V God Rollups의 작업을 되돌아보며 Ethereum에 2계층 확장 계획이 필요한 이유를 자세히 설명하십시오.
원저자:Vitalik
원저자:TinTinLand
롤업은 이더리움 커뮤니티의 모든 분노이며 향후 이더리움의 핵심 확장성 솔루션이 될 것으로 예상됩니다. 그러나 이 기술은 정확히 무엇이며 무엇을 기대할 수 있습니까? 어떻게 사용됩니까? 이 기사는 이더리움의 몇 가지 중요한 확장 체계 분석을 기반으로 롤업과 관련된 몇 가지 주요 질문에 답하려고 시도합니다.
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배경: L1과 L2는 무엇입니까?
둘째, 블록체인이 사용되는 방식이 변경될 수 있습니다. 모든 활동을 블록체인에서 직접 수행하는 대신 사용자는 대부분의 활동을 "레이어 2" 프로토콜에서 오프체인으로 수행합니다. 온체인에는 두 가지 작업만 있는 스마트 계약이 있습니다. 입금 및 인출을 처리하고 오프체인에서 발생하는 모든 일이 규칙을 따른다는 증거를 확인합니다. 이러한 증명을 수행하는 다양한 방법이 있지만 모두 오프체인에서 원시 계산을 수행하는 것보다 온체인에서 증명을 검증하는 것이 훨씬 저렴하다는 속성을 공유합니다.
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L2 계층 구성표에는 상태 채널, 플라즈마 및 롤업의 세 가지 주요 유형이 있습니다. 그것들은 서로 다른 패러다임에 속하며 서로 다른 장점과 단점을 가지고 있으며, 이 세 가지 방식의 작동 방법은 아래에서 설명합니다.
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상태 채널의 작동 방식
Alice가 Bob에게 인터넷 연결을 제공하고 Bob이 메가바이트당 $0.001로 비용을 지불하는 구체적인 사례를 가정합니다. 매번 지불하는 대신 거래는 다음 L2 체계를 사용합니다.
먼저 밥은 $1(ETH 또는 스테이블 코인 등가물)을 스마트 계약에 넣습니다. Alice에게 첫 번째 지불을 하기 위해 Bob은 "$0.001"라고 적힌 "티켓"(오프체인 메시지)에 서명하고 이를 Alice에게 보냅니다. 두 번째 결제를 위해 Bob은 "$0.002"라고 적힌 다른 티켓에 서명하고 Alice에게 보냅니다. 등등, 필요한 만큼 지불합니다. Alice와 Bob이 거래를 완료하면 Alice는 가장 가치가 높은 메모를 체인에 게시하고 자신의 다른 서명으로 포장할 수 있습니다. 스마트 계약은 Alice와 Bob의 서명을 모두 확인하고 Alice에게 Bob의 티켓 금액을 지불하고 나머지는 Bob에게 반환합니다. Alice가 (악의적 의도 또는 기술적 오류로 인해) 채널을 닫지 않으려는 경우 Bob은 종료 기간(예: 7일)을 시작할 수 있습니다. Alice가 이 기간 내에 티켓을 제공하지 않으면 Bob은 모든 돈을 돌려받습니다.
이 기술의 힘은 양방향 지불을 처리하는 스마트 계약 관계를 조정할 수 있다는 사실에 있습니다. 예를 들어 Alice와 Bob은 채널 내에서 계약을 체결하고 Alice와 Bob이 열린 채널을 가지고 있으면 Bob과 Charlie도 마찬가지입니다. Alice는 Charlie와 신뢰할 수 없는 상호 작용을 할 수 있습니다.
참조: https://www.jeffcoleman.ca/state-channels 및 statechannels.org
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플라즈마 작동 원리
자산을 예치하기 위해 사용자는 플라즈마 체인을 관리하는 스마트 계약으로 자산을 보냅니다. 플라즈마 체인은 자산에 새로운 고유 ID(예: 537)를 할당합니다. 모든 플라즈마 체인에는 운영자가 있습니다(이는 중앙 집중식 행위자, 다중 서명 또는 PoS 또는 DPoS와 같은 더 복잡한 것일 수 있음). 매 간격(아마도 15초, 1시간 또는 그 사이)마다 운영자는 오프체인에서 받은 모든 플라즈마 트랜잭션을 포함하는 "배치"를 생성합니다. 그들은 트리의 각 인덱스에서 자산 ID를 전송하는 트랜잭션이 있는 Merkle 트리를 생성합니다(그러한 트랜잭션이 존재하는 경우). 그렇지 않으면 리프는 0입니다.
또한 각 인덱스의 Merkle 포크를 해당 자산의 현재 소유자에게 보냅니다. 자산을 인출하기 위해 사용자는 가장 최근 트랜잭션의 Merkle 포크를 게시하고 자산을 전송합니다. 계약은 챌린지 기간을 시작하며, 이 기간 동안 누구나 (i) 자산을 보낼 때 자산을 소유하지 않은 보낸 사람, (ii) 나중에 그들이 클릭 다른 사람에게 자산을 보낼 수 있습니다. 7일 이내에 출금이 사기임을 증명하는 사람이 없으면 자산을 출금할 수 있습니다.
플라즈마는 상태 채널보다 더 강력한 속성을 제공합니다. 시스템에 참여한 적이 없는 참가자에게 자산을 보낼 수 있으며 자본 요구 사항이 낮습니다. 장단점은 다음과 같습니다. "정상 작동" 동안 채널은 온체인 데이터가 필요하지 않지만 Plasma는 각 체인이 주기적으로 해시를 게시해야 합니다. 또한 플라즈마 바디 전송은 즉각적이지 않으며 간격이 만료되고 블록이 공개적으로 온체인될 때까지 기다려야 합니다.
참조: http://plasma.io/plasma-deprecated.pdf
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롤업 작동 방식
롤업 정보
플라즈마와 채널은 데이터와 계산을 모두 오프체인으로 옮기려고 시도한다는 점에서 "완전한" L2 솔루션입니다. 그러나 데이터 가용성을 둘러싼 근본적인 게임 이론적 문제는 모든 애플리케이션에 대해 이를 안전하게 수행하는 것이 불가능하다는 것을 의미합니다. 플라즈마와 채널은 소유자 개념에 의존하여 이 문제를 해결하지만 이는 적용 범위에 영향을 미칩니다. 그러나 롤업은 "하이브리드" L2 솔루션입니다. 롤업은 계산(및 상태 저장)을 오프체인으로 이동하지만 각 작업 데이터의 일부는 온체인에 유지합니다. 효율성을 향상시키기 위해 복잡한 압축 기술을 많이 사용하여 가능할 때마다 데이터를 계산으로 대체합니다. 그 결과 시스템의 확장성은 기본 블록체인의 데이터 대역폭에 의해 여전히 제한되지만 그 정도는 덜합니다. 이더리움의 기본 계층에서 ERC20 토큰 전송 비용은 약 45000 가스인 반면, 롤업은 체인에서 16바이트의 공간을 차지하며 비용은 300가스 미만입니다.
데이터를 "IPFS에" 넣는 것은 IPFS가 주어진 데이터가 사용 가능한지 여부에 대한 합의가 없고 데이터가 블록체인에 있어야 하기 때문에 작동하지 않는다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 데이터를 온체인에 넣는 합의를 통해 롤업을 통해 누구나 원하는 대로 로컬에서 모든 작업을 처리할 수 있으므로 사기를 감지하고 인출을 시작하거나 자체적으로 트랜잭션 일괄 생성을 시작할 수 있습니다. 데이터 가용성 문제의 부족은 악의적인 또는 오프라인 운영자가 덜 해를 끼칠 수 있음을 의미하며(예: 1주일 지연을 유발할 수 없음) 롤업은 추론하기가 더 쉬워 배치를 발행할 권한이 있는 사람이 사용할 수 있는 더 많은 공간을 열어줍니다. . 게다가 데이터 가용성 문제가 없다는 것은 더 이상 자산을 소유자에게 매핑할 필요가 없다는 것을 의미하며, 이로 인해 이더리움 커뮤니티는 롤업 스케일링 솔루션에 매우 관심을 갖게 되었습니다.일부 이더리움 애플리케이션은 거의 새로운 코드 작성 없이 롤업으로 마이그레이션됩니다.
참조: https://docs.ethhub.io/ethereum-roadmap/layer-2-scaling/optimistic_rollups/
롤업 작동 방식
롤업 상태의 머클 루트(계정 잔액, 계약 코드 등, "내부" 롤업)를 유지하는 스마트 계약이 체인에 있습니다.
누구나 이전 상태 루트 및 새 상태 루트(트랜잭션 처리 후 Merkle 루트)와 함께 고도로 압축된 트랜잭션 집합인 배치를 게시할 수 있습니다. 계약은 배치의 이전 상태 루트가 현재 상태 루트와 일치하는지 여부를 확인하고 일치하는 경우 상태 루트를 새 상태 루트로 전환합니다.
배치의 사후 상태 루트가 올바른지 어떻게 알 수 있습니까? 결과 없이 사후 상태 루트가 있는 배치를 제출할 수 있는 경우 롤업의 모든 코인을 자신에게 전송할 수 있습니다. 이 문제는 매우 중요한데, 이에 대해 두 가지 서로 다른 솔루션 제품군이 발생하여 두 가지 다른 롤업이 발생했습니다.
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낙관적 롤업 및 ZK 롤업
두 가지 유형의 롤업은 다음과 같습니다.
낙관적 롤업, 사기 증거 사용: 롤업 계약은 각 배치에 대한 상태 루트 및 해시의 전체 기록을 추적합니다. 사후 상태 루트가 잘못된 배치를 찾은 경우 배치가 잘못 계산되었다는 증거를 게시할 수 있습니다. 계약은 증거를 확인하고 해당 배치 및 모든 후속 배치를 복원합니다.
유효성 증명을 사용하는 ZKRollups(Zero-Knowledge Rollups): 각 배치에는 사후 상태 루트가 배치 실행의 올바른 결과임을 증명하는 ZK-SNARK(예: PLONK 프로토콜 사용)라는 암호화 증명이 포함되어 있습니다. 증명은 계산 집약적일지라도 온체인에서 매우 빠르게 검증할 수 있습니다.
전반적으로 단기적으로 낙관적 롤업은 일반 EVM 계산에서 승리할 가능성이 높으며 ZK 롤업은 단순 결제, 교환 및 기타 애플리케이션별 사용 사례에서 승리할 가능성이 높습니다.
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사기 증거 분석
낙관적 롤업의 보안은 누군가 잘못된 배치를 롤업에 게시하는 경우 사기를 감지한 다른 사람이 사기 증거를 게시하여 계약에 배치가 유효하지 않으며 복원되어야 함을 증명할 수 있다는 가정에 의존합니다.
확실히 배치가 잘못 구성되고 이전 배치가 모두 올바르게 구성된 경우 배치가 잘못 구성되었다는 사기 증거를 생성할 수 있습니다. 이전 배치에 대한 설명에 유의하십시오. 여러 개의 유효하지 않은 배치가 롤업으로 릴리스된 경우 가장 오래된 배치가 유효하지 않음을 증명하는 것이 가장 좋습니다. 물론 배치가 올바르게 구성된 경우 배치가 유효하지 않다는 사기 증거를 생성하는 것은 불가능합니다.
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데이터 압축 원리
간단한 이더리움 거래(ETH 전송)에는 약 110바이트가 소요됩니다. 그러나 롤업의 ETH 전송은 약 12바이트만 사용합니다.
이것의 일부는 고수준 인코딩입니다. Ethereum의 RLP는 각 값의 길이에서 1바이트를 낭비합니다. 그러나 다음과 같은 특정 압축 기술도 포함되어 있습니다.
Nonce: 이 매개변수의 목적은 재생 공격을 방지하는 것입니다. 계정의 현재 Nonce가 5라면 해당 계정에 대한 다음 트랜잭션은 Nonce 5를 가져야 하며 트랜잭션이 처리되면 해당 계정의 Nonce는 6으로 증가하므로 트랜잭션을 다시 처리할 수 없습니다. 롤업에서는 이전 상태에서 nonce를 복원하기 때문에 nonce를 완전히 생략할 수 있습니다. 누군가가 이전 nonce로 트랜잭션을 재생하려고 하면 서명이 더 높은 nonce를 포함하는 데이터에 대해 서명되기 때문에 서명을 확인할 수 없습니다. 확인하다.
Gasprice: 사용자가 2의 16제곱과 같이 고정된 범위의 Gasprice로 지불할 수 있습니다. 또는 배치당 고정 수수료를 받거나 가스 지불을 롤업 프로토콜에서 완전히 옮기고 거래 참가자가 상태 채널을 통해 배치 생성자에게 수수료를 지불하도록 할 수 있습니다.
가스: 총 가스를 2의 배수로 제한할 수도 있습니다. 또는 배치 수준에서 가스 한도를 설정합니다.
To: 20바이트 주소를 인덱스로 대체할 수 있습니다. 주소가 트리에 추가된 4527번째 주소인 경우 인덱스 4527을 사용하여 참조하고 하위 트리를 상태에 추가하여 인덱스를 주소에 저장합니다.
값: 과학적 표기법으로 값을 저장할 수 있습니다. 대부분의 경우 전송에는 1-3개의 유효 숫자만 필요합니다.
서명: BLS 집계 서명을 사용할 수 있습니다. 이를 통해 많은 수의 서명을 약 32-96바이트(프로토콜에 따라 다름)의 단일 서명으로 집계할 수 있습니다. 그런 다음 이 서명을 전체 메시지 집합과 보낸 사람에 대해 일괄적으로 확인할 수 있습니다. 표의 "약 0.5"는 단일 블록에서 검증할 수 있는 집합체에 결합할 수 있는 서명의 수에 제한이 있음을 나타내므로 대규모 배치는 트랜잭션 100개당 약 1개의 서명이 필요합니다.
이러한 압축 트릭은 롤업 확장성의 핵심입니다. 그것들이 없으면 롤업은 아마도 기본 체인의 확장성의 약 10배에 불과할 것입니다(간단한 롤업도 강력한 특정 컴퓨팅 집약적 애플리케이션이 있지만). 시간 개선.
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누가 배치를 제출할 수 있습니까?
Optimistic 또는 ZKRollups에서 배치를 제출할 수 있는 사람에 대해 많은 논쟁이 있습니다. 일반적으로 배치를 제출할 수 있으려면 사용자가 많은 보증금을 지불해야 한다는 데 모든 사람이 동의합니다. 해당 사용자가 사기성 배치(예: 잘못된 상태 루트 포함)를 제출하는 경우 이 보증금은 부분적으로 파괴되고 부분적으로 제공됩니다. 보상 사기 증명자로. 그러나 그 외에도 많은 가능성이 있습니다.
완벽한 무정부 상태: 누구나 언제든지 배치를 제출할 수 있습니다. 이것은 가장 쉬운 방법이지만 몇 가지 중요한 단점이 있습니다. 여러 참가자가 있으면 배치를 병렬로 생성하고 제출하려고 시도하지만 결국 하나의 배치만 성공적으로 패키징할 수 있습니다. 이로 인해 증명을 생성하는 데 많은 노력이 낭비되고 체인에 배치를 게시하는 가스가 낭비됩니다.
중앙 집중식 처리: 배치를 제출하는 시퀀서가 있습니다(인출 제외: 일반적인 기술은 사용자가 먼저 철회 요청을 제출한 다음 시퀀서가 다음 배치에서 철회를 처리하지 않으면 사용자가 직접 제출할 수 있다는 것입니다. 단일 작업 배치). 이것은 가장 "효율적"이지만 운영할 핵심 행위자에 의존합니다.
분류기 경매: 다음 날 분류기가 될 권리가 있는 사람을 결정하기 위해 경매가 열립니다(예: 매일). 이 기술의 장점은 Rollups에서 제어하는 DAO를 통해 추가 배포를 위한 자금을 조달할 수 있다는 것입니다. (참조: MEV 경매)
DPoS 투표: Serializer는 경매에서 선택되지만 실적이 저조한 경우 토큰 보유자는 투표를 통해 그들을 추방하고 새로운 경매를 개최할 수 있습니다.
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분할 배치 및 상태 루트 공급
현재 개발 중인 롤업은 "분할-배치" 접근 방식을 사용합니다. 즉, L2 작업 배치를 제출하고 상태 루트를 제출하는 것이 별도로 수행됩니다. 여기에는 몇 가지 주요 이점이 있습니다.
일부 다른 배치가 먼저 포함되었기 때문에 일부 배치가 무효화될 것을 걱정하지 않고 많은 분류기가 검열 저항을 높이기 위해 배치를 병렬로 게시하도록 허용할 수 있습니다.
대체로 효율성, 단순성, 검열 저항 및 기타 목표 사이의 복잡한 균형을 맞추려고 시도하는 상당히 복잡한 기술입니다. 이러한 아이디어의 어떤 조합이 가장 잘 작동할지 말하기에는 너무 이릅니다. 시간이 모든 것을 증명할 것입니다.
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롤업은 얼마나 많은 확장을 가져올 수 있습니까?
다음은 몇 가지 다른 사용 사례에 대한 다이어그램입니다.
이미지 설명
최대 확장성 이득은 (L1 가스 비용) / (롤업의 바이트 * 16) * 1,200만 / 1,250만으로 계산됩니다.
이제 ~1000-4000 TPS를 초과하려면 어떻게 해야 합니까? 이것이 Eth2 데이터 샤딩이 들어오는 곳입니다. 샤딩 제안은 12초마다 16MB의 공간을 제공하여 모든 데이터를 수용하고 해당 데이터의 가용성을 보장할 수 있습니다. 이 데이터 공간을 롤업으로 사용할 경우 초당 약 1398kb의 공간이 기존 이더리움 체인보다 23배나 많아 장기적으로 데이터 용량은 더 늘어날 것으로 예상된다. 따라서 Eth2 샤드 데이터를 사용하는 롤업은 최대 약 100,000건의 트랜잭션을 공동으로 처리할 수 있으며, 향후에는 더 많은 트랜잭션을 처리할 수 있습니다.
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완전히 해결되지 않은 롤업의 문제는 무엇입니까?
롤업의 기본 개념은 이제 잘 이해되고 있으며 실현 가능하고 안전하며 메인넷에 여러 롤업이 배포되었지만 아직 완전히 탐구되지 않은 롤업 설계 영역이 많이 있어 이더리움 생태계의 많은 부분이 남아 있습니다. 콘텐츠를 롤업으로 완전히 가져오는 데 많은 어려움이 있습니다. 몇 가지 주요 질문은 다음과 같습니다.
사용자 및 생태계 진입 - 롤업을 사용하는 프로젝트가 많지 않고 사용자가 익숙하지 않으며 롤업을 통합하는 지갑이 거의 없습니다. 판매자 및 자선 단체는 아직 이 결제 방법을 지원하지 않습니다.
교차 롤업 트랜잭션 - L1 비용을 발생시키지 않고 하나의 롤업에서 다른 롤업으로 자산과 데이터를 효율적으로 이동합니다.
감사 인센티브 - 적어도 하나의 정직한 노드가 낙관적 롤업을 완전히 검증하여 문제가 발생할 때 사기 증거를 브로드캐스트할 수 있는 기회를 최대화하는 방법은 무엇입니까? 소규모 Rollup(초당 최대 수백 건의 트랜잭션)의 경우 이 문제는 채굴자에게는 노력의 문제일 뿐이므로 큰 문제는 아니지만 대규모 Rollup의 경우 채굴자를 설득하기 위해 더 많은 이유가 필요합니다. 확인.
Plasma와 Rollup 사이의 설계 공간 탐색 - 상태 업데이트 온체인과 관련된 데이터의 전부는 아니지만 일부를 배치하여 유용한 결과를 얻을 수 있는 기술이 있습니까?
최대 사전 확인 안전성 - 많은 롤업은 더 빠른 사용자 경험을 위해 "사전 확인" 개념을 제공합니다. 여기서 주문자는 트랜잭션이 다음 배치에 포함될 것이라는 약속을 즉시 제공하고 주문자가 약속을 위반하는 경우 예금자의 보증금이 소멸됩니다. 그러나 이 제도의 경제적 안전은 제한적입니다. 동시에 많은 주체에게 많은 약속을 할 수 있기 때문입니다. 이 메커니즘을 개선할 수 있습니까?
효율적인 ZK-VM - 일반 EVM 코드(또는 기존 스마트 계약이 컴파일할 수 있는 일부 다른 VM)가 주어진 결과로 올바르게 실행되었음을 증명하는 ZK-SNARK를 생성합니다.
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결론적으로
기술 설계의 관점에서 사기 증명을 사용하는 낙관적 롤업 및 유효성 증명을 사용하는 ZK 롤업(ZK-SNARK)과 같은 많은 유형의 롤업이 있습니다. 롤업은 아직 초기 단계에 있으며 빠르게 발전하는 기술이며 앞으로 몇 년 동안 롤업 분야에서 더욱 흥미진진한 프로젝트를 보게 될 것입니다.
