年的这个时候发表博文，当时主流的说法是“Cardano/其他L1智能合约平台即将到来，用户将会在一夜之间从以太坊大规模地迁往其他L1网络。”之后的说法是“L2网络是暂时的权宜之计，实现扩展的唯一方式是L1网络。”然而，即使在2021年底进行最温和的测试，这些替代性L1网络的叙述也以惊人的速度瓦解：

Binance智能链由于状态膨胀而使其系统要求更高。其结果是，节点开始不同步，导致许多问题。这里的问题在于他们一开始指定的系统要求非常低——但他们没有告知人们，系统要求会随着状态膨胀呈指数增长。现在，他们在没有充分的审计或测试的情况下进行不计后果的网络变更。当然，切换到Erigon并拥有多条链将提供增量效益，但总是会存在严重的限制。

Solana?没有犯这样的错误，他们从一开始就对很高的系统要求非常开放。现在，我绝对不会对Solana的各种失败和问题进行批评，因为这很大程度上是因为它是一个早期的beta产品。由于缺失一些特征而导致的bug和问题总是会出现在beta项目中，无论是Rollups、dapps还是单片式L1网络都是如此，我只希望开发人员能够修复这些问题。

但问题是，随着时间的推移，当Solana成熟了，久经测试消除了bugs，并实现了一个费用市场，它将需要提供一个递增的吞吐量，并在技术和经济可持续性上付出巨大的代价。Solana本质上是不可扩展的。OptimisticRollups是要比Solana要好得多的解决方案，并且会很快成熟。

以太坊客户端Erigon将结束对Rust版本Akula的支持:金色财经报道，以太坊客户端Erigon官方Blog表示，将结束对Erigon的Rust版本Akula的支持。团队近期发现，一个基于Rust语言的Ethereum实现将开放源代码，其范围几乎与Akula相同，并有一些相同/相似的构建模块。Erigon团队认为，该项目在开源后将更加受人支持与欢迎，其功能也将很快匹配和超越Akula。与该项目背后拥有的资源和影响力相比，Erigon无法保证Akula能够吸引未来的资助，因此决定取消对Akula的技术、管理和资金支持。[2022/11/24 8:03:28]

PolygonPoS?可以说是继以太坊之后被采用最多的链。现在，PolygonPoS确实是一个“提交链”(commitchain)，而不是一个替代性L1链，但它仍然是一个单片链，并受到与L1网络相同的低效率约束。PolygonPoS达到了它的极限，受到了垃圾交易的影响，提高了它们的最低Gas价格。但即使在那之后，还是有很多项目向它发送垃圾信息，导致Gas价格上涨了超过0.1美元。

需要明确的是，这是一个比Solana或Cardano要好得多的结果，在Solana或Cardano中，在拥堵期间99%的交易都会失败，只有微型MEV机器人会成功。值得赞扬的是，与其他单片式区块链项目不同的是，Polygon团队非常公开地承认了这些局限性，并将所有精力投入到ZK-Rollup中——这实际上将实现高可扩展性。行动胜于言语，Polygon团队在零知识技术方面投入10亿美元的行动值得称赞。

说到?Cardano，他们也是一个处于非常早期的beta产品，和Solana一样，也必须实现费用市场。Cardano的系统要求仍然很低。最近，我看到Cardano社区对Rollup越来越感兴趣，很高兴看到这种情况！然而，在Cardano本身没有实现数据可用性采样之前，所有这些都是徒劳的。

我们看到还有许多其他项目没有达到其大肆宣传的效果。每当区块空间饱和时，AvalancheC-Chain?的费用就会飙升——我的意思是，这是单片区块式链的一个基本特征。子网会导致安全性或去中心化的碎片化，并且将受到同样严重的限制(即费用的飙升)。

至于Avalanche的“onlinePurning”(在线修剪，这里的“修剪”是指节点压缩过去的历史交易)：让我们拭目以待，但这似乎实现了Geth的“离线修剪”(offlinepurning)，并使其以更高的频率进行修剪。

以太坊2.0客户端Nimbus发布v22.4.0版本，为合并硬分叉奠定基础:官方消息，以太坊2.0客户端Nimbus发布v22.4.0版本，是一个低紧急升级，包含许多修复和优化，以及围绕受信任节点同步的更好的用户体验。v22.4.0版本为即将到来的合并硬分叉奠定了基础。[2022/4/12 14:20:02]

这可能是Geth的一个很好的补充，但它绝对不能解决状态膨胀的基本限制。我们已经看到了Harmony的失败等等。但我也想强调的是这些正在为下一代构建可扩展性解决方案的项目：以太坊、Tezos、Celestia和PolygonAvail的数据可用性抽样；Mina和Aleo的有效性证明；以及还有许多的Rollups方案，现在似乎每周都会出现新的Rollup！

很明显，我们已经进入了「模块化架构」的时代——很少有人会认真地构建新的单单片式L1区块链。在紧要关头，Polkadot和NEAR等“原型模块化”项目是中期解决方案，虽然不能解决上述许多问题，但仍保持了可持续性和安全性。如果你不关心可持续性和安全性，那么Dfinity/ICP正在构建有趣的东西。

我还想明确一点，单片式L1区块链是有一条前进的道路的：升级到下一代技术。例如，Avalanche可以在底层实现一个“数据可用性抽样子网”，该子网由整个验证者集进行验证，并引入模块化的执行层。除非这是他们路线图上的优先事项，否则我将继续推动这种说法，直到这种转变在整个行业普遍存在。

现在，并不是每一条链都必须是一个Rollup或者有着某种形式的模块化设计。在安全性不重要的情况下，以及希望实现某种在?Rollups中很难或不可能实现的新特性时，主权L1链仍然有其一席之地。当然，这在很大程度上是一个利基市场，但它是真实存在的。Cosmos?生态系统在这方面做得很好，PolygonEdge?也在构建引人注目的解决方案，尽管我希望看到这些链被证明是有效的，并且IBC(链间通信)也在进化以验证有效性证明。

跨L1区块链的「桥」也是如此。但即便是在有效性方面被证明是完美的L1跨链桥，比如=nil;Foundation正在构建的「Mina<>Ethereum桥」，仍然需要假设这条更脆弱的链不会被攻击；相比之下，Rollups「桥」能够提供完整的安全保证，即使那条更脆弱的Rollup链被攻击，你仍然可以继承那条更强大的链的安全性。

最后，讨论时机很重要。当前，OptimisticRollups还没有准备好，所以使用这些非beta阶段的单片式L1区块链仍然是有意义的。应该注意的是，不管是OptimisticRollups还是单片式L1链，都存在不同程度的成熟度/不稳定性，因此你必须根据具体情况进行评估。但我不会在这篇文章中对此进行论述，我唯一的兴趣是从长期来看，区块链可以如何大规模、可持续地进行扩展。

数据：以太坊2.0合约质押新增2.43万ETH:据欧科云链链上大师数据显示，截至上午10时，以太坊2.0存款合约地址已收到611.46万 ETH，占当前以太坊供应量的5.25%，近24小时新增24320 ETH。[2021/7/6 0:29:40]

但?OptimisticRollups正在迅速成熟，在成为可持续性解决方案这方面有着明确的途径。只需要工程工作就可以实现——很有可能至少会有一个OptimisticRollup将实现完全的去中心化、实现数据压缩、拥有高流动性的「桥」，并在一年的时间内扩大规模。一旦OptimisticRollups准备迎接其黄金时刻，那么所有单片式L1区块链网络的游戏就都结束了。

在过去，我采取了非常长远的观点，因此，我可能从一个更积极的角度讨论了ZK-Rollups。我一直认为ZK-Rollups将是游戏终局，并认为所有的OptimisticRollups?将会要么转变成ZK-Rollups，要么使用有效性证明(validityproofs)来取代其欺诈证明系统。但这可能是3年以后的事了。

上文第一部分的结论是：单片式L1区块链是一条死胡同，在这一点上的证据是压倒性的，所以我想把这一点彻底强调一下。以下是本文第二部分，将主要以以太坊为中心，因为以太坊是所有Rollups创新的所在地，而且以太坊有着最具雄心的可扩展性路线图。

OptimisticRollups对比ZK-Rollups

现在，让我们来讨论一下OptimisticRollups和ZK-Rollups。顺便说一下，最近我了解了Obscuro(一个TEERollup)和Urbit的NaiveRollup。Rollups的设计空间是一个空白画布，因此可以有多种类型的Rollups！但是在这里，我特别讨论的是基于欺诈证明?(OptimisticRollups)和有效性证明?(ZK-Rollups)的安全Rollups。

交易费

让我们从特定于应用程序的Rollups?开始：很明显，ZK-Rollups在这方面领先。Loopring、zkSync?等方案在支付领域被欢迎，其ERC-20Token转账的费用在0.10美元左右。撰写本文时，基于ZK-Rollup技术的去中心化交易平台?ZigZag?上的固定费用是0.28美元，包括Gas费和交易费。

同时，去中心化衍生品交易平台?dYdX?平台没有面向用户的Gas费用，但我们可以计算该平台的交易费用：在交易量较高时，每笔交易他们都要向以太坊支付0.08美元的Gas费；在交易量较少的日子，则是在0.10美元左右。

数据：以太坊非零地址总数再创新高:Glassnode数据显示，以太坊非零地址总数再创新高，达42,472,084个。前高点42,468,719出现在2020年6月27日。[2020/6/28]

现在，OptimisticRollup很有可能能够提供这一范围的费用——实际上，Worldcoin项目计划使用的?Hubble?(基于OptimisticRollup的L2网络)的ERC-20转账费用目前低于0.10美元的范围。我们继续转向智能合约Rollups——为什么当前?Optimism和Arbitrum?网络上的费用如此之高？撰文时，根据Lefees.info的数据，Optimism上的Token兑换费为0.85美元，而Arbitrum的为1.35美元，这实在是太高了！

答案很简单：这些OptimisticRollups本身还没有优化，而且大多数早期在OptimisticRollups上部署的dApps项目都是以太坊上原有项目的分叉版本，并不是针对OptimisticRollups而设计的。最近，通过专门针对OptimisticRollups而进行优化的?AaveV3?成功地降低了约10倍的费用！

但是还会有更多的优化。签名聚合/压缩将使得每笔交易直接节省约1,000Gas。调用数据(calldata)的基本压缩可以直接节省2.5倍，且更多更先进的方案将会出现。随着OptimisticRollups以及部署在其上的dApps的优化，OptimisticRollups的交易费用将很容易达到0.01-0.10美元的范围。

等等，这是以太坊发展路线图中的TheSurge阶段(即通过分片(sharding)大幅提高Rollups的可扩展性)到来之前的情况！如果2022年末的以太坊上海硬分叉升级(这将是以太坊合并后的首次升级)进展顺利，那么第一步将很可能是引入“携带blob的交易”(blob-carryingtransactions，这是Vitalik提议的一种新的交易格式)，这将使得calldata(调用数据)的成本降至大约为零，且并且OptimisticRollups实际上将变得更加便宜！

今天，ZK-Rollups有着较高的固定成本。当前，ZK-Rollups要更便宜，因为其调用数据成本超过了该固定成本；但是，随着调用数据成本变得可以忽略不计，交易费将完全由ZK-Rollups的固定成本主导。而?ZK-Rollups的运行成本要高得多。

很明显，现在有很多不同的证明系统，成本也不同，但通常的估计是0.01-0.02美元。这将是ZK-Rollups的一个最低成本。然而，如果它们愿意，OptimisticRollups可以自由地下降至更低：由于一个成熟的OptimisticRollups成本99%是调用数据成本，它们可以以微不足道的成本访问~5200TPS的blobspace。

动态 | 以太坊2.0开发团队正式发布Lighthouse公共测试网:今日，以太坊2.0开发团队Sigma Prime正式发布第一个具有主网配置的Eth2公共测试网——Lighthouse公共测试网，这也是Lighthouse（v0.1.0）的首次正式发布。该测试网有两个显著特征：1.使用主网规范（进行了小幅修改）；2.有超16,384 个验证器（validators）。[2019/12/10]

顺便说一下，OptimisticRollups也将比Validiums方案更便宜，因为这个最低成本也适用于Validiums！我相信?zkPorter的交易成本在0.01-0.03美元之间，而OptimisticRollups的成本可以远低于这个水平。就我个人而言，出于交易质量的原因，我不建议使用这种方案，但在这种情况下，OptimisticRollups最终将获得更高的“利润”，可以重新分配给利益相关者，或将其用于公共产品融资、开发等等。

当然，最终，~5200TPS会饱和，如果有超过这个的巨大需求，调用数据成本将再次开始上升。但是，到那时，Danksharding?将会推出，首先将这个空间扩展到125,000TPS，然后在数年内扩展到数百万TPS。长期来看，调用数据成本绝对不会成为瓶颈——瓶颈将是Rollups本身。重申一下，瓶颈将是Rollups本身，而不是以太坊。

长期来看，随着ZK-Rollups的成熟，我们将有ASIC证明者，ZK-Rollups的成本也将变得微不足道。届时，ZK-Rollups的优势——最明显的是即刻取款(无需等待)——将胜出。对于一些具有高度压缩状态增量的用例(如dYdX)，它们很快就会比OptimisticRollups便宜得多。

最终性(Finality)

说到这，一个常见的误解是，OptimisticRollups有7天的敲定期。但实际上，OptimisticRollups将比ZK-Rollups更快地实现与L1相同的最终性(finality)。我们已经看到OptimisticRollups每5到10分钟提交一个交易批次，所以这就是延迟。这7天是为了确保维持这一最终性，并假设至少有一个实体会维持该最终性。

随着OptimisticRollups的扩展，这些交易批次将更加频繁地被提交，且当达到大约20TPS时，OptimisticRollups可以在每个区块进行提交，此时OptimisticRollups的最终性将等于L1的最终性。由于ZK-Rollups的固定成本要高得多，在每个区块进行提交将需要更多的活动(>100PTS)才能实现。然而，通过Vitallik提出的这个blob交易EIP(以太坊改进提案)，ZK-Rollups可以重新设计，将一些证明提交给blob，所以这可能不是一个问题。

那么，OptimisticRollups的这7天是什么呢？因为挑战期是7天，所以有一种交易确实有7天的敲定期，即从OptimisticRollups取款至L1链。对于某些情况，比如跨链NFTs，这可能是一种挑战。然而，我们已经看到了许多在OptimisticRollups上线的「桥」，且随着OptimisticRollups的成熟，活动&流动性将提高，届时这7天的挑战期将不再是一个问题。更大的问题是ZK-Rollups支持了许多新用例和跨Rollup活动，而这些用例和活动是无法在OptimisticRollups上实现的。

比如，借助于Danksharding，ZK-Rollups可以同步调用L1,我甚至推测，如果我们通过crLists实现L1预确认，不同的ZK-Rollups之间的某种程度的可组合性将是可能的！OptimisticRollups被排除在这些新颖和创新的场景之外。附录：虽然OptimisticRollups可以进行隐私交易，而ZK-Rollups将能够以低得多的成本进行此类交易。

吞吐量

特定于应用程序的Rollups相当精简，并且可以大规模扩展。如果我没记错，早在2020年年中，StarkEx就演示了9000-18000TPS。然而，对于智能合约Rollups来说，情况更加具有挑战性。我们已经看到StarkNet只能够比dYdX或ImmutableX的吞吐量更低，并将吞吐量优化作为一个最高优先级。因为Optimism和Arbitrum都是基于EVM客户端，所以它们a)拥有经过实战测试的代码库，b)相对优化的客户端。

几天前，我询问在需要并行性之前EVM可以扩展到什么程度，AlexeySharp认为Erigon可以扩展到500MGas/秒。因此，对于优化的基于EVM的OptimisticRollups有很大的空间，并且可以通过多线程客户端或多个实例/递归Rollups提供更多的空间。

这是我们争论的焦点：因为OptimisticRollups有一个诚实的少数假设，你不能将系统需求推得太紧。要清楚的是，因为这是一个诚实的少数假设而不是单片式L1s的那种诚实的大多数假设，因此OptimisticRollups可以比任何单片式L1区块链更安全。但是你仍然需要有一个限制，这个限制在默认情况下需要低于ZK-Rollups，因为ZK-Rollups可以很容易地通过有效性证明进行验证。

但是OptimisticRollups有一个解决方案——无状态客户端。我在Optimism的路线图上看到了这一点，但我不记得在哪里了。使用无状态客户端，验证OptimisticRollups非常容易，使用正确的工具验证交易将非常简单。

此外，因为可以很容易地直接从L1重构Rollup的状态，所以通过借助状态过期，Rollups比L1更具有侵略性。一旦实现了无状态性和高频率状态过期，Rollups将已经克服了状态膨胀的严重问题！此外，你还拥有像FuelV2这样的新解决方案，它通过类似UTXO(未花费交易输出)的系统进行并行化。

话虽如此，通过递归有效性证明，ZK-Rollups仍然是实现网络最大吞吐量的更优雅的解决方案。很有可能的是，在StarkNet自身日趋成熟的同时，我们看到特定于应用程序的ZK-Rollups在其之上构建了巨大的吞吐量，且作为一个整体，StarkNet的规模远远超过任何OptimisticRollups。然而，其中的权衡是原子可组合性——除非ZK-Rollups团队的向导很快发现这一点！

总结

最终，这一切都与时间线有关。

对于特定于应用程序的链而言，ZK-Rollups已经是大多数情况下的最佳解决方案。这对于任何使用过dYdX、zkSync、Loopring或ImmutableX的人来说都是非常明显的。会有一些权衡，但所有这些都将在今年年底前完成(比如dYdXV4)。

智能合约：单片式L1链还有一年的时间保持相关性。对于这些单片式L1链来说，不祥预兆已成定局，除了紧急转向使用欺诈证明，有效性证据和DA(数据可用性)证明，别无他途。

OptimisticRollups将比ZK-Rollups扩展得更快。OptimisticRollups的很多代码库已经成熟，一旦定序和可升级性实现了去中心化，OptimisticRollups将准备好被大规模采用。到2022年底，OptimisticRollups可能会迎来低于一美分的Gas费用，完全实现去中心化，并且本质上有着与以太坊L1一样的安全性和最终性，并拥有足够的流动性用于快速取款。且随着2023年无状态性(statelessness)和状态到期(stateexpiry)的实施，OptimisticRollups将继续改善。

ZK-Rollups将继续演化、成熟和久经测试，优化证明时间，转移到GPU证明者并最终转向ASIC证明者。它们新颖的虚拟机和定序器节点也将随着时间的推移而成熟和扩展。到2023年底，我预计ZK-Rollups将赶上并取代OptimisticRollups。但OptimisticRollups将继续发挥作用直至2024/25年，到那时，我预计大多数OptimisticRollupsor将成为ZK-Rollups，或至少使用有效性证明取代它们的欺诈证明系统。

我曾说过多次，我的时间范围是5-10年。但是Rollups和DAS(数据可用性抽样)的发展是如此之快，我现在认为它的结局就在眼前，并且将在5年内发生。

感谢Reddit用户u/proof_of_lake的校对。

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