如果不是因為這篇研究報告是受 MolochDAO 之托而作，我想 DAOSquare 應該不會翻譯如此“技術性”的學術論文（至少現(xiàn)階段不會）。不過，以太坊的擴展性的確是一個重要且熱門的話題，現(xiàn)有的解決方案包括 OptimisTIc Rollup、Zk Rollup，而 OpTImisTIc Rollup 則是一個提出時間并不長的新興方案，它被認為是最有前途的擴容方案。

以下報告由 MolochDAO 授權制作，John Adler 提供相關意見/復審；但此篇所有觀點均代表本人。此外，項目評估僅為該報告發(fā)稿時的狀態(tài)簡況（2020年2月）。事事均在變化，不做過度承諾。

籠罩以太坊擴容社區(qū)的陰霾--OpTImsitc Rollup

2019下半年，Optimistic Rollups （ORU或Optiroll） 作為以太坊 Layer 2 擴容協(xié)議迅速興起大熱。本文旨在概述新興 ORU 的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)至發(fā)稿時的簡況（2020年2月）。我們先將 ORU 理論屬性放于 Layer 2 設計空間大背景下，之后比較不同項目的方法和技術設計決策以及其中的各種取舍。9個項目包括：

Fuel Labs

ANON

Whitehat， Cellani， Lim （ hereby “WCL”）

Pinkiebell

Offchain Labs

Interstate Network

Optimism

IDEX

Celer

點擊此處回顧他們的差異性。最后，我們將深入探討一些定性問題，這些問題將圍繞以上項目如何在空間中發(fā)揮自己的作用。

背景 & 理論

盡管美名在外，但開放且未授權的區(qū)塊鏈也有很多問題：網(wǎng)絡中的所有完整節(jié)點必須可見，并驗證系統(tǒng)處理的每筆交易；超低效率（相較中心化數(shù)字支付系統(tǒng)而言）是加密貨幣備受爭論的擴容挑戰(zhàn)的核心。

Layer 2 協(xié)議是減輕此類負擔的一類方法。將所有的節(jié)點全部驗證所有交易，變?yōu)閮H由感興趣的各方（例如那些希望獲得自己資金的人）對交易的某些子集進行本地驗證，以此（以某種方式，形狀或形式）來轉移這種負擔 。重要的是，他們保留基本層無需信任的安全模型，同時無需依賴用戶自己運行的軟件以外的資源。

· 數(shù)據(jù)可用性：解決

在以太坊 Layer 2 研發(fā)的早期階段，研發(fā)人員計劃在隱含假設下運作，即基礎層“減輕驗證負擔”就是完全將（某些）交易數(shù)據(jù)隔離在區(qū)塊鏈之外。（請參閱 Josh Stark 2018年初的文章 Making Sense of Ethereum’s Layer 2 以了解當時的思維方式）。

加密貨幣協(xié)議有其內在的經(jīng)濟屬性，可以激勵區(qū)塊生產(chǎn)者及時地、廣泛地共享區(qū)塊（除非是自私挖礦等邊緣情況 selfish-mining edge cases）；區(qū)塊鏈基礎層有時被稱為“數(shù)據(jù)可用性引擎”。確保數(shù)據(jù)是（完全）公開的，可以保證其能夠進行驗證，并且無效交易幾乎無法通過。

因此，在Layer 2的場景中，如果要將數(shù)據(jù)完全隔離在鏈外，將不再能保證我們有這種數(shù)據(jù)可用性；因為那些擔心數(shù)據(jù)有效性的人可能會隱瞞數(shù)據(jù)。因此，我們必須弄清楚，在這種極端情況下，如何以某種方式確保不會發(fā)生無效的狀態(tài)更新。對于Layer 2系統(tǒng)，數(shù)據(jù)隱瞞問題始終是最難最壞的情況；因為最糟糕的就是在沒有信息的情況下去探尋事實。

如果我們的定義足夠寬松，針對該數(shù)據(jù)隱瞞問題的所有解決方案都可以分為兩大類：狀態(tài)通道和Plasma（channels and Plasma）。如果兩方在一個通道中，雙方一致同意后，鏈下數(shù)據(jù)的更新才真正有效。因此，如果 Alice 選擇保留 Bob 的數(shù)據(jù)，Alice 將處于最新狀態(tài)；保留數(shù)據(jù)對她沒有好處。相比之下，Plasma 則沒有雙方一致同意的這一要求。這直接導致在 Plasma 中，如果用戶沒有任何直接證據(jù)，則可能發(fā)生無效更新。即使在這種情況下，Plasma 仍可以保證用戶持有必要的鏈下數(shù)據(jù)，在交互質疑期中證明并確保其資產(chǎn)所有權。

就實際結果而言，狀態(tài)通道已成為第一個 Layer 2 構造。人們很容易理解，且狀態(tài)通道（可能）確實解決了一些基礎的研究挑戰(zhàn)，我們的確也看到狀態(tài)通道在比特幣和以太坊上的應用。狀態(tài)通道具有一些實用屬性，例如即時交易，這些屬性非常契合一些特定應用程序的需求。盡管是較通用的擴容方案，但在某種程度上仍受限制。從本質上講，通道之間是彼此獨立的，且免信任的連接將導致資本效率低下，及/或受制于可用的流動路徑。（我之前在 Bitcoin’s Lightning Network 發(fā)表了相關限制以及解決策略。）

Plasma 有望提供一種用途更廣，側鏈式擴容方案，使參與者之間可以更輕松地進行信息交互，但是它的發(fā)展路程卻更艱難。有關 Plasma 技術挑戰(zhàn)的細節(jié)不在本文討論范圍之內。但是，（非常）簡單來說，不能保證數(shù)據(jù)可用性的這種特質，讓很多特性難以立刻保留，例如：支持任意計價支付，用戶的驗證/存儲要求最小化，避免大批量退出方案，以及支持智能合約邏輯 。雖然可以緩解這些問題，但是解決一個障礙的代價往往是加劇另一個障礙。簡而言之，很難做到完全正確，即使這些構造足夠可行，其復雜性也會讓實踐變得困難而緩慢。（我已在此處及此處發(fā)表分析了 Plasma Cash 及其變體的合理進展及其帶來的挑戰(zhàn)。

Plasma 的問題讓甚至一些人認為其會消失（declare its demise）。即使有人認為這種說法還為時過早（例如我），但是毫無疑問，Plasma 比預期設想的更加困難復雜，而且傳輸結果的空間速度比最初希望的要慢。隨著 Plasma 的停滯，以太坊社區(qū)渴望類似非監(jiān)管下的、具有側鏈特性的事物。此時，就研究和實施狀態(tài)而言，Optimistic Rollup 出現(xiàn)了。

· 數(shù)據(jù)可用性：讓步

我們可以在各種先前的提案中發(fā)現(xiàn)目前 Optimistic Rollup 的構造痕跡，比如 Shadowchains， Coinwitness， bulk validation with ZK-SNARKS （現(xiàn)在稱之為 ZK-Rollup）， 以及2015年初的一場關于Arbitrum 的學生演講等。

就目前了解而言，John Adler 和 Mikerah Quintyne-Collins（又稱““Bad Crypto Bitch ”）將協(xié)議基礎稱為“合并共識 Merged Consensus”。先前的 Plasma Group 團隊（現(xiàn)為 Optimism，下文介紹）在一篇博客文章中描述了類似原理，并在 Optimistic Layer 2 游戲語義分析中將其定為框架，命名為 Optimistic Rollup（無論出于何種原因），并最終確定。

Optimictic Rollup 采用前一段中所述的框架并把它翻轉過來；ORU 并不打算在數(shù)據(jù)隱瞞的情況下保留非監(jiān)管性，而是采取了一種更直接的方法，即直接要求將交易數(shù)據(jù)發(fā)布在鏈上，更具體地說，要求將足夠的數(shù)據(jù)發(fā)布在鏈上，以便任何運行以太坊節(jié)點的人都可以重建 ORU 的狀態(tài)。擴容的好處在于，Layer 1 僅需發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)并將其 Merkle 樹化為區(qū)塊根，無需執(zhí)行任何操作；（理想情況下）計算僅在 Layer 2 執(zhí)行。因此，交易數(shù)據(jù)作為呼叫數(shù)據(jù)發(fā)布在鏈上，并且不存儲在狀態(tài)中；因為狀態(tài)容量增長和計算成本（可能）是以太坊擴容的核心瓶頸，這具有不小的增長空間。

與 Plasma 一樣，基礎層無法直接驗證交易就意味著會有一些無效交易。在 ORU 下，任何當事方都將見證無效交易的更新，然后通過欺詐證據(jù)向基礎層展示欺詐證明，欺詐證明將還原欺詐性區(qū)塊以及及后續(xù)的區(qū)塊更新。一旦過了足夠的時間而沒有提交欺詐證明，就可以確定并匯總區(qū)塊，從這些區(qū)塊中啟動的提款就可以完成。為了抑制故意發(fā)布無效區(qū)塊的行為對社區(qū)的惡意破壞，區(qū)塊提交人會發(fā)布一個保證金，如果欺詐證明有效，將大幅削減保證金。這種防欺詐處理的精確方式是任何特定 ORU 結構的核心。

與 Plasma 相比，ORU 有一個不可避免的根本性缺點，那就是它的擴容性相對較低。假設鏈上數(shù)據(jù)與 ORU 塊中的數(shù)據(jù)成正比，則 ORU 構造會受到基礎層最大數(shù)據(jù)量的限制。不過在其他方面 ORU 也有很多益處，包括：

· 更輕松/更廣泛地支持智能合約

· 更容易地支持任意付款面額

· 無需許可的區(qū)塊生產(chǎn)

· 更簡單的博弈退出機制

· 相對簡單的操作

正如我們預料，即使是上述因素也需要在不同的 ORU 結構中相互權衡。（有關 ORU 背后的更多信息，請參閱 John Adler 的 “The Why’s of Optimistic Rollup”。）

Projects Overview 項目概覽

本報告采訪了9個使用 ORU 設計模式的項目，其中一個項目選擇在發(fā)布時保持偽匿名狀態(tài)（以下稱為“ ANON”）。

僅考慮 Optimistic Rollup 范圍內的項目，也就是說，它們必須都是 “Optimistic”，包括某種假設，即“假設有效，除非或者直到提交欺詐證明”（即，不是 ZK-rollup）并包括“Rollup”，即，鏈上發(fā)布了足夠的數(shù)據(jù)，任何觀察者都可以重建狀態(tài)并檢測無效性（即，不是 Plasma）。大多數(shù)所討論的大多數(shù)項目都嚴格符合這些參數(shù)，唯一的例外是 IDEX 2.0，其詳細信息將在下面討論?；?Plasma 或與 Plasma 相鄰的構建上工作的其他各種項目，都屬于研究 ORU 的初期階段，包括 Matic，LeapDAO 和 Cryptoeconomics Lab。

· 智能合約支持和欺詐證明互動性

ORU 項目之間的核心區(qū)別在于它們對智能合約腳本的支持程度，以及它們所需要的驗證和欺詐證明的性質。在本次調研的9個項目中，有5個項目在其 Rollup 中實現(xiàn)了完整的以太坊虛擬機功能，其中 rollup 側鏈具有 Solidity 智能合約支持，其支持程度（大致）與以太坊基礎層的智能合約支持程度相當，而其余項目則更偏向于支持更有限的、受限的功能。

廣義上講，除了智能合約功能本身之外，支持完整的 EVM 能夠保證 rollup 和主鏈之間的技術一致性，有望與基礎架構工具更輕松地集成，并且讓開發(fā)人員更容易過渡，他們已習慣在 Layer1 上使用 Solidity 編譯的智能合約。相反，那些更偏向于支持更有限的、受限的功能項目具有以下優(yōu)點：成本更低的（或多或少）欺詐證明，驗證更容易，可以針對特定用戶直接實現(xiàn)優(yōu)化以及總體上的簡化。