原文作者：Paween Pitimanaaree
轉(zhuǎn)載自：金色財經(jīng)
以太坊一直是用戶和開發(fā)人員的首選區(qū)塊鏈，在 DeFi 和 NFT 上的 TVL 超過 550 億美元。然而，如此高的網(wǎng)絡(luò)采用率也給以太坊網(wǎng)絡(luò)帶來了重大問題，尤其是在其可擴展性方面，因為目前的網(wǎng)絡(luò)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(fā)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(tài)通道、Plasmas、Validiums、Rollups 和側(cè)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(zhì)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(fā)展的。
以太坊擴展解決方案的示例。（* 側(cè)鏈可以擴展以太坊，但不能從以太坊的安全性中受益）
狀態(tài)通道是以太坊擴容最早也是最簡單的方法。關(guān)鍵思想是在鏈下處理交易，只將最終結(jié)果發(fā)布回主網(wǎng)絡(luò)。這將減少到主網(wǎng)的不必要的中間交易，從而減少潛在的網(wǎng)絡(luò)擁塞。
狀態(tài)通道用戶流。以太坊交易的數(shù)量可以減少到 2 筆——打開和關(guān)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(zhuǎn)賬。如果 A 向 B 發(fā)送 10 美元，B 向 A 發(fā)送 5 美元，最后 A 向 B 發(fā)送 20 美元。而不是在鏈上分別發(fā)送這 3 筆交易，如果他們同意 A 應(yīng)該在單筆交易中向 B 發(fā)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(tài)通道并將資金鎖定在主網(wǎng)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(guān)閉通道后才將最終狀態(tài)更新到以太坊。
狀態(tài)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(xié)議更加復(fù)雜。
智能合約 dApp 通常可以由任何人在以太坊或狀態(tài)通道上無需許可地進行交互，從而在每個網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建不同的事實。
Plasma 定期將 Merkle 根狀態(tài)哈希發(fā)布到以太坊。在有人提供欺詐證明并質(zhì)疑其有效性之前，所有狀態(tài)更新都被視為有效。
Plasma 鏈只是一個由運營商運行的獨立區(qū)塊鏈，它定期將檢查點保存到以太坊網(wǎng)絡(luò)。這些檢查點存儲為 Merkle 根狀態(tài)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(xiàn)可擴展性，同時利用以太坊層來驗證 Plasma 鏈的狀態(tài)更新正確性。
為了確保狀態(tài)轉(zhuǎn)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(nèi)對其提出質(zhì)疑（通過提供使過渡無效的證據(jù)）。任何不正確的狀態(tài)轉(zhuǎn)換都將被簡單地丟棄，而新的轉(zhuǎn)換將建立在先前正確的轉(zhuǎn)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(dāng)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?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換無效。因此，運營商的任何惡意行為（例如運營商從另一個賬戶竊取資金）最終都會在主網(wǎng)中被接受。
在這種情況下，為所有用戶實施“大規(guī)模退出”方案，以使用最新的有效狀態(tài)退出 Plasma 生態(tài)系統(tǒng)。但是，整個狀態(tài)數(shù)據(jù)將被轉(zhuǎn)儲到以太坊上，這可能會引發(fā)網(wǎng)絡(luò)擁塞。
另一個問題是非 EVM 兼容性。通用智能合約的狀態(tài)沒有明確的類似所有權(quán)的結(jié)構(gòu)，這意味著任何人都可能在狀態(tài)轉(zhuǎn)換中取得進展，從而使這些合約無法退出游戲。
Validium 在以太坊上發(fā)布 Merkle 根狀態(tài)哈希和 ZK 證明作為檢查點。狀態(tài)更新的正確性由 ZK 證明來驗證。
Validium 還運行自己的區(qū)塊鏈并將 Merkle 根狀態(tài)哈希發(fā)布到以太坊，類似于 Plasma。它們的主要區(qū)別在于狀態(tài)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。
ZK 證明是生成的計算連同狀態(tài)更新一起提交給以太坊，以確保狀態(tài)轉(zhuǎn)換是有效的。盡管 ZK 證明的復(fù)雜生成過程可以在鏈下計算，但鏈上驗證相當(dāng)容易。這使得 Validium 可以在以太坊上更新狀態(tài)和證明后立即確定。
然而，由于其復(fù)雜的密碼計算，ZK 證明與 EVM 字節(jié)碼存在兼容性限制。因此，當(dāng)前可用的 Validium 應(yīng)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(shù)據(jù)可用性仍然是一個問題。Validium 仍然依賴于鏈下數(shù)據(jù)存儲（通過數(shù)據(jù)可用性委員會或 DAC）來確保交易數(shù)據(jù)始終可以重建為完整的區(qū)塊鏈狀態(tài)。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 發(fā)布狀態(tài)根和壓縮交易信息（加上 ZK Rollup 中的 ZK 證明）。
Rollup 解決了數(shù)據(jù)可用性問題。它們可以被認為是下一代 Plasma 鏈和 Validium。除了狀態(tài)更新（在 ZK Rollup 的情況下加上 ZK 證明）之外，交易信息作為 calldata 在以太坊上發(fā)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(qū)塊鏈的當(dāng)前狀態(tài)。因此，我們不需要單獨依賴任何第三方，如 DAC 來存儲狀態(tài)樹。
有兩種主要類型的 Rollup：Optimistic Rollup 和 ZK Rollup。
與 Plasma 鏈的工作方式類似，Optimistic rollups 認為狀態(tài)轉(zhuǎn)換是有效的，直到有人挑戰(zhàn)。任何人都可以通過在以太坊網(wǎng)絡(luò)上的“驗證者合約”上實施的防欺詐機制來質(zhì)疑并聲稱狀態(tài)更新不正確。
防欺詐機制有多種方法：
最終，防欺詐可確保以太坊上發(fā)布的狀態(tài)有效且完全可重構(gòu)，而無需信任外部各方。Optimistic rollups 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 Optimistic Rollup 作為以太坊擴展解決方案被廣泛采用。
ZK rollup 只是 Validium 和數(shù)據(jù)可用性的結(jié)合。該鏈定期在以太坊上提交其哈希狀態(tài)以及壓縮的交易數(shù)據(jù)，并使用有效性證明來驗證狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
與 Validium 類似，ZK Rollup 無法有效地與 EVM 兼容，因為為完全集成的 EVM 環(huán)境生成證明可能需要數(shù)小時才能完成。追求使用 EVM 或 ZK-EVM 開發(fā) ZK rollup 的項目正在平衡 EVM 兼容性和性能之間的權(quán)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 Type 4（例如 zkSync 和 Warp）和 Type 3（例如 Scroll 和 Polygon Hermez）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(fā)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(fā)，我們應(yīng)該能夠看到 Type 2 和 Type 1 ZK-EVM 在未來變得普遍。
側(cè)鏈?zhǔn)仟毩⒌膮^(qū)塊鏈，運行自己的區(qū)塊參數(shù)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(cè)鏈不會將任何交易或狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)布到以太坊；因此不要繼承以太坊的安全性。由于側(cè)鏈有自己的區(qū)塊參數(shù)，它們可以通過調(diào)整某些參數(shù)（例如減少區(qū)塊時間或增加塊大?。┹p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(xiàn)這些目標(biāo)，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(cè)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。
過去的擴展解決方案隨著時間的推移而發(fā)展——解決了以前擴展設(shè)計中的關(guān)鍵問題，例如狀態(tài)轉(zhuǎn)換驗證和數(shù)據(jù)可用性。在當(dāng)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(lǐng)域，以實現(xiàn)進一步的安全性、去中心化和可擴展性：
雖然像 Rollup 這樣的鏈下擴展解決方案已經(jīng)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(chǔ)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(xié)同提升以太坊的可擴展性。
憑借足夠的可擴展性，以太坊可以支持當(dāng)前使用的 web2 服務(wù)（如 Visa）的高交易吞吐量。向金融的未來邁出了重要的一步。
