作者:Vitalik,以太坊創(chuàng)始人;翻譯:金色財(cái)經(jīng)0xjs

以太坊L2生態(tài)系統(tǒng)在過去一年中迅速擴(kuò)張。ZK-EVM Rollup生態(tài)系統(tǒng)傳統(tǒng)上以StarkNet、Arbitrum、Optimism和Scroll為主,目前進(jìn)展迅速,在提高安全性方面取得了長足進(jìn)步;L2beat頁面很好地總結(jié)了每個(gè)項(xiàng)目的狀態(tài)。此外,我們還看到構(gòu)建側(cè)鏈的團(tuán)隊(duì)也開始構(gòu)建rollups ( Polygon )、尋求成為validiums 的L1項(xiàng)目 ( Celo ) 以及全新的工作 ( Linea、Zeth ...)。

其不可避免的后果之一是我們看到Layer 2項(xiàng)目變得更加異構(gòu)的趨勢。

我預(yù)計(jì)這種趨勢將持續(xù)下去,原因如下:

• 一些目前獨(dú)立的Layer 1的項(xiàng)目正在尋求更接近以太坊生態(tài)系統(tǒng),并可能成為 Layer 2。這些項(xiàng)目可能需要逐步過渡?，F(xiàn)在一次性全部轉(zhuǎn)換會導(dǎo)致可用性下降,因?yàn)樵摷夹g(shù)尚未準(zhǔn)備好將所有內(nèi)容rollup起來。稍后一次性全部轉(zhuǎn)型可能會犧牲動力,而且為時(shí)已晚,沒有任何意義。

• 一些中心化項(xiàng)目希望給用戶更多的安全保證,并正在探索基于區(qū)塊鏈的路線。在很多情況下,這些項(xiàng)目在以前的時(shí)代都會探索“許可聯(lián)盟鏈”。實(shí)際上,他們可能只需要“妥協(xié)方案”(halfway-house)級別的去中心化。此外,它們通常具有非常高的吞吐量,因此甚至不適合rollup,至少在短期內(nèi)是這樣。

• 非金融應(yīng)用程序,如游戲或社交媒體,希望實(shí)現(xiàn)去中心化,但只需要中等程度的安全性。在社交媒體案例中,這實(shí)際上涉及以不同方式對待應(yīng)用程序的不同部分:用戶名注冊和帳戶恢復(fù)等罕見且高價(jià)值的活動應(yīng)在rollup上完成,但發(fā)帖和投票等頻繁且低價(jià)值的活動則需要較低的安全性。如果鏈的故障導(dǎo)致你的帖子消失,這是可以接受的成本。如果鏈的故障導(dǎo)致你失去帳戶,那就是一個(gè)更大的問題。

一個(gè)重要主題是,雖然目前以太坊L1上的應(yīng)用程序和用戶可以在短期內(nèi)支付較小但仍然可見的Rollup費(fèi)用,但來自非區(qū)塊鏈?zhǔn)澜绲挠脩?/strong>不會:如果你之前支付1美元,則更容易證明支付 0.10 美元是合理的。但如果你之前支付 0 美元,則會大不相同。這既適用于當(dāng)今中心化的應(yīng)用程序,也適用于較小的L1層,這些應(yīng)用程序的費(fèi)用通常非常低,而用戶群仍然很小。

一個(gè)自然出現(xiàn)的問題是:對于特定的應(yīng)用程序,rollups、validiums和其他系統(tǒng)之間的復(fù)雜權(quán)衡中哪一個(gè)有意義?

Rollups、validiums、斷連系統(tǒng)

我們要探討的安全性與擴(kuò)展的第一個(gè)維度可以描述如下:如果你有一個(gè)在L1上發(fā)行的資產(chǎn),然后存入L2,然后轉(zhuǎn)移給你,你有什么程度的保證,你會得到什么?能把資產(chǎn)帶回L1嗎?

還有一個(gè)并行的問題:導(dǎo)致這種保證水平的技術(shù)選擇是什么,以及該技術(shù)選擇的權(quán)衡是什么?

我們可以用圖表簡單地描述這一點(diǎn):

值得一提的是,這是一個(gè)簡化的模式,并且有很多中間選項(xiàng)。例如:

• Rollup 和 validium 之間:任何人都可以進(jìn)行鏈上支付以支付交易費(fèi)用的 validium,此時(shí)運(yùn)營商將被迫在鏈上提供一些數(shù)據(jù),否則會損失押金。

• Plasma 和 validium 之間:Plasma系統(tǒng)提供類似rollup的安全保證以及鏈下數(shù)據(jù)可用性,但它僅支持有限數(shù)量的應(yīng)用程序。系統(tǒng)可以提供完整的 EVM,并為不使用這些更復(fù)雜應(yīng)用程序的用戶提供 Plasma 級保證,并為使用這些更復(fù)雜應(yīng)用程序的用戶提供 validium 級保證。

這些中間選項(xiàng)可以被視為介于rollup和validium之間。但是,是什么促使應(yīng)用程序選擇該頻譜上的特定點(diǎn),而不是更左或更右的某個(gè)點(diǎn)?這里,有兩個(gè)主要因素:

1、以太坊原生數(shù)據(jù)可用性的成本,隨著技術(shù)的進(jìn)步,成本將隨著時(shí)間的推移而降低。以太坊的下一個(gè)硬分叉Dencun引入了EIP-4844(又名“proto-danksharding”),它提供約 32 kB/秒的鏈上數(shù)據(jù)可用性。在接下來的幾年中,隨著完整 danksharding的推出,這一數(shù)字預(yù)計(jì)將分階段增加,最終目標(biāo)是約 1.3 MB/秒的數(shù)據(jù)可用性。同時(shí),數(shù)據(jù)壓縮的改進(jìn)將使我們能夠用相同數(shù)量的數(shù)據(jù)做更多的事情。

2、應(yīng)用程序自身的需求:與應(yīng)用程序中的某些問題相比,用戶會因高額費(fèi)用而遭受多少損失?金融應(yīng)用程序會因應(yīng)用程序故障而損失更多;游戲和社交媒體涉及每個(gè)用戶的大量活動,且活動價(jià)值相對較低,因此不同的安全權(quán)衡對他們來說是有意義的。

大約,這種權(quán)衡看起來像這樣:

另一種值得一提的部分保證是預(yù)確認(rèn)(pre-confirmations)。預(yù)確認(rèn)是由一些參與者在rollup或validium中簽名的消息,表示“我們證明這些交易包含在這個(gè)訂單中,并且后狀態(tài)根就是這個(gè)”。這些參與者很可能會簽署與后來的實(shí)際情況不符的預(yù)確認(rèn),但如果他們這樣做,押金就會被燒毀。這對于消費(fèi)者支付等低價(jià)值應(yīng)用程序非常有用,而數(shù)百萬美元的金融轉(zhuǎn)賬等高價(jià)值應(yīng)用程序可能會等待由系統(tǒng)完全安全性支持的“常規(guī)”確認(rèn)。

預(yù)確認(rèn)可以被視為混合系統(tǒng)的另一個(gè)例子,類似于上面提到的“plasma/validium混合”,但這次是在具有完全安全性但高延遲的rollup(或validium)和具有安全級別低得多,延遲低。需要較低延遲的應(yīng)用程序的安全性較低,但可以與可以接受較高延遲的應(yīng)用程序生活在同一生態(tài)系統(tǒng)中,以換取最大的安全性。

無需信任地讀取以太坊

另一種較少被考慮但仍然非常重要的連接形式與系統(tǒng)讀取以太坊區(qū)塊鏈的能力有關(guān)。特別是,這包括在以太坊恢復(fù)時(shí)能夠恢復(fù)。要了解為什么這是有價(jià)值的,請考慮以下情況:

假設(shè)如圖所示,以太坊鏈恢復(fù)。這可能是一個(gè)epoch內(nèi)的暫時(shí)性問題,而鏈尚未最終確定,也可能是一個(gè)不活動漏洞( inactivity leak)期,其中鏈在較長時(shí)間內(nèi)沒有最終確定,因?yàn)樘囹?yàn)證者處于離線狀態(tài)。

由此可能出現(xiàn)的最壞情況如下。假設(shè)上面鏈的第一個(gè)區(qū)塊從以太坊鏈上最左邊的區(qū)塊讀取一些數(shù)據(jù)。例如,以太坊上有人將 100 ETH 存入上面鏈。然后,以太坊恢復(fù)。然而,上面鏈不會恢復(fù)。因此,上面鏈的未來區(qū)塊正確地遵循來自新正確的以太坊鏈的新區(qū)塊,但現(xiàn)在錯(cuò)誤的舊鏈接(即 100 ETH 存款)的后果仍然是上面鏈的一部分。這種漏洞可以允許印鈔,將上面鏈上橋接的 ETH 轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠謨洹?/p>

有兩種方法可以解決這個(gè)問題:

1、上面鏈只能讀取以太坊的最終確定的區(qū)塊,因此它永遠(yuǎn)不需要恢復(fù)。

2、如果以太坊恢復(fù),上面鏈可能會恢復(fù)。兩者都可以防止這個(gè)問題。前者更容易實(shí)現(xiàn),但如果以太坊進(jìn)入不活動漏洞( inactivity leak)期,可能會導(dǎo)致長時(shí)間喪失功能。后者更難實(shí)現(xiàn),但始終確保最佳的功能。

請注意,(1) 確實(shí)有一種邊緣情況。如果對以太坊的 51% 攻擊創(chuàng)建了兩個(gè)新的不兼容的區(qū)塊,并且這兩個(gè)區(qū)塊同時(shí)出現(xiàn),那么上面鏈很可能會鎖定錯(cuò)誤的區(qū)塊(即以太坊社會共識最終不支持的區(qū)塊),并且會必須恢復(fù)以切換到正確的位置?？梢哉f,沒有必要提前編寫代碼來處理這種情況;它可以簡單地通過硬分叉上面鏈來處理。

一條鏈以無需許可方式讀取以太坊的能力很有價(jià)值,原因有兩個(gè):

1、它減少了將以太坊(或其他 L2)上發(fā)行的代幣橋接到該鏈所涉及的安全問題

2、它允許使用共享密鑰庫架構(gòu)的賬戶抽象錢包安全地保存該鏈上的資產(chǎn)。

1很重要,盡管可以說這種需求已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可。2也很重要,因?yàn)檫@意味著你可以擁有一個(gè)允許輕松更改密鑰并保存跨大量不同鏈的資產(chǎn)的錢包。

擁有一座橋會讓你成為valium嗎?

假設(shè)上面的鏈最初是一條單獨(dú)的鏈,然后有人在以太坊上放置了一個(gè)橋接合約。橋接合約只是一個(gè)接受上面鏈區(qū)塊頭的合約,驗(yàn)證提交給它的任何區(qū)塊頭是否帶有有效證書,表明它已被上面鏈共識接受,并將該區(qū)塊頭添加到列表中。應(yīng)用程序可以在此基礎(chǔ)上構(gòu)建來實(shí)現(xiàn)諸如存入和提取代幣之類的功能。一旦這樣的橋就位,是否可以提供我們之前提到的任何資產(chǎn)安全保證?

到目前為止,還不能!有兩個(gè)原因:

1、我們正在驗(yàn)證區(qū)塊是否已簽名,但不是狀態(tài)轉(zhuǎn)換是否正確。因此,如果你將在以太坊上發(fā)行的資產(chǎn)存入上面鏈,并且上面鏈的驗(yàn)證者發(fā)生故障,他們可以簽署無效的狀態(tài)轉(zhuǎn)換來竊取這些資產(chǎn)。

2、上面鏈仍然沒有辦法讀取以太坊。因此,如果不依賴其他一些(可能不安全的)第三方橋,你甚至無法將以太坊原生資產(chǎn)存入上面鏈。

現(xiàn)在,讓我們將橋設(shè)為驗(yàn)證橋:它不僅檢查共識,還檢查 ZK-SNARK,證明任何新區(qū)塊的狀態(tài)都已正確計(jì)算。

完成此操作后,上面鏈的驗(yàn)證者將無法再竊取你的資金。他們可以發(fā)布一個(gè)包含不可用數(shù)據(jù)的區(qū)塊,阻止所有人撤回,但他們無法竊取(除非試圖為用戶提取贖金,以換取允許他們撤回的數(shù)據(jù))。這與 validium 的安全模型相同。

然而,我們?nèi)匀粵]有解決第二個(gè)問題:上面鏈無法讀取以太坊。

為此,我們需要執(zhí)行以下兩件事之一:

1、在上面鏈中放置一個(gè)橋接合約來驗(yàn)證最終確定的以太坊區(qū)塊。

2、讓上面鏈中的每個(gè)區(qū)塊都包含最近以太坊區(qū)塊的哈希值,并具有強(qiáng)制哈希鏈接的分叉選擇規(guī)則。也就是說,鏈接到不在規(guī)范鏈中的以太坊區(qū)塊的上面鏈區(qū)塊本身就是非規(guī)范的,并且如果上面鏈的區(qū)塊鏈接到最初是規(guī)范的以太坊區(qū)塊,但隨后變得非規(guī)范,上面鏈的區(qū)塊也必須變得非規(guī)范。

紫色鏈接可以是哈希鏈接,也可以是驗(yàn)證以太坊共識的橋接合約。

這夠了嗎?事實(shí)證明,仍然不行,因?yàn)橛幸恍┬「怕是闆r:

1、如果以太坊受到51%攻擊會發(fā)生什么?

2、如何處理以太坊硬分叉升級?

3、你如何處理鏈的硬分叉升級?

對以太坊的 51% 攻擊與對上面鏈的 51% 攻擊會產(chǎn)生類似的后果,但相反。以太坊的硬分叉可能會導(dǎo)致以太坊在頂上面鏈內(nèi)的橋不再有效。如果以太坊恢復(fù)最終確定確定的區(qū)塊,則社會承諾恢復(fù);如果以太坊硬分叉,則社會承諾進(jìn)行硬分叉,是解決此問題的最干凈的方法。這樣的承諾很可能永遠(yuǎn)不需要實(shí)際執(zhí)行:如果發(fā)現(xiàn)可能的攻擊或硬分叉的證據(jù),你可以激活上面鏈上的治理小工具,并且只有在治理小工具失敗時(shí)才對上面鏈進(jìn)行硬分叉。

不幸的是,對(3)的唯一可行答案是在以太坊上擁有某種形式的治理小工具,可以使以太坊上的橋接合約意識到頂鏈的硬分叉升級。

小結(jié):雙向驗(yàn)證橋幾乎足以使一條鏈成為validium。剩下的主要成分是社會承諾,如果以太坊發(fā)生異常情況導(dǎo)致橋梁不再工作,另一條鏈將硬分叉作為響應(yīng)。

結(jié)論

“連接到以太坊”有兩個(gè)關(guān)鍵維度:

1、提現(xiàn)到以太坊的安全性

2、讀取以太坊的安全性

這些都很重要,并且有不同的考慮因素。兩種情況都有一個(gè)光譜:

請注意,這兩個(gè)維度都有兩種不同的衡量方法(所以真的有四個(gè)維度嗎?):提款的安全性可以通過 (i) 安全級別和 (ii) 受益于最高安全性的用戶或用例的百分比來衡量級別;讀取安全性可以通過以下指標(biāo)來衡量:(i) 鏈讀取以太坊區(qū)塊的速度,特別是最終確定區(qū)塊與任何區(qū)塊的速度,以及 (ii) 鏈處理邊緣情況(例如 51% 攻擊和攻擊)的社會承諾的硬分叉強(qiáng)度。

該設(shè)計(jì)空間的許多區(qū)域的項(xiàng)目都具有價(jià)值。對于某些應(yīng)用程序,高安全性和與與以太坊的緊密連接性非常重要。對于其他人來說,為了獲得更大的可擴(kuò)展性,更寬松的東西是可以接受的。在許多情況下,從今天較松散的耦合開始,并在未來十年隨著技術(shù)的進(jìn)步轉(zhuǎn)向更緊密的耦合,很可能是最佳選擇。