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随着以太坊生态的生长拉悦耳们对区块空间的需求增进,以太坊基础层上的生意变得极其昂贵。然而,区块空间供应量仍保持稳固。与 DeFi 应用交互需要支付价值数百美元的 gas 费,让许多终端用户望而却步。Rollup 旨在用户的生意转移到成本较低的 Layer 2 上执行,然后再将这些 L2 生意的证实批量打包到一个 L1 生意中并提交到 Layer 1 上举行结算,从而大幅削减对区块空间的占用,缓解对 Layer 1 的需求压力。

Rollup 分为多种类型,在吞吐量、延迟、平安性、通用性和运行成本上有着差其余权衡关系。本文围绕这些权衡关系制订了一个 Rollup 剖析框架,并剖析了这个框架为何适用于差其余 Rollup 实现。我们希望这个框架能为项目方按需选择 Rollup 方案提供基本参考。

先容

自以太坊降生以来,其吞吐量限制就已是众所周知的问题。接纳权益证实和分片机制的 ETH 2.0 一直被视为可扩展性问题的解决方案。虽然 ETH 2.0 在 2020 年 12 月就启动 Phase 0 并上线信标链,然则在 Phase 2 启动之前还无法有用缓解可扩展性和吞吐量问题。

与此同时,Rollup 现实上已经成为缓解可扩展性问题的短期解决方案。在最近的一篇文章中,Vitalik 提出了一个基于 Rollup 的以太坊蹊径图,称 “以太坊生态有可能在短期和中期完全依赖 Rollup 方案(以及一些 pla *** a 和状态通道)来实现可扩展性”,许多团队已经最先起劲实现该蹊径图。

Rollup 在 2020 年取得了伟大生长:Fuel Labs 和 Optimistic 在主网宣布了第一版 Optimistic Rollup;Loopring 的 ZK-Rollup 的总锁仓量已跨越 1 亿美元;Starkware 推出了 Cairo 工具链,利便开发者使用零知识证实手艺。我们看到 rollup 手艺有了许多突破,包罗 Aztec 和 ZkSync 通过改善 PLONK 引入递归盘算能力。在 2021 年,我们还将看到更多希望。

在以太坊的基础上构建一个单独的层异常庞大,而且剖析现有的 Rollup 实现并非易事。Rollup 团队都在鼎力宣传其解决方案在理论上的最佳性能和功效,然则其风险和权衡的相关信息却鲜为人知。让我们来深入研究若何剖析 Rollup 的权衡关系和风险,以及现有实现与这些风险模子的相符水平。

剖析框架

我们界说并注释了 Rollup 的主要考量因素——平安性、通用性、成本、延迟、吞吐量、资源要求和用户体验——并在此基础上构建了权衡关系的剖析模子。我们可以用这些特征来评价现有实现,这样不仅可以从微观上领会每个 Rollup 的风险和权衡关系,还能从宏观上掌握 Rollup 的总体情形。

Rollup 的权衡尺度:

平安性

Rollup 的平安性(即,用户和运营者存放在 Rollup 中的资产的完整性和平安性)依托于底层 Layer 1 区块链(本文特指以太坊)。然则,一些 Rollup 方案的某些假设及其构建方式也关系到平安性。

1.忠实暸望塔假设

该假设以为至少有一个忠实的 “暸望塔” 可以在挑战期内乐成将诓骗证实提交给 Layer 1 智能合约。这种假设引入了平安性和延迟之间的权衡,由于挑战期越长,忠实的暸望塔提交诓骗证实的可能性就越高;反之,挑战期越短,这一可能性就越低。

2.批量退出假设

该假设以为所有 Layer 2 用户都能在批量退出期内乐成执行退失事务。该假设引入了资源效率的权衡,由于运营者的资金在批量退出期内处于锁定状态。

3.起步设置(Setup)

每个 ZK-Rollup 方案都使用零知识证实协议来确立有用性证实。零知识证实系统将一个证实需要检查的逻辑和关系封装成一个能知足所有约束条件的电路。零知识证实协议要求在证实器(Layer 2 运营者)和验证器(智能合约)之间举行名为 “起步设置” 的预界说设置。

Zk-Rollup 主要有三类设置:可信设置(Trusted Setup)、可更新设置(Updatable Setup,CRS)和透明设置(Transparent Setup)。

通用性

1.完全兼容 EVM

完全兼容 EVM 指的是 Layer 2 系统完全兼容以太坊主网上已有的智能合约。

2.自界说智能合约

Layer 2 客户端可以自界说并引入有限的智能合约。Layer 2 用户和互助同伴可以通过种种工具以 zk-SNARK 电路(代表智能合约的逻辑)的形式引入其智能合约,不外电路会带来局限性(电路可能不支持无限迭代的循环)。

3.牢靠功效

可以加入一些 dApp 或智能合约,然则必须通过系统升级来实现。

运营者的成本

1.gas 成本

  • 次优 gas 成本:取决于最优 gas 成本、牢靠成本和实现最优 gas 成本的概率。

  • 牢靠成本:包罗 Layer 2 区块头、Layer 2 区块根的存储量和零知识证实的成本。当需求较低时(在次优情形下),牢靠成本将占生意成本的绝大部门。

2.盘算成本

  • 证实器时间:在 Zk-rollup 中,证实器需要大量时间来天生证实。证实历程中需要举行大量盘算,来验证证实中的数百万个限制条件。一样平常而言,零知识证实的证实器时间取决于电路巨细和证实历程中使用的硬件的容量。若是是 Plonk,证实器时间可能是 2 至 14 分钟;若是是 Loopring v3.0,证实器时间可能是 7 至 10 分钟;若是是 Stark,证实器时间可能是 3 至 5 分钟。这是 Zk-rollup 的硬终局性延迟的主要决议因素。

  • 证实器成本:证实器天生证实所消耗的资源,取决于证实器时间和实证吞吐量。

终局性延迟

  • 硬终局性:敲定 Layer 2 区块所破费的时间。对 Optimistic Rollup 来说,这个时间就是挑战期的时长;对 Zk-rollup 来说则是证实器时间。

  • 软终局性:将 Layer 2 区块提交到 Layer 1 上所破费的时间。

  • 取款时间:一些快速生意方案需要先提交 Layer 2 区块,再作进一步处置。

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吞吐量

  • 理论最大吞吐量:基于链上操作的 gas 成本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实器时间。

2)证实成本、实证吞吐量和资源要求之间存在权衡关系。更高的吞吐量需要更高的证实成本和资源要求。

用户体验

  • 使用体验是否与使用以太坊相仿。

资源

  • 资源要求:运营者存储在智能合约内用来保障系统平安性的资金。

  • 资源效率:流动性提供者/运营者在 x 时间内锁定在智能合约里的资金。

(1)所有使用诓骗证实的 Rollup 必须接受活性假设。该假设引入了平安性和延迟的权衡(体现在挑战期的是非上)。Arbitrum 的测试网案例将挑战期设为 30 分钟,异常短而且现实上并不平安。这意味着,恶意运营者可以对以太坊提议 30 分钟的网络拥堵攻击,然后窃取 Layer 1 上的 Rollup 智能合约中的所有资金。

(2)每当 Loopring 改变其功效或数据结构时都需要新的设置。(最新版本的 Loopring 使用内部的暂且起步仪式。)

(3)就每 30 万笔生意天生一个证实的电路而言,Stark 的验证者需要 500 万 gas。然则,deversiFi 使用的Stark 电路是每 150 笔生意天生一个证实,需要跨越 200 万 gas。(相比之下,Plonk 是每 300 笔生意天生一个证实,需要 50 万 gas;递归 Plonk 是每 3000 + 笔生意天生一个证实,需要 90 万 gas;Groth16 是每 2000 笔生意天生一个证实,需要 30 万 gas)。

(4)通例 Plonk 的证实器时间是 2 至 14 分钟(取决于区块中的生意数目)。若是是递归 Plonk,证实器时间会翻一番,然则天生一个证实需要 5 至 10 倍数目的证实器。若是是 Loopring 中使用的 Groth16,证实器时间约为 7 分钟。

(5)最优 gas 成本还取决于 Rollup 的功效(转账、生意或多用途),因此它并纷歧定能准确反映 Rollup 的用度。

(6)在 1.0 版本中,Loopring 需要更多时间来网络足够多的生意打包成一个区块,由于存款、取款和结算都是相互自力的。

(7)StarkWare 的一个解决方案不提供链上数据,而是引入数据可得性委员会。数据可得性委员会简直认会上链。

(8)为领会决证实器成本问题,Zksync 开发了新的硬件(FPGA)。为了提高最大吞吐量,Zksync 和 Aztec 改善了 Plonk 中的递归电路。

(9)StarkWare 专门为证实器打造了硬件,同时也致力于开发基于 Stark 的解决方案。

(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实器时间。例如,假设有 50 个证实器:在 Plonk(Zksync)中,证实器时间约为 720 秒(每 300 笔生意天生一个证实),因此实证吞吐量不能能跨越50 x 300 / 720 ~20 tps。在 Loopring 中,证实器时间为 420 秒(每 2048 笔生意天生一个证实),因此实证吞吐量为 50 x 2048/ 420=244 tps。

(12)在 Optimi *** 的首个 Rollup 主网版本中,每笔 Layer 2 生意需要消耗 2.1 万 gas。然则, 该团队答应会提供一个优化版本,将 gas 成本降至 5000。

(13)Aztec 提供的隐私生意需要更多挪用数据。

各 Rollup 方案已公然的理论性能

StarkWare

各 Rollup 解决方案的权衡研究

Zksync

Loopring


Arbitrum

Optimi ***

Fuel

挑战

用户接纳率:对于像 Rollup 这样未经由测试和验证的新手艺,用户通常持有郑重态度。不明确的权衡关系和庞大性限制了主流接纳。

平安性:零知识证实协议的选择和挑战期等因素都对 Rollup 方案的平安性有着极大影响。剖析和明白这些选择并非易事。虽然没有嵌入零知识证实电路所带来的庞大性,然则对通例的智能合约举行审计自己就很有挑战性。对 Zk-rollup 方案举行审计是很艰难的义务,只有异常优异的平安专家才气胜任。

资金要求:在早期阶段,Rollup 的成本很高,接纳率却一直很低。为一小部门用户确立并定期运行 Rollup 需要投入大量资金。在某些情形下,资金要求直接影响 Layer 2 系统的平安性。因此,为了保障 Rollup 的康健运行,确立一个经济系统是必不能少的。

总结

Rollup 手艺是以太坊可扩展性问题的可行解决方案之一。现在有多种实现并部署 Rollup 的方式。鉴于该手艺的庞大性和多种权衡关系,我们需要领会相关风险。对于那些部署 Rollup 的团队和在 Rollup 上部署 dApp 的团队来说,平安性、可用性、成本和吞吐量都是在设计解决方案时需要思量的因素。

在这个大靠山下,Kyber Network 熟悉到为用户提供经济快捷的生意方式的主要性。因此,我们投入了大量资源来研究并构建 Rollup 解决方案,以便更好地服务于我们的未来设计。我们将适时宣布加倍详细的信息,希望本文能助你明白并评估 Rollup 手艺。

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