從四大頂級項目的路線圖，看以太坊擴容方案的未來

本文轉譯自Thor Hartvigsen

前言

隨著以太坊升級時間越來越接近，以太坊生態相關的討論熱度越來越高，甚至幾個擴容方案都趁這段時間釋放消息，無論是 Arbitrum 的各項活動、Optimism 第二輪空投、zkSync 暗示即將發幣等，都讓幣圈和鏈圈躁動不已；而 Polygon 則是在去年末就開始宣布一連串振奮人心的合作。

本文就針對上述四個以太坊上的擴容方案的現況發展，並瞭解其未來路線圖想做什麼。讓自己更瞭解目前區塊鏈的發展趨勢吧！

聲明：本文已取得原文作者授權，作者為 Thor Hartvigsen

文章內容

重要術語

首先先定義區塊鏈的模塊化，區塊鏈可以分為 4 個部分。當前的區塊鏈（以太坊、Solana 等）是單體區塊鏈（Monolithic），即由單一層處理所有部分。模塊化區塊鏈是將這些層中的一個或多個外包給外部鏈的鏈。

以太坊 Rollups（Layer 2）是一個單獨的區塊鏈，它擴展並繼承了以太坊的安全性。而 Arbitrum 和 Optimism 等 Rollups 是執行層，並從以太坊主網（Eth-mainnet）繼承數據可用性、共識和結算。

Rollups 有兩種類型：

1. Optimism Rollups：使用欺詐證明（Arbitrum 和 Optimism）

2. ZK Rollups：使用有效性證明（zkSync、Starknet、zk-EVM's） 

• 欺詐證明（Fraud Proof）：資訊在「證明者（Prover）」和「驗證者（Verifier）」之間交換。假設所有交易都是有效的，並被添加到交易的批次檔案中，這些交易隨後由「觀察者（Watchers）」審查，以確保沒有惡意行為發生。 

• 有效性證明（Validity Proof）：有效性證明是在 Rollups 而非在以太坊主網上計算（與欺詐證明相反）。「證明者」和「驗證者」之間依賴密碼學進行資訊交換，資訊是彼此共享的，但並不會透露。 

補充：Rollups 還有一個很關鍵的點是序列機（Sequencer）：Sequencer 是指定的節點，負責將用戶的交易提交到 Layer 2。進一步將 Rollups 交易包發佈到以太坊主網以更新 Rollups 狀態。

💙 Arbitrum

目前，Arbitrum 使用的方式為：

1. 一個單一的中心化序列機，負責接收使用者的交易並將交易批次發送回主網。

2. 一組「白名單」用於協助 Arbitrum 驗證器讀取序列機的交易批次，並以欺詐證明的形式向以太坊主網提交「Arbitrum state-root」。任何驗證者都可以質疑在主網上結算的「state-root」，只要有一個誠實的驗證者，正確的 Layer 2 狀態就會發佈在主網上。 

而之前也有人擔心驗證器被列入白名單。然而這個問題，自以太坊 Merge 完成以來，如果沒有任何驗證者在 7 天內提交「state-root」，則白名單功能將被忽略，這顯著提高了安全性。想知道更多，可以參考這一篇：

https://twitter.com/bkiepuszewski/status/1594754717330309120

路線圖：

• Arbitrum 於 2022 年部署了 Nitro，這顯著降低了溝通和執行成本。

• 未來，批次排序將由一個序列機委員會管理，而不是交由中心化處理。

• Arbitrum 可能會推出一種代幣以提高網絡安全性。

🔴 Optimism

Optimism 也是運行一個中心化的序列機，並透過特殊權限來排序交易和提交交易批次檔案。

與此同時，Optimism 團隊正在開發他們的交互式欺詐證明系統，以確保 Rollups 狀態的正確性。

因此，當前的欺詐證明機制已被暫時禁用，用戶只能依靠序列機將有效 Rollups 狀態發佈到以太坊主網。

然而，所有這一切都將隨著「OP Stack」而改變。Optimism 不僅僅是以太坊上的 Layer 2 Optimism Rollups。

OP Stack 是：「一個模塊化的開源藍圖，適用於各種高度可擴展和可互操作的區塊鏈，而不僅僅是 Rollups，也不僅僅是 Optimism 的。」

本質上，OP Stack 是構建區塊鏈和 Rollups 的框架。

開發人員可以合併 OP Stack 中的一個或多個模塊來構建可互操作的鏈。這些都將被稱為「OP-chains」，可以是 Layer 2、Layer 3 或完全不同概念的東西。

OP Stack 將引入一組去中心化的序列機，而 OP-chains 可以整合這些序列機，這樣就不必擔心各自鏈的區塊生產。同時也允許引入更高等級且具互操作性的「可組合性原子跨鏈（atomic cross-chain composability）」。

這個雄心勃勃的路線圖的第一步是「Optimism Bedrock」，它將實現：

• 以太坊等效（Ethereum equivalence）

• 較低的Gas Fee

• 模塊化（Modularity）：通過能夠更換 OP Stack組件來為未來做好準備。Optimism 在技術上可以成為 ZK-Rollup 

🟣 Polygon

Polygon 雖起源於 Layer 2，但隨著不斷發展，其本質上更類似於 EVM Layer 1。而 Polygon 自帶的 PoS 機制只是其眾多未來發展之一。

Polygon 正在構建四種不同，但都具有零知識（Zero-Knowledge）結構的鏈（使用有效性證明）。

其中一個是 Polygon Hermez，這是一個 zk-EVM。zk-EVM 可根據以太坊兼容性和性能分為四類。而 Polygon 的 zk-EVM 是類型 2。

類型 2 明顯比類型 4 與更相容於以太坊，但在性能方面不如類型 4。據稱 Polygon Hermez 指日可待了。

而Polygon 的其他 zk 產品，包含：

• Miden（基於 STARK 的 Rollups）

• Zero（自定義證明技術）

• Nightfall（注重隱私的 Rollups） 

Polygon 還在構建一個名為 Avail 的模塊化區塊鏈。它在充當數據可用性層的意義上類似於 Celestia。

去年作者也有對 Polygon 的發展做完整的整理，可以參考這一篇：

https://twitter.com/ThorHartvigsen/status/1580225764984659969

🔁 zkSync

Matter Labs 正在構建 zkSync 2.0，一種類型 4 的 zk-EVM，根據項目方最近在 Twitter 上的趣味暗示，主網啟動將有機會在近期實現，由於這是類型 4 的 zk-EVM，它具有更高的性能和可擴展性，但與以太坊的兼容性較差。

從理論上講，較低的兼容性使得從開發人員的角度來看更難以實施，並且對以太坊 DApps 在這裡部署也具有挑戰性。

然而，zkSync 構建了多種解決方案來解決這個問題，包括他們自己的虛擬機和語言。

zkSync 2.0 將分為兩個可互操作的鏈（zkRollup 和 zkPorter）。 zkPorter 是一個「意志」，較接近於 Layer 3，具有「可用性鏈下數據（off-chain data availability）」（數據在 Layer 2 zk-Rollup 上處理）。

也是由於這種設計，zkPorter 據稱可以提供 2 萬以上的 TPS，不過 Layer 3 的安全性略低於 Layer 2，好處是在擴展性方面，更高一籌。

舉例來說，Uniswap 在 Layer 2 上部署他們的智能合約，而 DApp 的使用者可以透過 zkPorter（Layer 3）完成交易，且費用極低。

有關 Layer 3 的更多資訊，可以參考這一篇：

https://twitter.com/ThorHartvigsen/status/1601925264656588800

而 zkSync 規劃的最後一塊拼圖是所謂的「HyperChains」，一個建立在 Layer 2 zk-EVM 之上並由其提供支持的 Layer 3。這些 HyperChains 作為「驗證（Validiums）」，具有更高的可擴展性和客製化（如應用鏈），但安全性略低於以太坊主網。

結論

其實 Layer 2 擴容方案還有很多有趣的項目，像是之前講模塊化區塊鏈提到的 Celestia 和 Fuel，還有最近很多人在討論的 Scroll 和 Starknet 都很值得關注，而從上述文章內容可以看出，過往的擴容方案，最大的問題就是「中心化」和「缺陷」，這也讓項目發展上，遭受很多質疑，甚至被認為在不符合區塊鏈的核心價值。而我們也看到，文中四個 Layer 項目也的確都在積極改善這些問題，並提供更好的應用和服務。

剛好這四個 Layer 2，我都有實際操作過，Polygon 應該多數人都使用過，我就不特別提了，針對其他三者，無論是在操作體驗、交易速度及交易成本上，都很明顯優於以太坊主網，甚至我可以說，更優於我們一般人習慣的網路銀行操作，這也讓我對於區塊鏈發展更加看好，且更具信仰。

當然，一個產業的發展有利，那一定也有弊端，讓最多人詬病的或許就是安全性，Layer 2 比起以太坊主網，可能更容易遭受到駭客攻擊，造成風險損失，這是必須要特別注意的，加上 Layer 2 之間缺乏協調性，彼此要進行互相操作的可能性太低，這也讓開發者在開發上面臨更多的挑戰。

但，這不影響 Layer 2 的蓬勃發展，的確解決了很多過去以太坊面對的痛點，之後，只要能夠在前述弊端上進行調整跟優化，相信這個生態系會越來越好的。

參考資料

1. Thor Hartvigsen《Layer 2 roadmaps》

   https://pine-ixora-306.notion.site/Layer-2-roadmaps-85b41e16e8424bab85061251e0dfaa61

2. Arbitrum

   https://arbitrum.io/

3. Optimism

   https://community.optimism.io/docs/protocol/

4. Polygon

   https://wiki.polygon.technology/

5. zkSync

   https://docs.zksync.io/zkevm/#how-scalable-is-a-zk-rollup

6. Thor Hartvigsen《A thread breaking down the basics of scaling》

   https://twitter.com/ThorHartvigsen/status/1601925174898659328

7. Thor Hartvigsen《A thread breaking down modular blockchains and Celestia + Fuel》

   https://twitter.com/ThorHartvigsen/status/1613579112534396928

   中文翻譯：https://mirror.xyz/lilcrowz.eth/QwhOFq9n39tjmFXdtYxm1QzyGcC4cWAbigtIQZvyz84