以太坊Layer 2解决方案三强大比拼,你更Pick哪一个?

在过去的几个月中,ETH的价格飙升,以太坊网络的使用量显著增加。导致这一趋势的主要原因是对NFT的重新兴趣和DeFi应用程序的整合,以及加密货币市场的显著增长。这给以太坊生态系统中的DApp开发者带来了一些“不太愉快”的后果:主要是网络无法适应使用量的增加,导致高昂的gas费成本(如果您希望在接下来的几个区块中验证您的交易,成本甚至会更高)。截至撰写本文时,以太坊主网的平均gas费约为15美元。

我们在以太坊生态系统中面临的这一新场景将Layer 2的改进在一夜之间从一个“很不错”的功能转变为“Dapps能够在性能和成本上可持续运行的”最高要求。

幸运的是,我们已经有了几个一致的Layer 2平台和协议来帮助我们完成此任务。Optimistic rollup是构建Layer 2解决方案最有希望的基础结构之一。许多项目都是在它们之上构建的,但是我们如何基于最能满足我们需求的optimistic rollup选择Layer 2解决方案?本文对基于optimistic rollup的三种有前途的Layer 2解决方案进行了比较。让我们马上开始吧!

optimistic rollup的优势所在

为了能够比较基于rollup的不同的Layer 2解决方案,我们首先需要快速绕过来理解什么是optimistic rollup。Rollup是将侧链或链下交易捆绑(或“汇总”)为单个交易,然后将该交易提交给L1的解决方案。为了保护所有这些捆绑的交易,并使它们可以单独验证,将从捆绑中生成加密证明。

rollup工作的要求是拥有某种与以太坊兼容的独立区块链,具有减少节点数量或高性能的附加功能,负责处理签名验证、合约执行等。这使得独立的区块链能够验证随后在以太坊主链中捆绑交易的合法性。L2 Rollup 侧链负责验证和合约执行,而L1专门存储不可变的交易数据。

在optimistic rollup中,参与者对于在侧链中执行的交易的有效性“持乐观态度”。聚合器无需进行额外的计算即可将侧链交易提交到主链中。

如何确定侧链交易实际上是有效的?

optimistic rollup使用欺诈手段来确保所有交易都是合法的。如果有人注意到聚合器的欺诈性交易,则可以通过发送防欺诈证明来运行交易的计算并验证其有效性来挑战rollup。这意味着,我们不像其他rollup解决方案(如zk -rollup)中那样对每笔交易进行验证,仅在怀疑交易是在欺诈的情况下才执行证明计算。

与zk -rollup相比,这显著降低了gas成本,并为实现交易处理吞吐量的x10-x100改进打开了大门。在提交了无效区块并最终确定了欺诈证明之后,可以回滚Layer 2中的区块链,并从之前的非欺诈区块中恢复。

竞争者的对比

在对rollup进行简要介绍之后,我们便拥有了解决Layer 2比较所需的所有基础。为了进行比较,我选择了Layer 2解决方案中的三个,这些解决方案对DApp开发者来说具有更有趣的功能集合(即我个人会考虑用来部署自己的应用程序的那些功能)。

所有这些构建(或多或少)共享相同的构建模块:

  • 一个与以太坊兼容的EVM,以在L2中运行用户的Solidity合约;
  • 排序器/聚合器负责从L2批量处理来自捆绑的交易,然后提交给L1;
  • 一组L1智能合约,用于协调交互并提交来自L2的数据;
  • 使用不同的欺诈证明使对端能够反驳聚合器进行的无效或伪造的交易;
  • 利用权益来协调L2系统的激励机制和经济性。

尽管具有共同的构建模块,但是这三种解决方案在实现rollup协议的方式上存在显著差异。让我们详细地研究它们中的每一个,以加快我们的比较速度。


1. optimistic


optimistic利用以太坊生态系统中的所有现有工具,并对其进行了修改,以实现他们的optimistic protocol和Layer 2解决方案。

  • VM:他们的L2 VM是optimistic VM (OVM),它是对以太坊VM (EVM)的修改,用适合L2合约执行的新操作码取代了上下文相关的EVM操作码。VM表现为沙盒环境,可确保确定性的智能合约执行以及L1和L2之间的状态转换。
  • 客户端:optimistic还修改了广泛传播的以太坊客户端Geth,因此它可以用作L2区块链的客户端。该客户端修改消息,以便其他L2客户端能够理解它们,并且它包括交易的排序和批量处理以构建rollup所需的所有过程。
  • Rollup构建:对于它们的rollup构建,optimistic使用Geth客户端作为单个排序器。在optimistic中,交易数据被压缩,然后发送到L2上的序列入口点合约。排序器负责将这些交易“批量汇总”,并在以太坊上发布数据,以提供数据可用性,以便即使排序器消失,也可以启动新的排序器从中断的地方继续进行。任何人都可以向L1发送新交易,这些交易被添加到L1合约中,该合约对于每个L2交易都表现为“仅附加日志”。
  • 验证:对于由排序器发布的每笔交易,验证者负责下载该交易并将其应用于其本地状态。如果一切都匹配,它们什么都不用做,但如果存在不匹配,验证者需要在链上提交所有之前的有效交易,并重新执行任何已发布的状态,以表明已发布的状态实际上是错误的。如果欺诈验证成功,则从L1中删除错误的状态和批次。
  • 经济模型:每个epoch的批次序列器需要被称为债券管理器的智能合约来标记为抵押品。为了成为抵押排序器,需要在合约中加入固定数量的ETH。

每次检测到排序器欺诈时,都会削减此抵押。排序器可以在存入7天后收回此股份,从那时起,排序器的批次处理可以被认为是最终的订单,因为不再可能进行验证。如果成功地证明了欺诈,则将提议者的保证金中一定比例(X%)销毁,其余比例(1-X)%按比例分配给提供欺诈证明数据的每个用户。

这种经济模型可以防止排序器变得不正常,但没有解决验证者在尝试向区块链发送大量不同批次的欺诈证明的潜在情况(强制进行大量的L1计算)。


2. Arbitrium


  • VM和客户端:Arbitrium实现Arbitrium虚拟机。AVM负责运行L2合约和保持其状态。VM的状态被组织为Merkle树,并在该Merkle树上的生成状态转换中执行。Arbitrium还实现了自己的自定义L2客户端。
  • rollup构建:Arbitrium使用单个链上合约来协调其rollup协议。在协议的任何时候,VM的某些状态都可以得到完全确认和最终确定,即其哈希存储在链上。L2中的新交易触发此Merkle树的状态更新,该状态存储链中的每个状态。为了验证存储的状态,协议的参与者可以将Arbitrium中所谓的“有争议的断言(DA)”来证明从某种状态的哈希开始,VM能够执行指定数量的计算步骤,从而导致指定的新哈希状态(及其相应的合约执行,支付和事件发出)。DA可能最终有效(即计算成功)或无效。如果DA有效,则系统将进入新状态,树中具有新的状态哈希,并在DA中指定其相应的副作用(支付和日志)。如果DA无效,则拒绝分叉并且状态不变。每个状态最多可以跟随一个DA。如果DA没有跟随状态,那么任何人都可以创建跟随它的DA,从而创建新的分叉点。结果将是一棵可能的期货树。因此,我们可以看到,Optimism使用多个L1智能合约来提交状态并在L2执行。
  • 经济模型:抵押在Arbitrium的rollup中起着关键作用。任何人都可以在树的一种状态下抵押。通过锁定一个状态(图中所示)您断言该状态最终将被协议来确定。换句话说,您断言您已经在每个DA沿着从当前状态到您所抵押的方块的路径进行了正确的分支。如果您错了,您的抵押将被削减。您可以将抵押向右移动,选择分支的上方或下方,但不能向左移动,因为那样做就等于撤销了您先前做出的抵押承诺;或同时在两个平行的分支上下抵押。在错误分支上抵押的参与者的利益分配在接受分支上的参与者之间的利益。该协议的构建可确保最终所有独立的历史(分支机构)都将共同组成一个DA,最终解决争端。
  • 验证:一旦DA的抵押截止时间过去,并且所有剩余的及时(在抵押截止时间之前抵押)的股份都与该DA在同一分支上,则系统可以确认该DA的结果。DA被接受或拒绝,并且当前状态移至DA右侧的适当方框。如果DA被确认为有效,则其副作用(如支付)将在链上实现。这就是VM的状态向前移动的方式。该协议是完全无需信任,因为任何参与者都有权通过在分支机构上认为正确的方式来验证VM的状态。


3.  Metis


  • VM和客户端:Metis使用与EVM兼容的虚拟机Metis VM(MVM)。与上述项目中的所有VM相比,MVM在功能和特性上都存在显着差异。在MVM中,L2的计算和存储完全分离。Metis引入了去中心化自主公司(DAC)的概念。DAC是系统中的独立实体,可以代表例如在平台上执行其许多日常操作的大型企业。DAC是Metis操作的关键。在系统中实例化新的DAC时,将专门为DAC创建一个新的存储层。因此,从区块链交互的角度来看,DAC具有自己的存储空间。

另一方面,Metis的L2计算层(即区块挖矿、共识、跨层通信等)由网络中的所有DAC共享,但它包含一个有趣的功能:所有计算流程作为单个服务实现(遵循微服务方法),从而可以根据整个网络的需求和吞吐量来按比例放大和缩小计算层。

此外,MVM引入了提供者的角色,这些提供者可以注册并贡献计算能力以使Layer 2结构真正地去中心化(这些提供者可以看作是来自Optimism平台的排序器)。将根据产生的区块来激励提供者。最后,MVM和Metis客户端中包含的一个真正强大的特性是其他L2平台所缺乏的,不仅支持合约执行,而且还支持与智能合约计算相关的去中心化存储。

因此,Metis通过MVM中的IPFS解析器与IPFS网络集成,该解析器允许合约指向存储在IPFS中的不变数据。例如,这可以用于指向IPFS网络中存储的机密数据。

  • rollup构建:在Metis中,L2交易的排序和批量处理不是由单个排序器完成的,而是由一个资金池完成。随机选择一个排序器池以汇总状态并将交易提交给L1。在L1,Metis部署了一组合约来协调L2到L1的批次承诺。
  • 经济模型:每个排序器需要投入多个Metis代币才能获得资格。Metis生态系统具有牢固的实际经济联系,交易价值可能达到数十亿美元,这一事实要求使用动态债券阈值(DBT),以便将恶意行为的风险和报酬与所管理的实际经济价值联系起来由参与交易的DAC。使用分配给排序器的DAC的最大经济容量作为基准来计算DBT。DAC的经济能力是根据其总余额计算的。因此,如果特定排序器的抵押Metis代币(MT)的数量低于分配给它的DAC的DBT,则它将无法批量处理该DAC的交易。DAC的排序将被阻止,直到在排序器池中找到合格的排序器为止。从DAC的余额中新存入或提取的资金会触发其DBT的自动更新。因此,DAC余额的新提现将减少排序器的DBT,反之亦然。这样可确保所需的排序抵押品始终遵循DAC的实际经济价值。
  • 验证:为了进行验证,Metis平台在其MVM中引入了L2 Rangers的概念。L2 Ranger是特殊DAC的成员,负责对一定范围的块进行抵押,并根据从随机DAC定期分配的交易来验证状态。Rangers不仅可以验证其他DAC的顺序转换,还可以为自己的DAC(它们自己监视)进行验证。Rangers每次完成验证都会奖励一些Metis代币(MT)。对链条状态的成功挑战(即欺诈证明)将向验证者授予部分“恶意”排序器保证金。另一方面,失败的质询将导致Ranger验证程序失去联系,并最终失去对MVM RANGERS的访问权限。

这种验证方法需要对排序器和验证者进行抵押,这解决了我们在Optimism平台的验证过程中发现的关键问题之一,即验证者在生成伪造欺诈证明时缺乏利益关系。抵押排序器和验证者(即L2 Rangers)协调良好的协作还缩短了证明窗口,从而提高了网络效率。

像Optimism提出的协议,在验证窗口之前,交易不能被认为是最终的,验证者有足够的时间发送所有的证明。这是验证者没有抵押的直接后果。

尽管检测无效的状态更新是一种激励,但是并没有因为验证者的行为不当而受到很大的惩罚。因此,为了防止潜在的不当行为,增加了确定性窗口以“允许所有人发言”。在Metis中,这是不需要的,因为验证程序是抵押品,并且从他们这一方面的不当行为将转化为资金损失。验证者和排序器具有“风险共担”的功能,这可以减少确定性窗口,这就是Metis能够在数小时内验证交易的原因,而不是诸如Optimism之类的其他协议需要7天的时间。

Layer 2解决方案的比较

因此,事不宜迟,让我们将所有竞争者并排放置,以最后了解一下情况:

如图中所示(以及我们以上的解释中所述),这三个平台非常适合将DApp部署在以太坊主网作为L1支持的高性能L2解决方案中。 

具体决定可能取决于您的性能、可扩展性、灵活性和功能需求。Metis是我们所描述的三种功能中功能最丰富的平台:默认情况下,它支持去中心化存储,并包括其他性能和安全性方案。

存储的解耦,DAC的使用以及动态DBT方案使其非常适合公司(无论大小)。对于以太坊极简主义者来说,optimistic是一个很好的选择,因为它使用了以太坊生态系统中的所有工具(不需要新概念)。最后,Arbitrium对状态历史记录验证的无条件投入使它成为一个真正有效且有趣的提议,与防止延迟攻击的标准rollup架构相比,它提供了更快的验证时间(尽管由于其使用的扁平体系结构,仍然比Metis慢一些)。

总之,没有唯一的正确答案,而是始终如一的optimistic的L2平台可供选择。我希望这种比较可以帮助您对L2做出更明智的决定,以选择计划部署新的DApp还是从L1迁移到L2。

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