D1 Ventures：簡析以太坊Layer 2方案與DeFi擴容選擇
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DeFi 熱潮，再次突顯以太坊性能問題
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足量的冗餘是工作量證明機制下網絡安全的保證，但由於節點間同步速度受網絡通信帶寬的限制，整個網絡在一定時間內可以達成共識的狀態變化（State Transition）有限。交易發起者和合約運行者需要通過競價來獲得這些資源。
公式中，以太坊區塊的Gas limit 以12,500,000 計，平均區塊間隔以13.2 秒計，可以得出以下表格：
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從表格中可以看出，向Compound 存入ETH 等複雜的合約交互的Gas 開銷大於數十筆Ether 轉賬，一筆複雜交易的轉賬費用可以高達數十美金。當以太坊收到越來越多DeFi 等應用的複雜交易時，每秒可處理的交易數將快速下降。而這也正是目前正在發生在以太坊上的變化，下圖顯示了與主要DeFi 項目賬戶數的變化趨勢。
與DeFi 應用交互過的賬戶總數，來源：@richardchen39
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區塊Gas limit 和Gas used，來源：@alex_kroeger
儘管區塊Gas limit 在6 月19 日的礦工投票後增加了25%，區塊的使用率仍然居高不下。用戶被動地支付更加昂貴的Gas Price 來競爭Layer1 緊張的處理能力，Gas Price 正在DeFi 應用爆發式增長的推動下同步上漲。
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Gas Price 中位數週線，單位：GWei，來源：@alex_kroeger
儘管競價打包的機制提高了礦工收益，維護了以太坊的穩定運行，但成本的提高同時顯著地限制了DeFi 應用的發展和用戶的進一步增長。按照目前的以太坊Gas Price （85GWei），將1ETH 在Uniswap V2 中兌換為LEND 所需要的Gas fee 為0.04544ETH，向流動性提供者支付比例為0.3%，相加起來是中心化交易所一般收取的0.2% 手續費的24.22 倍（儘管在DEX 上交易的Gas fee 是一固定值，當交易數額增大時所佔百分比將快速下降，但AMM 交易所的流動性同樣會顯著地提高滑點，進一步增大在去中心化交易所交易的額外成本）。
欺詐證明（Fraud Proof）還是有效性證明（Validity Proof）？
Layer2 擴容的思路簡而言之是將許多筆交易用一個證明所取代以節省Layer1 的資源，相應的，這個應該可以證明對應的多筆交易的有效性。自然地，證明的方式可以分為兩種：Scalable blockchains as data layers, Vitalik Buterin
欺詐證明，提出證據以證明鏈上的狀態轉換並不正確；
欺詐證明對應的Layer2 擴容方案樂觀地假設鏈下交易均真實有效，直到某方提出證據證明其存在錯誤。多數我們熟悉的擴容方案都屬於欺詐證明類方案，其中包括狀態通道（State Channel）、Plasma、Optimistic Rollup 等，這些方案在作惡者為少數的系統中非常高效，因為多數交易無需證明即被樂觀地認為是真實有效的，證明這些交易真實有效所需要的開銷被節省了。
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但為了避免惡意交易成為漏網之魚，採用欺詐證明的系統必須留出足夠的「容錯時間」或者說「質疑時間」來接收欺詐證明以證明某些交易並不真正有效而將之取消。在質疑時間之內，Layer2 上的交易仍然有被修改的可能，關聯賬戶的餘額在Layer1 上仍將被鎖定，無法退出。同時，這種機制的有效建立在被害者有能力在「質疑時間」內認識到系統的錯誤並提交欺詐證明以糾正的「在線假設」（Liveness Assumption）基礎之上。在這一假設中，對錯誤的沉默等同於對錯誤的默許。攻擊者常常通過各種手段阻止利益相關方在質疑時間之內提交欺詐證明而完成攻擊。欺詐證明類方案必須在質疑時間的長短上做出取捨。
有效性證明類方案，如ZK Rollup 與Validium 等，相比欺詐證明穩重許多，系統每次在Layer1 上進行狀態轉換時都提交足以證明其轉換真實有效的證明供Layer1 節點驗證。有效性證明因此無需設置質疑時間，從Layer2 退出無額外延遲。如何節約生產證明的開銷是有效性證明類擴容方案的藝術。
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Rollup 改進了這一問題，將Layer2 交易連同整個側鏈的狀態一同錨定到以太坊主鏈之上，從而實現了數據可用性。這一改進使得用戶可以輕鬆地向Layer1 的驗證節點證明其在Layer2 的全部交易真實有效，因此，可以隨時退出Layer2。
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縮小賬戶空間到23*8 （大於1677 萬個），按照預設的Merkle Tree 將以太坊主鏈上的20 字節的賬戶地址轉為3 字節的葉節點索引作為壓縮後的地址；
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假設一個賬戶的轉賬次數不會超過2 萬，以兩個字節表示Nonce。
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D1 Ventures 將目前主流的擴容方案和代表性應用按照上述的欺詐證明/ 有效性證明和鏈上/ 鏈下數據有效性分為四個像限。
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zkSync 是Matter Labs 在ZK Rollup 的基礎上開發的以太坊Layer2 開放網絡。在實現ZK Rollup 的高TPS 和低手續費的基礎指標外，zkSync 建立了一個更加實用和獨立的網絡：
零知識智能合約框架。 zkSync 推出了安全且高效的編程框架和基於虛擬機的運行環境Zinc，為基於零知識證明的智能合約而設計，可以將Layer1 上的智能合約快速編譯為零知識證明算法善於處理的程序，以此作為Layer1 上DeFi 等大量消耗資源的應用轉移到Layer2 的橋樑。但由於零知識證明本身過於復雜，安全性仍然需要大量嘗試驗證。
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zkSync 是目前最成熟的ZK Rollup 開放網絡，普通交易之外，zkSync 正在努力支持更加複雜的DeFi 應用在其上運行。未來，zkSync 將在Layer2 引入代幣治理以更好地實現去中心化，Matter Labs 還計劃推出zk Porter 將網絡分片，使得不同邏輯類型的應用的智能合約在不同分片上得到更好的支持。成熟的Layer2 開放網絡與一條獨立的區塊鏈看起來愈發相似。
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除Optimism 外，Fuel Labs 開發的Fuel 是另一個值得注意的Optimistic Rollup 擴容網絡。 Fuel 的側鏈採用了UTXO 和HTLC 等設計，支持任意兩種ERC-20 Token 的無抵押（Non-custodial）互換。
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在像限的左下角，Validium 即是鏈下數據可用性和有效性證明的組合，由Starkware 在去中心化交易所引擎產品StarkEx 中集成。實際上，StarkEx 設計了靈活的數據存儲結構（解決方案被稱為Volition），用戶每次交易時都可以自由地選擇數據存儲位置，並且由於DAC 的支持，StarkEx 中的數據無論在鏈上鍊下都可以獲得數據可用性支持，用戶可以在無許可的情況下自由退出Layer2。
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