以太坊研究者Polynya：為什麼單片式 L1 區塊鏈是“死胡同”？

原文作者：Polynya
原文編輯：南風，Unitimes

我從來沒有寫過一篇關於“Optimistic Rollups vs. ZK-Rollups”的文章。它們都很棒。我的文章都是關於反對效率極低、無法擴展、不安全、缺乏彈性的單片式 L1 區塊鏈，我們已經看到了資本對這些 L1 網絡的荒謬配置。我唯一的目的是看到區塊鏈以技術、經濟和社會可持續的方式擴展到全球無所不在。單片式 L1 區塊鏈網絡不僅是不可持續的，實際上它們永遠也無法提供所需的吞吐量——而且與目標相差好幾個數量級。但這不再是一個問題了——我們需要模塊化的執行層 & 數據可用性抽樣來擴展區塊鏈。這一點從來沒有這麼清楚過。我們越早認識到這一點並轉向這種方式，區塊鏈行業就會越好。是的，這只是我的觀點。和往常一樣，請將這篇文章視為業餘愛好者的意識流漫談，而不是一篇專業的研究文章。

單片式 L1 區塊鏈（依然）極為低效

我從 2020 年開始撰寫關於 Rollups 的評論，並在去年的這個時候發表博文，當時主流的說法是“Cardano/其他 L1 智能合約平台即將到來，用戶將會在一夜之間從以太坊大規模地遷往其他 L1 網絡。”之後的說法是“L2 網絡是暫時的權宜之計，實現擴展的唯一方式是 L1 網絡。”然而，即使在 2021 年底進行最溫和的測試，這些替代性 L1 網絡的敘述也以驚人的速度瓦解：

Binance 智能鏈（BSC）由於狀態膨脹而使其系統要求更高。其結果是，節點開始不同步，導致許多問題。這裡的問題在於他們一開始指定的系統要求非常低——但他們沒有告知人們，系統要求會隨着狀態膨脹呈指數增長。現在，他們在沒有充分的審計或測試的情況下進行不計後果的網絡變更。當然，切換到 Erigon 並擁有多條鏈將提供增量效益，但總是會存在嚴重的限制。

Solana 沒有犯這樣的錯誤，他們從一開始就對很高的系統要求非常開放。現在，我絕對不會對 Solana 的各種失敗和問題進行批評，因為這很大程度上是因為它是一個早期的 beta 產品。由於缺失一些特徵而導致的 bug 和問題總是會出現在 beta 項目中，無論是 Rollups、dapps 還是單片式 L1 網絡都是如此，我只希望開發人員能夠修復這些問題。但問題是，隨着時間的推移，當 Solana 成熟了，久經測試消除了 bugs，並實現了一個費用市場，它將需要提供一個遞增的吞吐量，並在技術和經濟可持續性上付出巨大的代價。Solana 本質上是不可擴展的。Optimistic Rollups 是要比 Solana 要好得多的解決方案，並且會很快成熟。

Polygon PoS 可以說是繼以太坊之後被採用最多的鏈。現在，Polygon PoS 確實是一個“提交鏈”(commit chain)，而不是一個替代性 L1 鏈，但它仍然是一個單片鏈，並受到與 L1 網絡相同的低效率約束。Polygon PoS 達到了它的極限，受到了垃圾交易的影響，提高了它們的最低 Gas 價格。但即使在那之後，還是有很多項目向它發送垃圾信息，導致 Gas 價格上漲了超過 0.1 美元。需要明確的是，這是一個比 Solana 或 Cardano 要好得多的結果，在 Solana 或 Cardano 中，在擁堵期間 99% 的交易都會失敗，只有微型 MEV 機器人會成功。值得讚揚的是，與其他單片式區塊鏈項目不同的是，Polygon 團隊非常公開地承認了這些局限性，並將所有精力投入到 ZK-Rollup 中——這實際上將實現高可擴展性。行動勝於言語，Polygon 團隊在零知識技術方面投入 10 億美元的行動值得稱讚。

說到 Cardano，他們也是一個處於非常早期的 beta 產品，和 Solana 一樣，也必須實現費用市場。Cardano 的系統要求仍然很低。最近，我看到 Cardano 社區對 Rollup 越來越感興趣，很高興看到這種情況！然而，在 Cardano 本身沒有實現數據可用性採樣之前，所有這些都是徒勞的。

我們看到還有許多其他項目沒有達到其大肆宣傳的效果。每當區塊空間飽和時，Avalanche C-Chain 的費用就會飆升——我的意思是，這是單片區塊式鏈的一個基本特徵。子網會導致安全性或去中心化的碎片化，並且將受到同樣嚴重的限制 (即費用的飆升)。至於 Avalanche 的“online Purning” (在線修剪，這裡的“修剪”是指節點壓縮過去的歷史交易)：讓我們拭目以待，但這似乎實現了 Geth 的“離線修剪”(offline purning)，並使其以更高的頻率進行修剪。這可能是 Geth 的一個很好的補充，但它絕對不能解決狀態膨脹的基本限制。我們已經看到了 Harmony 的失敗等等。但我也想強調的是這些正在為下一代構建可擴展性解決方案的項目：以太坊、Tezos、Celestia 和 Polygon Avail 的數據可用性抽樣；Mina 和 Aleo 的有效性證明；以及還有許多的 Rollups 方案，現在似乎每周都會出現新的 Rollup！很明顯，我們已經進入了「模塊化架構」的時代——很少有人會認真地構建新的單單片式 L1 區塊鏈。在緊要關頭，Polkadot 和 NEAR 等“原型模塊化”項目是中期解決方案，雖然不能解決上述許多問題，但仍保持了可持續性和安全性。如果你不關心可持續性和安全性，那麼 Dfinity/ICP 正在構建有趣的東西。

我還想明確一點，單片式 L1 區塊鏈是有一條前進的道路的：升級到下一代技術。例如，Avalanche 可以在底層實現一個“數據可用性抽樣子網”，該子網由整個驗證者集進行驗證，並引入模塊化的執行層。除非這是他們路線圖上的優先事項，否則我將繼續推動這種說法，直到這種轉變在整個行業普遍存在。

現在，並不是每一條鏈都必須是一個 Rollup 或者有着某種形式的模塊化設計。在安全性不重要的情況下，以及希望實現某種在 Rollups 中很難或不可能實現的新特性時，主權 L1 鏈仍然有其一席之地。當然，這在很大程度上是一個利基市場，但它是真實存在的。Cosmos 生態系統在這方面做得很好，Polygon Edge 也在構建引人注目的解決方案，儘管我希望看到這些鏈被證明是有效的，並且 IBC (鏈間通信) 也在進化以驗證有效性證明。跨 L1 區塊鏈的「橋」也是如此。但即便是在有效性方面被證明是完美的 L1 跨鏈橋，比如 =nil; Foundation 正在構建的「Mina <> Ethereum 橋」，仍然需要假設這條更脆弱的鏈（即 Mina 鏈）不會被攻擊；相比之下，Rollups「橋」能夠提供完整的安全保證，即使那條更脆弱的 Rollup 鏈被攻擊，你仍然可以繼承那條更強大的鏈的安全性。

最後，討論時機很重要。當前，Optimistic Rollups 還沒有準備好，所以使用這些非 beta 階段的單片式 L1 區塊鏈仍然是有意義的。應該注意的是，不管是 Optimistic Rollups 還是單片式 L1 鏈，都存在不同程度的成熟度/不穩定性，因此你必須根據具體情況進行評估。但我不會在這篇文章中對此進行論述，我唯一的興趣是從長期來看，區塊鏈可以如何大規模、可持續地進行擴展。但 Optimistic Rollups 正在迅速成熟，在成為可持續性解決方案這方面有着明確的途徑。只需要工程工作就可以實現——很有可能至少會有一個Optimistic Rollup 將實現完全的去中心化、實現數據壓縮、擁有高流動性的「橋」，並在一年的時間內擴大規模。一旦 Optimistic Rollups 準備迎接其黃金時刻，那麼所有單片式 L1 區塊鏈網絡的遊戲就都結束了。

在過去，我採取了非常長遠的觀點，因此，我可能從一個更積極的角度討論了 ZK-Rollups。我一直認為 ZK-Rollups 將是遊戲終局，並認為所有的 Optimistic Rollups 將會要麼轉變成 ZK-Rollups，要麼使用有效性證明 (validity proofs) 來取代其欺詐證明系統。但這可能是 3 年以後的事了。

上文第一部分的結論是：單片式 L1 區塊鏈是一條死胡同，在這一點上的證據是壓倒性的，所以我想把這一點徹底強調一下。以下是本文第二部分，將主要以以太坊為中心，因為以太坊是所有 Rollups 創新的所在地，而且以太坊有着最具雄心的可擴展性路線圖。

Optimistic Rollups 對比 ZK-Rollups

現在，讓我們來討論一下 Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups。順便說一下，最近我了解了 Obscuro (一個 TEE Rollup) 和 Urbit 的 Naive Rollup。Rollups 的設計空間是一個空白畫布，因此可以有多種類型的 Rollups！但是在這裡，我特別討論的是基於欺詐證明 (Optimistic Rollups) 和有效性證明 (ZK-Rollups) 的安全 Rollups。

交易費

讓我們從特定於應用程序的 Rollups 開始：很明顯，ZK-Rollups 在這方面領先。Loopring、zkSync 等方案在支付領域被歡迎，其 ERC-20 Token轉賬的費用在 0.10 美元左右。撰寫本文時，基於 ZK-Rollup 技術的去中心化交易平台 ZigZag 上的固定費用是 0.28 美元，包括 Gas 費和交易費。同時，去中心化衍生品交易平台 dYdX 平台沒有面向用戶的 Gas 費用，但我們可以計算該平台的交易費用：在交易量較高時，每筆交易他們都要向以太坊支付 0.08 美元的 Gas 費；在交易量較少的日子，則是在 0.10 美元左右。

現在，Optimistic Rollup 很有可能能夠提供這一範圍的費用——實際上，Worldcoin 項目計劃使用的 Hubble (基於 Optimistic Rollup 的 L2 網絡) 的 ERC-20 轉賬費用目前低於 0.10 美元的範圍。我們繼續轉向智能合約 Rollups——為什麼當前 Optimism 和 Arbitrum 網絡上的費用如此之高？撰文時，根據 Lefees.info 的數據，Optimism 上的Token兌換費為 0.85 美元，而 Arbitrum 的為 1.35 美元，這實在是太高了！

答案很簡單：這些 Optimistic Rollups 本身還沒有優化，而且大多數早期在 Optimistic Rollups 上部署的 dApps 項目都是以太坊上原有項目的分叉版本，並不是針對 Optimistic Rollups 而設計的。最近，通過專門針對 Optimistic Rollups 而進行優化的 Aave V3 成功地降低了約 10 倍的費用！

但是還會有更多的優化。簽名聚合/壓縮將使得每筆交易直接節省約 1,000 Gas。調用數據 (calldata) 的基本壓縮可以直接節省 2.5 倍，且更多更先進的方案將會出現。隨着 Optimistic Rollups 以及部署在其上的 dApps 的優化，Optimistic Rollups 的交易費用將很容易達到 0.01- 0.10 美元的範圍。

等等，這是以太坊發展路線圖中的 The Surge 階段 (即通過分片 (sharding) 大幅提高 Rollups 的可擴展性) 到來之前的情況！如果 2022 年末的以太坊上海硬分叉升級 (這將是以太坊合併后的首次升級) 進展順利，那麼第一步將很可能是引入“攜帶 blob 的交易” (blob-carrying transactions，這是 Vitalik 提議的一種新的交易格式)，這將使得 calldata (調用數據) 的成本降至大約為零，且並且 Optimistic Rollups 實際上將變得更加便宜！

今天，ZK-Rollups 有着較高的固定成本。當前，ZK-Rollups 要更便宜，因為其調用數據成本超過了該固定成本；但是，隨着調用數據成本變得可以忽略不計，交易費將完全由 ZK-Rollups 的固定成本主導。而 ZK-Rollups 的運行成本要高得多。

很明顯，現在有很多不同的證明系統，成本也不同，但通常的估計是 0.01- 0.02 美元。這將是 ZK-Rollups 的一個最低成本。然而，如果它們願意，Optimistic Rollups 可以自由地下降至更低：由於一個成熟的 Optimistic Rollups 成本 99% 是調用數據成本，它們可以以微不足道的成本訪問 ~5200 TPS 的 blobspace。

順便說一下，Optimistic Rollups 也將比 Validiums 方案（在鏈下保存其數據可用性）更便宜，因為這個最低成本也適用於 Validiums！我相信 zkPorter（這是一個 Validium 方案）的交易成本在 0.01- 0.03 美元之間，而 Optimistic Rollups 的成本可以遠低於這個水平。就我個人而言，出於交易質量的原因，我不建議使用這種方案，但在這種情況下，Optimistic Rollups 最終將獲得更高的“利潤”，可以重新分配給利益相關者，或將其用於公共產品融資、開發等等。

當然，最終，~5200 TPS 會飽和，如果有超過這個的巨大需求，調用數據成本將再次開始上升。但是，到那時，Danksharding 將會推出，首先將這個空間擴展到 125,000 TPS，然後在數年內擴展到數百萬 TPS。（順便說一下，在討論 Rollups 時，“TPS”數字是沒有意義的，但它用於說明目的是有用的。）長期來看，調用數據成本絕對不會成為瓶頸——瓶頸將是 Rollups 本身。重申一下，瓶頸將是 Rollups 本身，而不是以太坊。

長期來看，隨着 ZK-Rollups 的成熟，我們將有 ASIC 證明者，ZK-Rollups 的成本也將變得微不足道。屆時，ZK-Rollups 的優勢——最明顯的是即刻取款 (無需等待)——將勝出。對於一些具有高度壓縮狀態增量的用例 (如 dYdX)，它們很快就會比 Optimistic Rollups 便宜得多。

最終性 (Finality)

說到這，一個常見的誤解是，Optimistic Rollups 有 7 天的敲定期。但實際上，Optimistic Rollups 將比 ZK-Rollups 更快地實現與 L1 相同的最終性 (finality)。我們已經看到 Optimistic Rollups 每 5 到 10 分鐘提交一個交易批次，所以這就是延遲。這 7 天是為了確保維持這一最終性，並假設至少有一個實體會維持該最終性。隨着 Optimistic Rollups 的擴展，這些交易批次將更加頻繁地被提交，且當達到大約 20 TPS 時，Optimistic Rollups 可以在每個區塊進行提交，此時 Optimistic Rollups 的最終性將等於 L1 的最終性。由於 ZK-Rollups 的固定成本要高得多，在每個區塊進行提交將需要更多的活動 (>100 PTS) 才能實現。然而，通過 Vitallik 提出的這個 blob 交易 EIP (以太坊改進提案)，ZK-Rollups 可以重新設計，將一些證明提交給 blob，所以這可能不是一個問題。

那麼，Optimistic Rollups 的這 7 天是什麼呢？因為挑戰期是 7 天，所以有一種交易確實有 7 天的敲定期，即從 Optimistic Rollups 取款至 L1 鏈。對於某些情況，比如跨鏈 NFTs，這可能是一種挑戰。然而，我們已經看到了許多在 Optimistic Rollups 上線的「橋」，且隨着 Optimistic Rollups 的成熟，活動 & 流動性將提高，屆時這 7 天的挑戰期將不再是一個問題。更大的問題是 ZK-Rollups 支持了許多新用例和跨 Rollup 活動，而這些用例和活動是無法在 Optimistic Rollups 上實現的。

比如，藉助於 Danksharding，ZK-Rollups 可以同步調用 L1,我甚至推測，如果我們通過 crLists 實現 L1 預確認，不同的 ZK-Rollups 之間的某種程度的可組合性將是可能的！Optimistic Rollups 被排除在這些新穎和創新的場景之外。附錄：雖然 Optimistic Rollups 可以進行隱私交易，而 ZK-Rollups 將能夠以低得多的成本進行此類交易。

吞吐量

特定於應用程序的 Rollups 相當精簡，並且可以大規模擴展。如果我沒記錯，早在 2020 年年中，StarkEx 就演示了 9000 – 18000 TPS。然而，對於智能合約 Rollups 來說，情況更加具有挑戰性。我們已經看到 StarkNet 只能夠比 dYdX 或 Immutable X 的吞吐量更低，並將吞吐量優化作為一個最高優先級。因為 Optimism 和 Arbitrum 都是基於 EVM 客戶端，所以它們 a) 擁有經過實戰測試的代碼庫，b) 相對優化的客戶端。幾天前，我詢問在需要并行性之前 EVM 可以擴展到什麼程度，Alexey Sharp 認為 Erigon 可以擴展到 500M Gas/秒。因此，對於優化的基於 EVM 的 Optimistic Rollups 有很大的空間，並且可以通過多線程客戶端或多個實例/遞歸 Rollups 提供更多的空間。

這是我們爭論的焦點：因為 Optimistic Rollups 有一個誠實的少數假設，你不能將系統需求推得太緊。要清楚的是，因為這是一個誠實的少數假設而不是單片式 L1s 的那種誠實的大多數假設，因此 Optimistic Rollups 可以比任何單片式 L1 區塊鏈更安全。但是你仍然需要有一個限制，這個限制在默認情況下需要低於 ZK-Rollups，因為 ZK-Rollups 可以很容易地通過有效性證明進行驗證。

但是 Optimistic Rollups 有一個解決方案——無狀態客戶端。我在 Optimism 的路線圖上看到了這一點，但我不記得在哪裡了。使用無狀態客戶端，驗證 Optimistic Rollups 非常容易，使用正確的工具驗證交易將非常簡單。此外，因為可以很容易地直接從 L1 重構 Rollup 的狀態，所以通過藉助狀態過期，Rollups 比 L1 更具有侵略性。一旦實現了無狀態性和高頻率狀態過期，Rollups 將已經克服了狀態膨脹的嚴重問題！此外，你還擁有像 Fuel V2 這樣的新解決方案，它通過類似 UTXO (未花費交易輸出) 的系統進行并行化。

話雖如此，通過遞歸有效性證明，ZK-Rollups 仍然是實現網絡最大吞吐量的更優雅的解決方案。很有可能的是，在 StarkNet 自身日趨成熟的同時，我們看到特定於應用程序的 ZK-Rollups 在其之上構建了巨大的吞吐量，且作為一個整體，StarkNet 的規模遠遠超過任何 Optimistic Rollups。然而，其中的權衡是原子可組合性——除非 ZK-Rollups 團隊的嚮導很快發現這一點！

總結

最終，這一切都與時間線有關。

對於特定於應用程序的鏈而言，ZK-Rollups 已經是大多數情況下的最佳解決方案。這對於任何使用過 dYdX、zkSync、Loopring 或 Immutable X 的人來說都是非常明顯的。會有一些權衡，但所有這些都將在今年年底前完成 (比如 dYdX V4)。

智能合約：單片式 L1 鏈還有一年的時間保持相關性。對於這些單片式 L1 鏈來說，不祥預兆已成定局，除了緊急轉向使用欺詐證明，有效性證據和 DA (數據可用性) 證明，別無他途。

Optimistic Rollups 將比 ZK-Rollups 擴展得更快。Optimistic Rollups 的很多代碼庫已經成熟，一旦定序和可升級性實現了去中心化，Optimistic Rollups 將準備好被大規模採用。到 2022 年底，Optimistic Rollups 可能會迎來低於一美分的 Gas 費用，完全實現去中心化，並且本質上有着與以太坊 L1 一樣的安全性和最終性，並擁有足夠的流動性用於快速取款。且隨着 2023 年無狀態性 (statelessness) 和狀態到期 (state expiry) 的實施，Optimistic Rollups 將繼續改善。

ZK-Rollups 將繼續演化、成熟和久經測試，優化證明時間，轉移到 GPU 證明者並最終轉向 ASIC 證明者。它們新穎的虛擬機和定序器節點也將隨着時間的推移而成熟和擴展。到 2023 年底，我預計 ZK-Rollups 將趕上並取代 Optimistic Rollups。但 Optimistic Rollups 將繼續發揮作用直至 2024/25 年，到那時，我預計大多數 Optimistic Rollupsor 將成為 ZK-Rollups，或至少使用有效性證明取代它們的欺詐證明系統。

我曾說過多次，我的時間範圍是 5-10 年。但是 Rollups 和 DAS (數據可用性抽樣) 的發展是如此之快，我現在認為它的結局就在眼前，並且將在 5 年內發生。

感謝 Reddit 用戶 u/proof_of_lake 的校對。