深入研究以太坊各 Rollup 解决方案的权衡

雍和比特币

关于那些布置 Rollup 的团队和在 Rollup 上布置 dApp 的团队来说，安全性、可用性、本钱和吞吐量都是在规划处理方案时需求考虑的要素。

原文标题：《干货 | 各 Rollup 处理方案的权衡研讨》 撰文：Trong Nguyen AMPL Loi Luu 翻译 AMPL 校正：闵敏 AMPL 阿剑跟着以太坊生态的开展拉动人们对区块空间的需求增加，以太坊基础层上的买卖变得极端贵重。可是，区块空间供应量仍坚持不变。与 DeFi 运用交互需求付出价值数百美元的 gas 费，让许多终端用户望而生畏。Rollup 旨在用户的买卖转移到本钱较低的 Layer 2 上履行，然后再将这些 L2 买卖的证明批量打包到一个 L1 买卖中并提交到 Layer 1 上进行结算，然后大幅削减对区块空间的占用，缓解对 Layer 1 的需求压力。Rollup 分为多品种，在吞吐量、推迟、安全性、通用性和运转本钱上有着不同的权衡联系。本文环绕这些权衡联系拟定了一个 Rollup 剖析结构，并剖析了这个结构为何适用于不同的 Rollup 完结。咱们期望这个结构能为项目方按需挑选 Rollup 方案供给根本参阅。 介绍 自以太坊诞生以来，其吞吐量约束就已是众所周知的问题。选用权益证明和分片机制的 ETH 2.0 一向被视为可扩展性问题的处理方案。尽管 ETH 2.0 在 2020 年 12 月就发动 Phase 0 并上线信标链，可是在 Phase 2 发动之前还无法有用缓解可扩展性和吞吐量问题。与此一起，Rollup 实际上现已成为缓解可扩展性问题的短期处理方案。在最近的一篇文章中，Vitalik 提出了一个根据 Rollup 的以太坊路线图，称 「以太坊生态有或许在短期和中期彻底依靠 Rollup 方案（以及一些 plasma 和状况通道）来完结可扩展性」，许多团队现已开端努力完结该路线图。点击此处，阅览 Vitalik 对 Rollup 的全面解析。Rollup 在 2020 年取得了巨大开展：Fuel Labs 和 Optimistic 在主网发布了第一版 Optimistic Rollup；Loopring 的 ZK-Rollup 的总锁仓量已超越 1 亿美元；Starkware 推出了 Cairo 东西链，便利开发者运用零常识证明技能。咱们看到 rollup 技能有了许多打破，包含 Aztec 和 ZkSync 通过改善 PLONK 引进递归核算才干。在 2021 年，咱们还将看到更多发展。在以太坊的基础上构建一个独自的层十分复杂，并且剖析现有的 Rollup 完结并非易事。Rollup 团队都在大力宣扬其处理方案在理论上的最佳功用和功用，可是其危险和权衡的相关信息却不为人知。让咱们来深入研讨坐山观虎斗剖析 Rollup 的权衡联系和危险，以及现有完结与这些危险模的相符程度。 剖析结构 咱们界说并解说了 Rollup 的首要考量要素——安全性、通用性、本钱、推迟、吞吐量、本钱要求和用户体会——并在此基础上构建了权衡联系的剖析模。咱们能够用这些特征来点评现有完结，这样不只能够从微观上了解每个 Rollup 的危险和权衡联系，还能从微观上掌握 Rollup 的整体状况。 Rollup 的衡量规范： 安全性 Rollup 的安全性（即，用户和运营者存放在 Rollup 中的财物的完整性和安全性）依托于底层 Layer 1 区块链（本文特指以太坊）。可是，一些 Rollup 方案的某些假定及其构建办法也联系到安全性。

1. 诚笃暸望塔假定

该假定以为至少有一个诚笃的 「暸望塔」 能够在应战期内成功将诈骗证明提交给 Layer 1 智能合约。这种假定引进了安全性和推迟之间的权衡，因为应战期越长，诚笃的暸望塔提交诈骗证明的或许性就越高；反之，应战期越短，这一或许性就越低。

1. 批量退出假定

该假定以为一切 Layer 2 用户都能在批量退出期内成功履行退出业务。该假定引进了本钱功率的权衡，因为运营者的资金在批量退出期内处于确定状况。

1. 起步设置（Setup）

每个 ZK-Rollup 方案都运用零常识证明协议来创立有用性证明。零常识证明体系将一个证明需求查看的逻辑和联系封装成一个能满意一切约束条件的电路。零常识证明协议要求在证冥具（Layer 2 运营者）和验证器（智能合约）之间进行名为 「起步设置」 的预界说装备。Zk-Rollup 首要有三类设置：可信设置（Trusted Setup）、可更新设置（Updatable Setup，CRS）和通明设置（Transparent Setup）。

• 可信设置：在该设置下（如 Groth16），gas 本钱较低，最大吞吐量较高。可是，每个电路只支撑某些固定功用。别的，每次电路晋级时，都需求完结可信设置流程。
• 可更新设置：在该设置下（如递归的 Plonk），gas 本钱较高，最大吞吐量较低。可是，该设置最首要的长处是，无需修正电路即可引进自界说智能合约，这都得益于递归性。
• 通明设置：在该设置下（如 Stark），当 Layer 2 区块被填满时，gas 本钱很低，可是在相似空块这种非抱负状况下，gas 本钱会变得反常高。

通用性

1. 彻底兼容 EVM

彻底兼容 EVM 指的是 Layer 2 体系彻底兼容以太坊主网上已有的智能合约。

1. 自界说智能合约

Layer 2 客户端能够自界说并引进有限的智能合约。Layer 2 用户和合作伙伴能够通过各种东西以 zk-SNARK 电路（代表智能合约的逻辑）的方式引进其智能合约，不过电路会带来局限性（电路或许不支撑无限迭代的循环）。

1. 固定功用

能够参加一些 dApp 或智能合约，可是有必要通过体系晋级来完结。 运营者的本钱

1. gas 本钱

• 最优 gas 本钱：取决于 call data 本钱和固定本钱。
• 次优 gas 本钱：取决于最优 gas 本钱、固定本钱和完结最优 gas 本钱的概率。
• 固定本钱：包含 Layer 2 区块头、Layer 2 区块根的存储量和零常识证明的本钱。当需求较低时（在次优状况下），固定本钱将占买卖本钱的绝大部分。

1. 核算本钱

• 证冥具时刻：在 Zk-rollup 中，证冥具需求很多时刻来生成证明。证明过程中需求进行很多核算，来验证证明中的数百万个约束条件。一般来说，零常识证明的证冥具时刻取决于电路巨细和证明过程中运用的硬件的容量。假如是 Plonk，证冥具时刻或许是 2 至 14 分钟；假如是 Loopring v3.0，证冥具时刻或许是 7 至 10 分钟；假如是 Stark，证冥具时刻或许是 3 至 5 分钟。这是 Zk-rollup 的硬结局性推迟的首要决定要素。
• 证冥具本钱：证冥具生成证明所耗费的资源，取决于证冥具时刻和实证吞吐量。

结局性推迟

• 硬结局性：敲定 Layer 2 区块所花费的时刻。对 Optimistic Rollup 来说，这个时刻便是应战期的时长；对 Zk-rollup 来说则是证冥具时刻。
• 软结局性：将 Layer 2 区块提交到 Layer 1 上所花费的时刻。
• 取款时刻：一些快速买卖方案需求先提交 Layer 2 区块，再作进一步处理。

吞吐量

• 理论最大吞吐量：根据链上操作的 gas 本钱和以太坊上每个区块的最大 gas。
• Zk-rollup 的实证吞吐量：

1）实证吞吐量取决于证冥具时刻。 2）证明本钱、实证吞吐量和本钱要求之间存在权衡联系。更高的吞吐量需求更高的证明本钱和本钱要求。 用户体会

• 运用体会是否与运用以太坊相仿。

本钱

• 本钱要求：运营者存储在智能合约内用来保证体系安全性的资金。
• 本钱功率：流动性供给者 / 运营者在 x 时刻内确定在智能合约里的资金。

（1）一切运用诈骗证明的 Rollup 有必要承受活性假定。该假定引进了安全性和推迟的权衡（体现在应战期的长短上）。Arbitrum 的测验网事例将应战期设为 30 分钟，十分短并且实际上并不安全。这意味着，歹意运营者能够对以太坊建议 30 分钟的网络拥堵进犯，然后盗取 Layer 1 上的 Rollup 智能合约中的一切资金。（2）每逢 Loopring 改动其功用或数据结构时都需求新的设置。（最新版别的 Loopring 运用内部的暂时起步典礼。）（3）就每 30 万笔买卖生成一个证明的电路而言，Stark 的验证者需求 500 万 gas。可是，deversiFi 运用的 Stark 电路是每 150 笔买卖生成一个证明，需求超越 200 万 gas。（相比之下，Plonk 是每 300 笔买卖生成一个证明，需求 50 万 gas；递归 Plonk 是每 3000 + 笔买卖生成一个证明，需求 90 万 gas；Groth16 是每 2000 笔买卖生成一个证明，需求 30 万 gas）。（4）惯例 Plonk 的证冥具时刻是 2 至 14 分钟（取决于区块中的买卖数量）。假如是递归 Plonk，证冥具时刻会翻一番，可是生成一个证明需求 5 至 10 倍数量的证冥具。假如是 Loopring 中运用的 Groth16，证冥具时刻约为 7 分钟。（5）最优 gas 本钱还取决于 Rollup 的功用（转账、买卖或多用途），因而它并不一定能正确反映 Rollup 的费用。（6）在 1.0 版别中，Loopring 需求更多时刻来搜集满足多的买卖打包成一个区块，因为存款、取款和结算都是彼此独立的。（7） StarkWare 的一个处理方案不供给链上数据，而是引进数据可得性委员会。数据可得性委员会的承认会上链。（8）为了处理证冥具本钱问题，Zksync 开发了新的硬件（FPGA）。为了进步最大吞吐量，Zksync 和 Aztec 改善了 Plonk 中的递归电路。（9） StarkWare 专门为证冥具打造了硬件，一起也致力于开发根据 Stark 的处理方案。（10） Plonk 的 tps 为 300，递归 Plonk 的 tps 为 800 至 3000。（11） Zk-rollup 的实证吞吐量取决于证冥具时刻。例如，假定有 50 个证冥具：在 Plonk （Zksync）中，证冥具时刻约为 720 秒（每 300 笔买卖生成一个证明），因而实证吞吐量不或许超越 50 x 300 / 720 ~20 tps。在 Loopring 中，证冥具时刻为 420 秒（每 2048 笔买卖生成一个证明），因而实证吞吐量为 50 x 2048/ 420=244 tps。（12）在 Optimism 的首个 Rollup 主网版别中，每笔 Layer 2 买卖需求耗费 2.1 万 gas。可是， 该团队承诺会供给一个优化版别，将 gas 本钱降至 5000。（13） Aztec 供给的隐私买卖需求更多调用数据。 各 Rollup 方案已揭露的理论功用 StarkWare — 判别规范 — 已揭露 最优吞吐量 3000 tps 已揭露 单个证明所能包容的买卖笔数 300.000 已揭露 证冥具时刻 3 – 5 分钟 未揭露 固定本钱 200 – 500 万 gas 未揭露 推迟 6 – 12 小时 补白：因为固定本钱很高，Stark 的 Rollup 方案需求搜集到满足多买卖才会对其进行批处理并生成证明。因而，在 StarkEx 的前期阶段，推迟首要取决于买卖搜集时刻。 Zksync — 判别规范 — 已揭露 最优吞吐量 Plonk 的 tps 是 300；递归 Plonk 的 tps 是 800 至 3000。 已揭露 单个证明所能包容的买卖笔数 Plonk 是大约每 100 笔买卖生成一个证明；递归 Plonk 是每 315 笔买卖生成一个证明。 未揭露 固定本钱 Plonk 的 gas 本钱约为 50 万；递归 Plonk 的 gas 本钱约为 90 万。 未揭露 证冥具时刻 Plonk 的证冥具时刻是 4 至 12 分钟。 未揭露 证冥具本钱 无法通过链上数据推出。 未揭露 实证吞吐量 未揭露。 Loopring — 判别规范 — 已揭露 最优吞吐量 2150tps 已揭露 单个证明所能包容的买卖笔数 2048 已揭露 证冥具时刻 7 分钟 已揭露 固定本钱 30 万 gas 未揭露 实证吞吐量 未揭露 未揭露 可信设置 新版别缺 了一次揭露的典礼 未揭露 验证者本钱 无法通过链上数据推出 补白：运用 zk-SNARK 技能就意味着承受可信起步设置假定，即，该设置中的一切参数都应该永久躲藏。假如咱们通过流程生成可信起步设置，则只需流程的至少一个参与者彻底销毁了其 toxic waste，这个假定就不会被打破。 Arbitrum — 判别规范 — 已揭露 最优 gas 本钱 ～ 2000 gas 已揭露 最优吞吐量 390 tps 已揭露 应战期 在测验网上是 30 分钟 未揭露 受维护的资金上限 未正式发布 补白：在 Optimistic Rollup/Arbitrum 方案中，假如 Layer 2 运营者对以太坊建议网络拥堵进犯，就能够盗走资金。因而，该 Rollup 方案维护的资金上限不能超越该进犯的本钱。应战期越长，进犯本钱越高。 Optimism — 判别规范 — 未揭露 最优 gas 本钱 ～ 5000 – 21000 gas 未揭露 最优吞吐量 50 – 200 tps 未揭露 应战期 未发布 未揭露 受维护的资金上限 未正式发布 补白：Optimism 没有供给任何关于其 Rollup 方案的具体剖析。 Fuel — 判别规范 — 已揭露 最优 gas 本钱 ～2000 gas 已揭露 最优吞吐量 500 tps 已揭露 应战期 2 周 未揭露 受维护的资金上限 未正式发布 补白：主网 Rollup 浏览器停在第三个 Layer 2 区块上。该版别暂无后续信息。 应战 用户选用率：关于像 Rollup 这样未通过测验和验证的新技能，用户一般持有慎重情绪。不明确的权衡联系和复杂性约束了干流选用。安全性：零常识证明协议的挑选和应战期等要素都对 Rollup 方案的安全性有着极大影响。剖析和了解这些挑选并非易事。尽管没有嵌入零常识证明电路所带来的复杂性，可是对惯例的智能合约进行审计自身就很有应战性。对 Zk-rollup 方案进行审计是很艰巨的使命，只要十分优异的安全专家才干担任。资金要求：在前期阶段，Rollup 的本钱很高，选用率却一向很低。为一小部分用户创立并定时运转 Rollup 需求投入很多资金。在某些状况下，资金要求直接影响 Layer 2 体系的安全性。因而，为了保证 Rollup 的健康运转，树立一个经济体系是必不可少的。 总结 Rollup 技能是以太坊可扩展性问题的可行处理方案之一。现在有多种完结并布置 Rollup 的办法。鉴于该技能的复杂性和多种权衡联系，咱们需求了解相关危险。关于那些布置 Rollup 的团队和在 Rollup 上布置 dApp 的团队来说，安全性、可用性、本钱和吞吐量都是在规划处理方案时需求考虑的要素。在这个大布景下，Kyber Network 认识到为用户供给经济方便的买卖办法的重要性。因而，咱们投入了很多资源来研讨并构建 Rollup 处理方案，以便更好地服务于咱们的未来计划。咱们将当令发布愈加具体的信息，期望本文能助你了解并评价 Rollup 技能。来历链接：blog.kyber.network