V 神與以太坊基金會對擴容的最新思考

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關於擴容，以太坊基金會研究團隊的 AMA 實錄。
JonCharbonneau 提問：你能解釋一下 enshrined rollup 怎麼運作以及它們在以太坊的潛在發展路徑嗎？（optimistic 和 zkEVM？）
以太坊基金會 Justin Drake 回答：
它們在以太坊的潛在發展路徑（optimistic 和 zkEVM？）
最大的好處和壞處是什麼
TheTrueBlueTJ 提問：理論上，全球支付系統是否有可能使用以太坊來作為流通貨幣？無論是透過 L1 還是 rollup？當然，要考慮到未來可擴展性的改進。
以太坊基金會 Justin Drake 回答：
AllwaysBuyCheap 追問：頻寬的提高怎麼提高以太坊交易速度？更多的區塊空間？
以太坊基金會 Justin Drake 回答：
not_a_disaster 提問：從長遠來看，什麼更好？是單個 rollup 占主導還是有幾個小的 rollup 方案？
以太坊基金會 Ansgar Dietrichs 回答：
以太坊基金會 Justin Drake 回答：
not_a_disaster 提問：你認為應用專用型 L2/rollup 存在哪些問題？
以太坊基金會 Justin Drake 回答：
Vitalik 回答：
AllwaysBuyCheap 提問：為什麼在 EIP-4844 開發的同時，EIP-4488 沒有被實施？長遠來看，你們認為哪一種技術會贏，Snarks 還是 Starks？
Vitalik 回答：
以太坊基金會 Justin Drake 回答：
egodestroyer2 提問：對於 L2 開始結算交易並且將業務從主鏈中搶過來，你怎麼預測近期、中期和長期的費用市場？
以太坊基金會 Justin Drake 回答：

關於擴容，以太坊基金會研究團隊的 AMA 實錄。

原文標題：以太坊 Reddit－[AMA] We are EF Research（Pt. 8: 07 July, 2022）
作者：以太坊基金會研究團隊
編譯：EthereumCN

2022 年 7 月 7 日，以太坊基金會研究團隊在 Reddit 上舉行了第八次 AMA。 ECN 對這次 AMA 的大部分問題進行了整理和編譯。需要注意的是，基金會研發團隊成員就某些話題存在個人的看法和推測，為避免曲解，請以原貼為準。

由於篇幅較長，文章分主題整理，本文為擴容專題。

JonCharbonneau 提問：你能解釋一下 enshrined rollup 怎麼運作以及它們在以太坊的潛在發展路徑嗎？（optimistic 和 zkEVM？）

（譯者註：L2 擴容研究者 Polynya 在這條推文中解釋「enshrined rollups」vs.「獨立（discrete） rollup」之間的區別就好比「公共部門」和「私營部門」。）

還有就是你認為這可以帶來的最大的好處和壞處是什麼，因為有很多人在這一點上有不同的看法。

以太坊基金會 Justin Drake 回答：

「Enshrined rollups」是一個非常有趣的話題:)「Enshrined rollups」指在 L1 上享有某種共識集成（consensus integration）的 rollup。而智能合約 rollup（見 L2Beat 和 zkrollups.xyz 中列出的例子）與其不同——完全在 L2 上運行，在共識之外。

共識集成可以給 enshrined rollup 賦予超強的能力，但也要付出重大的代價——請看下文對好處和壞處的詳細討論。廣泛地看，enshrined rollup 和智能合約 rollup 是互補的。我希望兩者都能在「以 rollup 為中心的以太坊路線圖」中發揮關鍵作用。

它們在以太坊的潛在發展路徑（optimistic 和 zkEVM？）

目前的計劃就是直接往 enshrined zk-rollup 的方向發展。這是 Vitalik 發布的可視化路線圖中「對所有東西生成 ZK-SNARK 證明」的一部分。以太坊基金會有一個由 Barry Whitehat 負責的大約 10 人的團隊，致力於將規範的 EVM 實例升級為一個 enshrined zkEVM rollup。也就是說，構建一個狀態根完全等同的 zkEVM，為 L1 以太坊區塊提供簡潔的加密證明（SNARKs），證明相應的狀態根是有效的。這帶來了各種好處：

無需重新執行：驗證者和其他全節點不再需要重新執行交易以驗證一個區塊。這為驗證者移除了計算這一共識瓶頸，可能是一次提高 EVM gas limit 的機會。移除重新執行的需求也加速了大多數同步策略。
共識更簡潔：從共識中移除執行意味著驗證者可以運行超簡單的執行客戶端，在這種客戶端中，數以萬計的共識關鍵的 EVM 執行代碼縮減成幾百行 SNARK 驗證代碼。
無需狀態見證：無狀態執行客戶端不再需要下載見證（如 Merkle paths 或者 Verkle proofs）——下載狀態差異就足夠了。這大大地提高了驗證者的共識頻寬效率，並釋放出更高的 EVM gas limit。
更安全的輕客戶端：輕客戶端可以快速過濾無效的狀態根，而不像使用欺詐證明（fraud proofs）篩出無效狀態根那麼緩慢。這使得「以太坊-L1」的橋接更加安全。

將目前的單一實例 EVM 升級為 enshrined rollup 是一項需要多年努力的巨大工程。之後相對容易的步驟是部署多個（如 64 個）並行的 enshrined zkEVM 實例（消耗的是 blob 數據）。這是 L1 同質化執行分片的一種形式（之前被稱為「階段 2」）。

Enshrined zkEVM 的工程工作對於技術迷來說尤其有趣，它涉及加密證明系統、電路設計和審計，以及軟體和硬體加速。 EF 團隊正在招聘 zkEVM 的工程師——請聯繫 [email protected]。

最大的好處和壞處是什麼

好處：

社會共識：Enshrined rollups 繼承了 L1 的社會共識，不再需要治理代幣來執行 rollup 升級。相比之下，大多數智能合約 rollup 可能會受到治理攻擊。
對證明驗證有補貼：Enshrined rollups 可以補貼用於結算的證明驗證成本（每個區塊的成本固定）。相反，智能合約 rollup 必須為結算支付 EVM gas。
結算延遲：Enshrined rollups 自然而然地從每個區塊結算延遲中受益。
最優活性（optimal liveness）：許多智能合約 rollup 可能會選擇利用外部共識機制來對交易進行排序，以及作為一個鏈上的逃生艙口。這種定序基礎設施會受到次優活性的影響，因為外部共識可能會失敗，而逃生艙只會在超時後激活。
EVM 狀態根等效性（equivalence）：Enshrined zkEVM 的工具和輕客戶端可開箱即用。許多智能合約 rollup 可能不會選擇具有 EVM 狀態根等效性，而是選擇兼容 Solidity 的 VM（如，zkSync）或者一個字節碼等效的 EVM（如，Scroll）。
網路效應：規範的 EVM 實例享有作為先行者的網路效應，而升級到 enshrined 則保留了這些網路效應。

壞處：

沒有公共物品資助：Enshrined zkEVM rollups 將在資助公共物品的自由裁量權方面受到限制。不像 Optimism 那樣具有為任何公共物品提供資助的治理機制，enshrined zkEVMs 將被限制在為 L1 安全性提供資助和為 ETH 的稀缺性做出貢獻。
次優的壓縮（suboptimal compression）：智能合約 rollup 可能會選擇在鏈上結算，而不是每個區塊結算一次，從而實現更好的數據壓縮。智能合約 rollup 也可以有一個自定義或者經常更新的字典，以改善數據壓縮。
虛擬機缺乏靈活性：一個以太坊 enshrined VM 很可能是一個 EVM。相比之下，智能合約 rollup 可以選擇採用一個更加普遍使用的 VM（如，WASM、RiscV、MIPS）或者創建一個新的 VM（如，Cairo）。一個自定義的 zkVM 可能比 zkEVM 能實現更好的數據壓縮。
更難的預確認（harder preconfirmations）：智能合約 rollup 可以選擇一個中心化的定序者來提供即時（~100 毫秒）的預確認來給用戶一個良好的交互體驗。這種快速的預確認使用去中心化的定序系統很難實現，不管是 enshrined rollups 還是智能合約 rollup。
後發者：由於 L1 的緩慢和保守性，enshrined zkEVM 將會是所謂的後發者。為了對沖電路漏洞的可能性，可能需要一個冗餘的多電路設置或笨重的形式驗證。

TheTrueBlueTJ 提問：理論上，全球支付系統是否有可能使用以太坊來作為流通貨幣？無論是透過 L1 還是 rollup？當然，要考慮到未來可擴展性的改進。

以太坊基金會 Justin Drake 回答：

完全有可能。目前以太坊可以達到 10 TPS（每秒交易筆數），這是一個粗略的數量級。而將來會有 3 次 100 倍的增長，將使我們達到 1000 萬 TPS（足夠每人每天進行 100 次交易）：

100 倍增長來自 rollups；
100 倍增長來自分片；
10 年內頻寬增長 100 倍（尼爾森定律〔Nielsen’s law〕）。

我的論點是，由於網路效應，最安全的共享安全平台的需求將趨於飽和。一個合理的走向是，如果以太坊能夠保持經濟安全方面的領先優勢，並同時擴展到 1000 萬 TPS，那麼以太坊就有可能作為互聯網的結算層。

AllwaysBuyCheap 追問：頻寬的提高怎麼提高以太坊交易速度？更多的區塊空間？

以太坊基金會 Justin Drake 回答：

在共識中存在著各種計算瓶頸：

磁盤 I/O（disk I/O）：透過無狀態來移除 (以及 enshrined zkEVMs) ；
存儲：透過無狀態來移除（以及 enshrined zkEVMs）；
計算：透過 enshrined zkEVMs 來移除；
頻寬：根本的。

因為頻寬是根本的共識瓶頸，頻寬的提高可以釋放更多區塊空間。

not_a_disaster 提問：從長遠來看，什麼更好？是單個 rollup 占主導還是有幾個小的 rollup 方案？

我看到雙方的論點是：

一個占主導的 rollup 意味著用戶不需要橋接資產並且會有更佳的用戶體驗。
然而，如果有一個占主導的 rollup，那麼其他 L2 就沒有意義了。但話又說回來，長期來看，EF 團隊一直都只推崇 zkRollup（理想情況是具有 zkEVM）。

以太坊基金會 Ansgar Dietrichs 回答：

這是個好問題！任何將其吞吐量擴容到一定程度的鏈（L1 或者 L2）都會使普通用戶無法完全驗證該鏈。L1 和 L2 之間的主要區別在於，L2 可以利用其底層的基礎層來彌補這一點：

在 zk-rollups 上，基礎層保證了狀態轉換的有效性和相應數據的可用性。如果你不能自己處理 rollup 交易，唯一不能保證的是你可以訪問當前狀態（以便你可以發送有效的 rollup 交易）。所以唯一的額外信任假設便是存在一個狀態提供者（中心化或去中心化的）。
Optimistic rollup 引入了一個小的額外信任假設。你不僅需要相信有人在處理 rollup 交易並使得當前的狀態可用，而且你還要相信在出現欺詐的狀態轉換時，這些處理 rollup 的實體中至少會有一個實體提交相應的欺詐證明。通常 optimistic rollups 會給大家一些經濟激勵讓大家提交這些欺詐證明，所以這與 zk-rollups 的區別很小。

從概念上說，之所以能夠不用過多破壞去信任的情況下擴容 rollup，是因為 L1 和 L2 之間的關係。只要用戶信任基礎層的狀態，他們就能分辨出正確與不正確的 L2 行為（例如，狀態提供者的響應總是會附帶一個針對 rollup 狀態根的證明，這個證明存儲在 L1 上）。

另一方面，對於基礎鏈，非常重要的一點是每個用戶都能自己處理鏈。如果你不運行自己的節點並向一個外部狀態提供商詢問狀態，那麼你就無法判斷所提供的狀態是否真實的。類似地，如果存在惡意的狀態轉換，那麼就沒有一個可以解決爭端的結算層——你必須親自選擇信任哪一方。

所有這些原因讓我們決定將以太坊 L1 變為 rollup 的結算層，其重點是要讓每個用戶都能輕易地處理交易。我個人對於即將過渡到 Verkle trees 感到十分興奮，它將允許完全無狀態的客戶端實現（想像一下你的 Metamask 能夠運行自己的嵌入式節點）。這樣，隨著時間的推移，基礎層就會變成 L2 生態系統的「信任根」。

希望我的回答能夠解釋為什麼 rollup 的吞吐量有潛力遠遠超過 L1，而不需要做不合理的信任權衡。所以我個人預計最後會有吞吐量非常高的 L2。然而，是否會有單個占主導的 rollup 仍待觀察。

以太坊基金會 Justin Drake 回答：

從長遠來看，什麼更好？是單個 rollup 占主導還是有幾個小的 rollup 方案？

長期來看，rollup 將能夠實現每秒處理數百萬筆交易，所以並行性是有必要的。我們可以設想一種 rollup 內部並行（如，透過一個多核 rollup 虛擬機）和一種 rollup 外部並行（如，同一個虛擬機的並行實例）。

共享安全性的 zk-rollups（比如，共享相同數據可用性的 zk-rollups）具有同步的可組合性，所以「rollup 內部並行」和「rollup 外部並行」之間的界限開始模糊，那麼最終的結果也不會差太遠。

not_a_disaster 提問：你認為應用專用型 L2/rollup 存在哪些問題？

如果現在一個擁有大量用戶基礎（1000 萬 — 1 億名用戶）的 Web2 公司想要使用區塊鏈，但仍然想要實現去中心化，那麼應用專用型鏈/rollup 幾乎是唯一好的可替代選項。

你認為這樣做有什麼缺點？

以太坊基金會 Justin Drake 回答：

你認為應用專用型 L2/rollup 存在哪些問題？

我鼓勵開發者基於通用型的 rollup（比如，Arbitrum、Optimism；很快就是 zk rollups）構建應用，而不是部署一個應用專用型 rollup。這將加速開發，一起攤銷結算開銷，促進可組合性，減少工具摩擦性。話雖如此，通用型 rollup 的願景當然也會有煩惱。

Rollup 將會有被攻擊的漏洞。我們已經遭受過數千萬美元損失的交易所攻擊，以及數億美元損失的跨鏈橋接攻擊——預計 rollup 會有數十億美元攻擊。在 EIP-4844 或 EIP-4488 被實現之間，交易費不會像我們希望的那樣低。工具在一段時間內會表現欠佳，網路效應可能會緩慢發揮作用。

Vitalik 回答：

我覺得這種情況下，他們應該使用 validium。他們會依賴於一個中心化服務器或者一個委員會以獲得活性，但是他們能夠受到區塊鏈提供的安全保證。

AllwaysBuyCheap 提問：為什麼在 EIP-4844 開發的同時，EIP-4488 沒有被實施？長遠來看，你們認為哪一種技術會贏，Snarks 還是 Starks？

Vitalik 回答：

STARKs 是一種量子證明（quantum-proof），它們有更佳的證明時間，在你使用的領域有更多靈活性。

SNARK 證明要小得多。我預計前量子（pre-quantum）、SNARK 和在某些情況下 STARK 的 SNARK（具有 STARK 的優勢但證明尺寸更加小）將會占主導，後量子 STARK 將會占主導。但是不同的人對此有不同的觀點。

以太坊基金會 Justin Drake 回答：

為什麼在 EIP-4844 開發的同時，EIP-4488 沒有被實施？

正如你所指出的，EIP-4844 和 EIP-4488 並非相互排斥。我傾向於在合併不久後，並且在 EIP-4844 之前實現 EIP-4488。因為 EIP-4844 需要數年時間才能結出可用的果實。實際上，即便 EIP-4844 上線主網之後，我們也可能需要等待幾個月，rollup 才真正能選擇使用 bolob 數據。