ROLL:一文了解Layer2模型、分类、具体方案

原文标题:L2-理解和思考

Layer2是个大的话题。是否去中心化,是否安全,资金状态确认时间是Layer2的主要的讨论话题。最近有点时间,总结一下Layer2的理解和思考。

Layer2,相对于Layer1,在Layer1的基础上提供更丰富功能,更好的用户体验。抽象一下Layer2的逻辑以及交互模型如下:

除了Layer1的交易外(入金),其他Layer2的交易都在Layer2执行。为了Layer2在必要时恢复交易状态,所有Layer2的交易数据需要安全存储。简单起见,也为了和Layer1保持一样的安全性,所有Layer2的交易数据一般存储在Layer1。这种交易数据的随时可访问,称为"Data Availability"(数据可用性)。所有的Layer2交易都在Layer2执行,并同步到Layer1。如何证明Layer2同步的状态正确,不同的layer2方案有不同的实现方法。

0xc59d开头地址于今日凌晨向币安转入1901枚以太坊:5月17日消息,据Spot On Chain监测,0xc59d开头地址于今日凌晨向币安转入1901枚以太坊,价值约350万美元。[2023/5/17 15:08:43]

从Layer2状态同步方式,Layer2分为两类:一类是侧链实现(Side Chain),一类是Rollup。侧链,就是通过不同于Layer1的共识进行Layer2状态向Layer1的同步。仅从这一点,整个侧链的安全性,就降低到Layer2的共识的安全性。Rollup又分为两种:一种是zkRollup,一种是Optimistic Rollup。所谓Optimistic Rollup,乐观性Rollup,期望绝大多数情况下Rollup正确向Layer1同步状态。同时,为了防止同步错误的状态,提供了挑战机制。乐观预计挑战的机率比较小。在需要挑战的情况下,Layer1可以判断正确状态。zkRollup是最直接的状态同步方式,通过零知识证明技术,在向Layer1提交状态的同时提供状态变化的证明。Layer实现分类如下:

比特币奖励应用程序Fold和Visa扩展合作伙伴关系:金色财经报道,比特币奖励应用程序Fold和Visa周四宣布扩大了他们正在进行的合作伙伴关系。Visa现在将成为Fold在北美、欧洲、拉丁美洲和加勒比地区的预付借记和信贷产品的独家网络合作伙伴。Fold于2020年首次与Visa合作发行借记卡,提供比特币(BTC)奖励而不是传统的奖励积分,自借记卡推出以来,用户已获得超过3000万美元的比特币奖励。

Fold首席执行官Will Reeves表示,扩大合作正值“美国以外对比特币入口的需求正在增长”之际,在新的合作下,Fold和Visa将进入新的市场,业务推进计划包括授权现有的本地金融服务公司通过Fold基础设施推出他们自己的比特币奖励。[2023/3/31 13:36:35]

zkRollup,按照采用的零知识证明协议又分为三类:1/ Groth16 2/ PLONK 3/ STARK。Groth16协议需要针对每一个电路进行初始设置(Trusted Setup)。PLONK协议在一定规模下的电路只需要一次初始设置。STARK协议不需要初始设置。但是,相对另外两种算法,STARK协议,证明数据量大,验证时间长。相对来说,在Layer2的场景下,PLONK是目前广泛使用的算法。

美财政部官员:美国的银行挤兑事件不应归咎于加密行业:金色财经报道,美国财政部负责国内金融事务的副部长Nellie Liang表示,加密行业不应该为硅谷银行(SVB)和Signature Bank的挤兑事件负责。她在周三众议院金融服务委员会的听证会上表示,不认为加密货币在这两起银行破产事件中发挥了直接作用。当被问及数字资产是否是一个间接因素时,她指出Signature在该领域特别活跃,但她没有提供进一步的细节。联邦存款保险公司(FDIC)主席Martin Gruenberg此前曾表示,截至2022年底,Signature约五分之一的存款与加密客户有关。[2023/3/30 13:34:07]

STARK协议和SNARK(Groth16/PLONK)协议比较(来源于Matter Labs的github链接):

https://github.com/matter-labs/awesome-zero-knowledge-proofs

Block.one子公司Bullish.com裁员近30人:金色财经报道,加密货币交易所Bullish.com裁员应对市场低迷,此次裁员近30人。据LinkedIn资料,该公司共有员工约270人。该公司发言人周二证实了裁员的消息,同时补充说:\"Bullish将继续积极招聘产品、工程和其他战略角色。\"

据悉,Bullish.com于去年成立,是Block.one的子公司,Block.one是EOSIO区块链背后的软件公司。Block.one和Thiel Capital、Galaxy Digital、Nomura、英国对冲基金亿万富翁Alan Howard向Bullish.com提供了100亿美元的初始资金。(The Block)[2022/7/6 1:53:21]

总结一下,从安全性角度看,各种Layer2的排序如下:zkRollup,optimistic Rollup,侧链。从提现的时间也印证了安全性,zkRollup的提现是分钟级别,其他两种方案,小时甚至是天级别。zkSync是比较完善的zkRollup开源项目,zkRollup,虽好,目前存在很大的缺陷:可编程性差。

Animoca Brands收购教育内容平台TinyTap,将利用区块链为全球教育工作者提供新的机会:官方消息,Animoca Brands宣布已收购教育内容平台TinyTap 80.45%的已发行资本,对价为3887.5万美元现金和股票。Animoca Brands目前持有TinyTap 84.13%的股份。

据介绍,TinyTap是一家UGC教育技术公司,提供无代码平台,使教育工作者能够创建和分发交互式教育内容,同时获得基于使用的收入份额。Animoca Brands将利用对TinyTap的收购为基于区块链的UGC教育内容建立一个新的业务部门,这将使全球的教育工作者能够产生自己的资产。[2022/6/16 4:32:56]

相对其他Rollup方案,zkRollup方案多了zk证明系统。也就是说,在Layer2每个交易除了“执行”外,还需要生成证明,证明执行过程的正确性。熟悉零知识证明技术的小伙伴都知道,零知识证明的安全性在于”电路“的安全性。对于Layer2,每种交易的处理”固化“为电路,电路逻辑完全公开。对应于每种电路,存在唯一的验证秘钥。验证秘钥用在Layer1验证状态证明。通过验证的状态证明,符合固化电路的逻辑。

关键就在于Layer2交易的执行和固化电路语义是否一致。公开电路就是一种共识方式,供所有人查阅电路逻辑。简单的说,为了实现zkRollup,需要实现Layer2执行对应的电路。事实上,电路的实现相对复杂,没有高级语言,很多情况下都是手写R1CS。进一步,为了利用zk证明系统,为了优化电路的实现,整个Layer2的状态经常优化为电路友好结构(merkle树)。所以,zkRollup的系统需要考虑电路的结构,从而约束了Layer2交易以及账户模型。细心的小伙伴可以发现,不管是zksync/zkswap/loopring,都只实现了特定交易场景。

反过来说,如果需要通过zkRollup支持EVM的交易执行,需要将EVM的交易抽象成电路友好的账户模型。这种抽象并不容易,再者,EVM的描述电路可以预见比较大。从零知识证明的性能看,这方面会限制整个zkRollup的性能。

再看看zkRollup方案在Layer1的gas消耗。整个zkRollup方案的主要gas消耗为三部分(withdraw不考虑在内):

Transaction Raw Data:在zksync中称为pub data。为了保证data availability,所有的Layer2的交易都会以裸数据的形式提交到Layer1。

Layer2 Block管理:在Layer2提交区块状态时,Layer1维护着Layer2的区块结构和状态。

验证Layer2 Block状态:在Layer2提交证明时,Layer1需要验证状态证明。

以一个区块350笔交易,每个交易的Transaction Raw Data的大小为20字节为例,一个区块处理的gas消耗:

虽然上述的数据不是精确值,但是足以说明交易原始数据在整个zkRollup方案中的gas消耗占比是非常高的。从这个角度看,Layer2的有些项目选择通过其他链下的方式存储交易数据。

Optimistic Rollup兼容EVM。也就是说,Layer2支持可编程性,并且在以太坊上的程序几乎无缝迁移。为了保证链上的状态正确,这两种方案都提供一段时间内的挑战机制。挑战者提供挑战的证据,Layer1抉择正确与否。

Optimism采用OVM执行Layer2交易。取名OVM是为了区分Layer1的EVM。因为提交到Layer1的状态需要检验正确性,Layer1需要“重放”Layer2的交易,也就是说,Layer1在有些情况下需要执行OVM交易的执行。Optimistic Rollup最复杂的地方也在于此,用EVM模拟OVM,并执行Layer2的交易。可想而知,在Layer1的EVM模拟OVM的执行是比较繁琐,消耗较大的操作。

Arbitrum也是采用挑战机制。为了避免挑战的gas费用低,Arbitrum引入了AVM:

相对于EVM,AVM是一个相对简单的虚拟机。Arbitrum在AVM虚拟机上模拟EVM执行环境。也就是说,所有的Layer2交易都是在AVM执行,交易的执行状态可以用AVM状态表示。在提交到Layer1的状态有分歧时,挑战双方(Asserter和Challenger)先将状态分割,找出“分歧点”。明确分歧点后,挑战双方都可提供执行环境,Layer1执行相关操作确定之前提交的状态是否正确。在Layer1挑战的是AVM的状态,分歧点的AVM的指令执行。

简单的说,为了省挑战的gas费用,Arbitrum采用了精简的AVM(非常方便状态表示),通过快速分割,在链上只需要执行一个指令,判断状态是否执行正确。Arbitrum介绍文档中提到,整个挑战需要大概500字节的数据和9w左右的gas。在AVM的基础上,Arbitrum设计了mini语言和编译器,模拟了EVM的执行环境,从而兼容EVM。

总结:

Layer2,相对于Layer1,在Layer1的基础上提供更丰富功能,更好的用户体验。资金状态确定性时长,安全性,可编程性是目前讨论的焦点。zkRollup是资金状态确定性最快的方案。optimistic Rollup/侧链具有可编程性。zkRollup支持EVM的证明是个期待的方向。

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