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干货|深入了解以太网的各层扩展解决方案

来源:btcv-光复资讯  |   作者:btcv-光复资讯  |   时间:2020-08-27 07:23  |   点击量:

自从德菲热席卷了以太网,导致了以太网的拥堵,燃气的成本创下了历史新高。我们一直关注以太网扩展的实际问题:以太网2.0还没有推出,更实用的第2层解决方案有望解决以太网扩展的问题。

这一次,Celer团队的迈克尔被邀请参加分布式课程,专注于“链外”技术,包括状态通道、等离子、卷起等。

(迈克尔毕业于麻省理工学院,获得计算机科学硕士学位。Michael目前负责区块链技术的研究,尤其是各种两层扩展技术的研究,并参与了Celer通用状态渠道、状态守护侧链(SGN)和混合汇总的设计和开发。(

状态通道

优点:延迟低,实时性高

缺点:用户人数有限,资金利用率低

用途:小额支付/预测市场/赌球赛马

在正常情况下,双方将在该链下建立一个状态通道,交换签名信息的私钥,并在该链下进行交易。当时,比特币实现了一个名为闪电网的支付渠道网络,将状态渠道相互连接起来:即使用户没有直接的状态渠道,他们也可以通过几个中间节点层层转发,相当于渠道网。

基本上,状态通道的延迟可以实现互联网的延迟。例如,服务器之间的延迟是多少,这个状态通道的延迟是多少。在市场上,通过其他链发送交易的速度约为几秒钟。但是状态通道通常是毫秒。此外,它还具有实时性高的优点。

地位渠道是扩大规模的一种手段。扩大规模意味着通过技术手段(如碎片化)线性扩展区块链。例如,以太网2.0启动64个片,然后它的容量增加64倍。至于状态频道,现在它可以同时支持1000个在线用户,将来可能会支持多达64000个用户,这仍然很低。

尽管状态通道的扩大意味着节点越多,网络越大,容量越大。这只是一个很好的想法,事实上,它受到一个很大的限制:——低流动性利用。状态渠道是双方将钱存入链中,然后相互发送和支付的渠道。第一步是把钱放进链条,这是有限的。也就是说,例如,你手里有1000个以太,而状态通道只能发送1000个以太。如果你突然发送超过2000个以太,它就无能为力了。

因为容量可以扩大,但没有办法扩大资金的流动性。如果一个用户向另一个用户发送一大笔钱,那么在现实生活中,中间的每个转发节点都不可能有这么大的容量。当每个人都把这么多钱锁在一个状态通道里,如果只能通过状态通道转发,效率就很低。

状态频道只能支持小额支付。闪电网络实际上并不大,这可能与资金利用率低有关。此外,很难将一般的dAPP移动到状态通道。我们试图把五子棋移到状态频道。虽然我们为其他项目开发编写了sdk,但是他们仍然觉得这个开发相当困难。

此外,状态机只适用于这个固定数量的人。也就是说,将uniswap放在状态机上是不现实的。因为这个dAPP中有无限的用户,所以没有固定的用户集。即使你将棋盘游戏或大型个人电脑游戏移到状态频道,这些游戏也必须以状态机的形式编写。它们的每个状态转换都应该写得非常清楚。

理论上,你可以把任何单机游戏移到状态频道。但实际上,没有人会这样做,除非你不太信任游戏服务器。一般来说,预测市场和赌马(每个人都在瞬息万变的场景中做预测)可以转移到状态频道。

侧链

优点:代码和数据独立

不增加主链的负担

缺点:安全性弱

侧链的本质是在这个基本层上构建另一个链,然后使用一组完全不同的验证器。它的整体安全性是分离的:主链具有主链的安全性,而侧链具有侧链的安全性。

将主链从POW转移到POS将具有更强的安全性,但是侧链具有更少的验证器和更弱的安全性:例如,Cosmos只有100个验证器。

侧链的TPS依赖于它的验证者。被验证的人越多,它的TPS就越低。侧链的延迟相对较低,比状态信道的毫秒级高,比主链的延迟低几十秒。

状态通道的安全性是双方互相签署,这意味着他们拥有主链的安全性。只要一方作恶,另一方就可以把它交给主链来解决争端。侧链意味着你应该相信大多数验证者是好人,所以它的安全性比主链低得多。

Roll up/Plasma

Plasma:缺点是无法应用到智能合约上

用户跑节点的负担重

Roll Up:优点是数据在链上,

可以随时验证(也是和Plasma唯一的区别)

链下支付可以用任何代币支付

而链上支付只能用ETH

卷起是一个已经燃烧了19年的概念。等离子体,类似于卷起,是一个很有前途的解决方案,在以太网,并认为五神。等离子的问题是它只能支付好的款项,但是它不能对稍微复杂的智能合同做任何事情。邪恶的一方不会把数据提交给你,所以争议至少要等两个星期才能解决。用户无法接受此过程。另外,由于等离子的数据都在链下,运行等离子的用户的节点负担很重:如果你长时间运行,会消耗几十克或几百克,这对手机来说是无法承受的。

“卷起”是在19年前提出的,在我看来这是一个折中的办法。汇总是数据欺诈,是计算链下的计算链。那么关键的一点是,并非所有的数据都在链中,链中的数据只限于每个事务的输入,而不包括其最终状态。例如,当你从甲走到乙,我只告诉你路径;但是你在甲所做的和你在乙所做的都被记录在链条下。

任何人和任何用户都可以查看“向上滚”块,即打包的事务,然后在这种状态下替换它。如果状态转换是错误的,用户可以在链上提交欺诈证明并消除验证者。因为验证者在链中有一个承诺,如果他做了坏事,他的承诺将被没收。虽然不是每一卷都会被验证,但验证者会继续运行,一旦发现有欺诈行为(例如,甲给了乙1元,但记录显示甲给了乙3元),就可以得到相应的奖励。这个过程可以理解为任何人都可以进行抽查和检查。

他的优势是数据在链中,可以被用户随时验证,而且不会有像等离子这样的数据可用性问题。验证结果是唯一的。如果验证者在链下运行该智能契约一次,他将发现验证链下的计算是否与链上的智能契约一致。从经济学的角度来看,一般的验证者不太可能做坏事,因为他的承诺金额太大。

卷起和等离子实际上非常相似。只有当“向上滚动”将数据放到链上时,欺诈的过程才会非常简单。卷起TPS将是主链的数百倍,一般在几十万级;根据不同的服务,如果应用程序简单,它应该能够达到数千个级别。而等离子体的TPS可以达到数万。

Optimistic Roll UP / ZK Roll Up

Optimistic Roll UP:

可以支持通用的智能合约

缺点:需一到两周时间去跑证明

ZK Roll UP:可以支持支付以及DEX

缺点:耗内存和CPU/无法支持智能合约

离落地还有时间

最佳累计在技术上比ZK累计简单得多。它的优点是可以支持一般的智能合同。ZK与乐观主义的区别在于,欺诈证明变成了有效性证明。这两种验证方法相当于两种不同的思维方式:最优汇总是乐观的思维,也就是说,我相信验证者不会做坏事;ZK是悲观的,他认为验证者仍然会做坏事,所以有必要生成一个零知识证明,然后将它和Roll Up一起打包到链中。您不需要运行状态转换来验证,因为这个转换已经通过了零知识证明。

这类似于法律证明,即证明你的清白或证明你是一个好人。《ZK卷起》相当于自证其罪。事实上,最优和ZK都涉及到最后一个问题。最佳汇总的最终结果相对较长。用户尚未运行此证书,取现期需要一至两周。在此期间,系统会给足够多的人提供足够的窗口来验证此事。ZK不会遇到这个问题,因为一旦它的零知识被证明,它的终结性就会被证实。

那么《ZK卷起》有什么问题吗?它对这个节点有非常非常高的要求。ZK卷起消耗中央处理器和内存,需要一个强大的服务器来做这个包装。另一方面,优化汇总对包装人员来说要求不高。唯一的要求是验证者在链上保证他不会做坏事。

由于ZK的复杂性,它只能用于某些特定的应用:例如,支付和直接执行。此外,ZK还包含零知识电路,这是密码学中一个非常新的概念,目前存在潜在的安全风险。

Hybrid Roll Up

避免了中心化的问题,引入了侧链做打包人

混合卷起是侧链和卷起的组合。我们发现一个问题,包装可能非常集中,如道路印刷。然而,ZK辊的集中化问题更严重,因为它对包装的高要求。这将导致一个问题:如果道路打印的服务器过期,机器将关闭,交易所将进入现金提取模式,这相当于变相解散。为了防止这种风险,我们牺牲了一些TPS并引入了侧链验证器。

混合卷装的优点:首先,不会有单一的封隔器和单一的故障点,因为它需要一个侧链来包装在一起。其次,作恶的可能性更小,因为所有的节点都需要一起加强才能作恶。安全性是双重的:侧链和卷起的双重安全性可以防止人们作恶。

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