📜 [專欄新文章] 從 Rollups 來聊聊以太坊 Layer2 的演進
✍️ Kimi Wu
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Photo by Clark Van Der Beken on Unsplash
去年 Defi summer 的熱潮後,以太上 Defi 應用呈現爆炸性成長,造就高昂的交易手續費,為了有更快的交易速度及可負擔的交易費用,人們對側鏈、Layer2 的需求更加強烈。Rollups 是 Layer2 的一種技術,在今年相當熱門,幾個耕耘已久的專案 zkSync、Optimism、Arbitrum 等也開始廣為人知。今天想來聊聊以太坊上 Layer2 技術的演進。
State Channel
state channel 最一開始是建立在 Bitcoin 上,最廣為人知的就是 lightning network。簡單來說,就是兩方在私下建立一條可以互相轉帳的通道,轉帳完畢後把通道關閉,接著將交易後的狀態更新到鏈上。若交易一筆後即關閉通道,那交易成本就跟在鏈上一樣,所以在實務上,通道一直開著(或是一段時間),交易數筆、數百筆後再上鏈更新狀態,藉此平均每筆的交易手續費就大幅降低。也因為只需通道雙方驗證交易內容,交易速度能大幅提升,讓小額支付能夠實現,就不需等10分鐘(Bitcoin)後交易才會被打包,甚至要等6個區塊的時間。而最早在以太上的 state channel 是 Raiden。
對於 Raiden 技術有興趣的可以參考這篇文章。
Plasma
Plasma 於2017年8月由 V 跟 Joseph Poon (Lightning Network的創始人之一)所提出,概念上是可以有鏈中鏈中鏈(就是Layer2 → Layer3 → … LayerN),藉此可達到百萬級甚至更高的交易量,不過概念太美好,沒人知道怎麼實作。
隔年1月 V 提出了 Plasma 的第一個版本 Plasma MVP,是以 UTXOs 模型的設計,接著3月提出了第二個版本 Plasma Cash,同年(2018)Plasma 的提案數呈現著爆炸性的成長(絕大部分都是基於 Plasma MVP 跟 Plasma Cash 做改進)(如下圖),強大的社群力量,讓大部分關鍵的問題在同年年底都找到了解答。也為之後的 Optimistic Rollup 打下了基礎。
而較著名的開發團隊,除了 EF 出來的 Plasma Group 外,還有 OmiseGo 跟 Matic(現在的 Polygon)。
對 Plasma 技術有興趣的,可以參考這篇、這篇跟這篇
https://ethresear.ch/t/plasma-world-map-the-hitchhiker-s-guide-to-the-plasma/4333
Plasma 看似一切美好,但因為資料的可取得性(data availability)的問題,使得在使用者體驗上有點糟糕。
Plasma 的所有交易資料都在 Plasma 鏈上,而 Plasma 鏈的礦工(即operator)只需繳交 Merkle root 到 L1 的合約作公證就好。因此若 operator 作惡,在 Plasma 鏈上交易者,就需有能力證明 operator 作惡。
在 Plasma 設計中有”所有者”的概念(UTXOs 的設計中,收款者需要到拿送款者的轉出證明,才能動用這筆款項,轉出證明只有收款人會擁有),如果該所有者不關心自己的資產,就可能造成資產無效的結果(account-based 的設計,若你不理你的帳號,別人一樣可以轉帳到你的戶頭中)。因此每個交易者須有能力自行提出證明,無法委託第三方。
而要證明這件事,用戶需要把 Plasma 鏈上的交易都下載下來,才能證明 operator 做了一件不合法的行為,也才能產生詐欺證明(fraud proof)到 L1 上的合約來證明 operator 作惡。而這個送出的詐欺證明,必需要被確保可以安全地送到 L1 上的合約被執行,因此需要有一段挑戰期,讓使用者可以下載及驗證資料(或是網路塞車造成詐欺證明無法被合約執行)。
題外話,Eth 2.0 light client利用了 ECC (Error Correction Code)的原理,所以只需要部分資料就可以驗證正確性。
Rollups
同年(2018) 9月,在支線專注隱私性的開發的 Barry Whitehat 提出了 zk Rollup,隨後 V 也在以太坊研究員論壇發了一篇文章,解釋 zk Rollup 是如何運作的,並以On-chain scaling to potentially ~500 tx/sec through mass tx validation 為標題,也因此開啟了 Layer2 新的一頁。隔年(2019)三月,Matter Labs 獲得了 EF 的 grant 將 zk Rollup 產品化,也就是大家所知的 zkSync。
所謂的 rollups,一樣是在 Layer2 上做交易,不同的是 L1 上會記錄每一筆的交易紀錄。什麼!如果每一筆交易紀錄都上鏈,跟一般 L1 交易有什麼不同?想了解細節可以看這篇。簡單來說,在合約裡用了一顆樹來記錄每個帳號的狀態,樹的第幾片葉子(index)代表一個帳號地址,因此帳號就從20 bytes 的地址變成了幾個 bytes 的 index。以 ZK Rollups 來說,交易都是在 Layer2 被驗證過的,所以簽章資訊(65 bytes)也不用上鏈,Optimistic Rollups 會利用簽章聚合的技術,數百個簽章最終會被聚合成一個。因此,交易資料從原本100多 bytes 變成了10幾個 bytes。因為交易紀錄都 ”放上鏈“,資料可取得性也就不是問題了。
”放上鏈”指的是利用 calldata 的方式放在鏈上,並非一般認知的寫進合約裡。非0值的 calldata 每 byte 需要耗費 16 gas,而合約寫進一個 32bytes 的資料需要花 20,000(新增) or 5,000(修改) gas,相當於每個 byte 的成本為625 or 156 gas,約為 calldata 的 40 or 10倍。
同年(2019)六月 John Adler 在以太坊研究者論壇提出了Minimal Viable Merged Consensus,也就是大家熟知的 Optimistic Rollups 的原型,接著 Plasma Group 基於John Adler 的提案,提出了 OVM,從此 Layer2 上除了單純的轉帳外,還可以執行合約,也奠定了 Rollups 在 Layer2 的地位,開啟 rollups 的新世代。
StarkWare 團隊建立了可評估的數學模型,驗證了 calldata 的成本從64 gas 降到 16 gas並不會對鏈的安全造成危害,提出了 EIP-2028(在 Istanbul 上線),也是推動 rollups 可行性的重要一環。
Validity Proof v.s. Fraud Proof
Optimistic Rollups 跟 ZK Rollups 最近有很多文章在介紹跟比較,這邊就不贅述。這邊想聊的是資料的有效性,這篇文章解釋地很好,這裏擷取部分敘述。ZK Rollups 保證了上鏈的資料都是正確的,資料必須被驗證過是合法的(例如沒有被雙花)才會改變使用者的狀態(例如 balance),跟現在各個主鏈的設計是一樣的,稱作有效性證明(Validity Proof),這種設計假設大家都是壞人,要通過驗證才會相信你,確認資料是百分之百的正確聽起來很理所當然,但是背後要維護資料的正確性,需要相當高的成本。
Optimistic Rollups 則是相反,假設大家都是好人,送上鏈的交易都接受,當發現有人作弊,再靠檢舉機制來更正狀態,這稱作詐欺證明(Fraud Proof)。這樣的機制系統維護成本較低(L1 上不需要驗證每一筆資料的正確性),但需要多一個爪耙子的角色來維護系統的安全,也就多一個系統潛在的風險。而要確保爪耙子有足過的時間反應,就不能讓使用者即時地離開系統,這是 Optimistic Rollups 最被詬病的一點,提款要等七天(現在有第三方流動性提供者,使用者可以請第三方流動性提供者預付使用者的提款。使用者支付手續費來換取快速提款的服務,而流動性提供者則承擔資產鎖住七天的風險來賺取手續費。不過在 protocol 層以安全性為主要考量,還是需要較長的挑戰期)。
ZK Rollups 的實作上,也有數個小時的提款期,不過那是基於成本考量,而非安全性。
此外對照於 Plasma, rollups 的設計是 account-based,交易也都公開在鏈上,每個人都可以參與監督及提出詐欺證明。
ZK Rollups v.s. Optimistic Rollups
ZK Rollups 從資料的有效性來看勝過 Optimistic Rollups,離開系統時不需要額外的挑戰期,能即時提款離開系統,不過付出的代價就是交易延遲上鏈。因為產生 zkp 證明需要龐大的運算量,產生一次證明,大約需要10 ~ 20分鐘,所以說在 Layer2 上做一筆交易,10分鐘後你的交易才是有 L1 的安全性。
為了能盡早得知發出的交易是否完成,實作上會把完成的交易先丟上鏈,等zkp 證明產生後再上鏈驗證其正確性,若驗證成功,則交易視同有 L1 的安全性。
但是在通用性上,Optimistic Rollups 沒有複雜的 zkp 電路的限制,對於合約的支援度上更好,而且 zkp(SNAKRKs)在使用前需要一個盛大的啟用典禮(trusted setup ceremony)。
zkSync
zkSync 1.0 在去年(2020) 六月上線,因為不能執行合約,使用的專案並不多。同年的年初,Matter Labs 已經默默在開發一種新語言 Zinc,是可以在 zkSync 上開發合約的語言。年底,與 Defi 專案 Curve 合作,發表了在 zkSync上可以跑基本版的 Curve(兩幣交換)。今年(2021)三月,Matter Labs 發表了令人振奮的消息,zkSync 支援 EVM!只需要部分修改現有的合約就可以部署到 zkSync 上,測試網今年五月已經上線,主網預計8月上線。不過目前測試網上的交易量非常地少,相信在初期還是有相當多問題或是困難,以短期來看,Optimistic Rollups 陣營的速度跟支援度略勝一籌,不過個人相信長期會是 ZK Rollups 的世代(私心認為 lol),但最終還是由生態系的大小來決定贏家。
在 ZK 這個陣線上有延伸出不同的設計,為了加快速度及減少上鏈成本,StarkWare 提出了 Validium 的概念,資料不上鏈但使用 zkp 確保資料的正確性,像是 StarkWare 的 Volition 跟 Matter Labs 的 zkPorter 都是同樣概念的實作,不過不是本篇的重點,就不多解釋。
ETH 2
V在2020年10月提出了 A Rollup Centric Ethereum,rollup 也因此進到 Eth2 的規劃中。Eth2 的設計中 shard chain 是資料層,而在 phase 2 後才有執行層(也就是才能執行合約),V 的提案 除了讓 shard chain 當資料層外,也會內建 rollups 的邏輯。至於會採用哪種 rollups 目前沒看到結論,不過 V 本人是傾向 ZK Rollups。如果成真,那未來數百個 rollups 之間的溝通,將會是另一個挑戰 。
專案比較
ZK Rollups 有目前這幾個較知名的專案: zkSync(Matter Labs)、 Hermez(Iden3)、 Loopring(Loopring)、 StarkNet(StarkWare)跟 Aztec(Aztec)。
Optimistic Rollups 目前幾個專案 Optimism(Optimisim,前Plasma Group 成員)、 Arbitrum(Offchain Labs)、 Fuel(Fuel)。
這是目前幾大 rollups 的生態系(今年3月時的統計),比較值得一提的是,Uniswap 團隊因為社群的投票,也將會在 Arbitrum 上面部署,對於整個 Arbitrum 的生態,相信有很大的影響。
https://www.chainnews.com/articles/872971457746.htm
感謝 NIC Lin 及 Chih-Cheng Liang 的審查跟建議。若有錯誤或不同觀點,歡迎指教。
從 Rollups 來聊聊以太坊 Layer2 的演進 was originally published in Taipei Ethereum Meetup on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.
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蚊子 - 驱蚊剂
根据去年2020 六月卫生部的报告
在马来西亚有超过50000人感染骨痛热症
死亡人数上百
疫情期间如果感染到骨痛热症
是非常不容易, 要进医院也可能会被怀疑
买了消毒水及口罩却小看了蚊子的厉害
今天大家看到我手上的这支驱蚊剂应该都不会感到陌生
去年使用后一直都不敢分享
为什么 ? 我最担心的就是它的成分
相信孕妇,家里有小孩的, 都不会使用
站在我们消费者的角度,我们真的会很担心
上个月我去了解,看了完整的报告后
今天我才敢和大家分享。。。
传统的驱蚊剂需要大量喷,喷后有难闻的味道
小时候妈妈都是在我们睡觉的几个小时前先喷
进入房间时你的地板上全部都是油腻的
如今很方便,这品牌的驱蚊剂很容易,
只需要在房间角落的四个角喷一下。。对,就是轻轻的喷一下
你要喷久久都不能, 因为他的设计就是一次只可以喷一下
就是喷四下,直接可以睡觉, 无需等几个小时才进入房间
相信很多朋友还是担心会有危害
你仔细看看, 当你喷后, 你注意看看那些蚊子他们并不会死
以往的驱蚊剂一喷后蚊子就死了
但这个喷后, 蚊子还是会继续飞, 或者在地上爬行
原因是成分少到杀灭不了蚊子, 所以我们人类更无须担心。。
也就是说为什么婴儿房间也适合使用
当然也会有人说, 骗人的啦, 都杀不死的。。 还可以继续飞的
很奇妙的是, 你会发现到他们虽然还没有死,但他们并没有丁你。。对不对?
为什么会这样? 是因为他们在晕晕中。。 也没胃口来喝你的血
几个小时后, 他们就会饿死或干死。
是不是很厉害叻。。
所以我做了功课后才敢推荐给大家,
大家也可以安心使用。。。
发现到原来通过 Vircast Shopee 买 X'MOS 驱蚊剂,他们还会多送口罩!
价钱一样但有送 KF94 口罩,又多送 Shopee Coin。。
按这里查看价钱 : https://shp.ee/3z85nxx
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其实还有很大的功能
但你们也知道我很长气的, 所以今天就讲到这里 XD
如果喜欢我的分享,记得 Like , Follow , Comment 和 Share
如果你有什么想要我去了解后分享的
也可以在留意处留言 :D
#mylifentravel
2020六月 在 吳思瑤 Facebook 的最讚貼文
#絕不放棄孩子的夢想!
今晚到自由廣場欣賞 紙風車劇團2021大戲 #雨馬 ,戲還沒開演,我眼眶就紅了。
因為大螢幕上大大的這句話~「絕不放棄孩子的夢想」。
2020六月紙風車大火,燒毁了劇團十多年珍貴的心血成果,損失慘重。
再加上疫情衝擊,劇團一整年停擺,無法進行演出,營運也陷入困境。
#思瑤姐姐親子藝術季 與紙風車劇團合作多年,幾乎紙風車製作的每一部戲都曾被思瑤邀請到台北演出,陪伴著北投士林的孩子長大。所以我與劇團成員都成了好友,我非常了解這一年多大家所處的困境與低潮。
但我也清楚知道,劇團的大家沒有被挫折打倒,他們如何奮力地挺過艱辛,依舊熱忱堅毅地重建家園,同時也創作新劇。
今晚我到自由廣場現場,看見那座高達五層樓高、昂然挺立的裝置「雨馬」,看見許許多多大小孩子期待看劇的喜悅興奮,看見劇團人員整裝待發的自信笑容,看見 #李永豐 執行長、 #小野 老師、 #吳念真 老師、 #任建誠 團長、還有好久不見的劇組好朋友們⋯⋯
永豐執行長看到我的第一句話居然是「 #我也要愛瑤!妹子免驚,哥哥給你靠!」沒想到他也一路關心罷瑤的事件,當面給了我最生猛有力的 #愛瑤令,怎麼能不感動啊。
真的,劇還沒有開演,我已經濕了眼眶。
為了孩子的夢想,我們沒有放棄的理由;也因為成就孩子的夢想,我們可以堅韌挺過一切。
「真正的力量,來自勇敢、堅強、溫柔」。
劇終的客家歌曲迴盪全場,我又被這句歌詞深深打動。
謝謝紙風車,謝謝雨馬帶給我、帶給每一個人的啟發和鼓舞。
思瑤的這段時間確實也面臨煎熬,但我也會繼續相信,勇敢、堅強與溫柔,其實就是最大的力量!
#我愛紙風車
#今晚向全世界的孩子線上首播
#雨馬改編自小野老師童書繪本
#客家文化就是台灣文化
2020六月 在 夏榮慶Jimmy Youtube 的最讚貼文
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2020六月 在 夏榮慶Jimmy Youtube 的最佳貼文
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