Андреас Фройнд, член группы по интересам основной сети ЕЭЗ

Ниже представлен мини-отчет о текущем состоянии экосистемы масштабируемости Ethereum, который длиннее и глубже обычного сообщения в блоге.

Многие предприятия отказались от частных консорциумов Блокчейн из-за нескольких факторов:отсутствия значимых сетевых эффектов в частных реализациях Блокчейн, которые, как правило, делают их более дорогими и громоздкими для управления в консорциуме конкурирующих организаций, чем общая система баз данных, а также недоступность экосистемы DeFi с ее новыми и быстрорастущими, а значит, очень доходными классами активов. Решения масштабируемости Ethereum Layer 2 (L2) предлагают возможность вписать квадратную привязку Ethereum Mainnet в круглую дыру корпоративных требований безопасности, конфиденциальности и соответствия, поскольку многие решения L2 де-факто представляют собой централизованные базы данных с умной криптографией. Они также могут предоставлять доступ к миру классов активов DeFi, позволяя сетевым эффектам основной сети распространяться на корпоративные решения через эти классы активов DeFi. Это создает новые и симбиотические отношения между корпоративными вариантами использования L2 и основной сети Ethereum за счет роста как активов, так и пользователей.

Краткое введение в Layer 2 и другие решения масштабируемости для Ethereum

Основная сеть Ethereum стала жертвой собственного успеха, поскольку в настоящее время она служит серьезным узким местом для роста ее экосистемы; проблемы с сетью возникли из-за высоких комиссий за транзакции и ограниченного количества транзакций, разрешенных на блок, что поставило под угрозу экономическую жизнеспособность протоколов на основе Ethereum, стартапов и других компаний с надежными бизнес-моделями. В то время как Eth2, следующая версия Ethereum, обещает 100-кратное увеличение масштабируемости транзакций и значительное снижение комиссий за транзакции, до ее развертывания еще 12 месяцев или больше. Проблемы масштабируемости Ethereum необходимо решить сегодня, если Ethereum хочет сохранить свои лидирующие позиции в качестве самой популярной и наиболее используемой сети блокчейнов в мире.

За последние 2–3 года появилось несколько типов решений, направленных на решение проблем масштабирования и транзакционных издержек. Их объединяет то, что все они выполняют тяжелую обработку транзакций за пределами основной сети Ethereum (т. Эти решения в просторечии называются уровнем 2 (L2), поскольку они находятся над основной сетью Ethereum, также часто называемой уровнем 1.

Ниже приведен краткий обзор основных категорий масштабируемых решений, за которым следует краткое описание характеристик каждой категории решений:

• Каналы состояния
• Боковые цепи
• Сводки
  • Оптимистичные сводки
  • Сводные данные с нулевым разглашением (zk)
  • Плазма
  • Валидиум

Рис. 1. Категории L2; Источник:Токен-терминал

Каналы состояния

Каналы состояния масштабируют основную сеть Ethereum, выполняя транзакции вне сети через безопасные каналы, установленные между сторонами. Они требуют, чтобы пользователь поместил снимок последнего состояния Ethereum, которым управляет пользователь, в смарт-контракт с несколькими подписями; это аналогично депозитам пользователей в платежные каналы сети Lightning Network Биткойн. Этот снимок будет содержать важные данные, такие как активы ETH адреса Ethereum в данный момент времени.

Государственные каналы позволяют проводить (почти) бесплатные транзакции вне сети с мгновенной завершенностью транзакций и превосходной конфиденциальностью, потому что только оператор канала состояния и участники канала состояния имеют доступ к транзакциям вне сети. Подумайте о шахматной игре, в которой игроки делают ставки, чтобы начать игру. Эта транзакция будет записана в цепочке и откроет канал. Отдельные ходы будут подписаны каждым игроком в канале. Игра будет продолжаться до тех пор, пока игрок не уйдет или игра не закончится, после чего один из игроков или сама игра обратятся к основной сети за решением и выплатой выигрыша.

Каналы состояний, скорее всего, будут использоваться в ситуациях, когда между сторонами, которым достаточно доверяют, идет большой трафик одноранговых многонаправленных транзакций. Индивидуальные изменения состояния будут происходить в этих каналах посредством подписанных и защищенных транзакций, а контракты на основе консенсуса в основной сети или L2 служат для обработки периодического и/или «конечного» согласования.

Боковые цепи

Сайдчейны — это блокчейны, независимые от основной сети Ethereum, со своими собственными моделями консенсуса, например, Proof of Authority (PoA), Proof of Stake (PoS) и механизмами конечного автомата, такими как виртуальная машина Ethereum или другие архитектуры. Транзакции Ethereum могут быть выгружены в такую ​​цепочку в режиме хранения, что снижает нагрузку на основную сеть Ethereum. В зависимости от сетевого подхода к цепочкам (независимая мультицепочка или общая цепочка) конфиденциальность транзакций может быть сохранена за счет закрытого доступа к цепочке.

Конкретный подход, используемый каждой сетью, должен оцениваться отдельно, чтобы определить его пригодность с точки зрения масштабируемости, безопасности и соответствия назначению. Некоторые участники экосистемы не считают сайдчейны настоящими решениями L2, поскольку они не наследуют достаточных гарантий безопасности основной сети Ethereum из-за отсутствия данных о транзакциях в сети и не предоставляют возможность разрешать споры в основной сети Ethereum. Сторонники сетевых сетей, связанных с Eth, будут утверждать, что их модели консенсуса Proof of Stake и модели валидаторов столь же строги, как Eth2 (который также использует модель Proof of Stake), и что их операционные связи с Ethereum (в форме сетевых контрактов работает на Ethereum) обеспечивают достаточную безопасность и прозрачность в Eth-native форме.

Мы расскажем о различных подходах на основе цепочки ниже, когда будем рассматривать масштабируемость.

Сводки

Роллапы похожи на продвинутые сайдчейны, не связанные с хранением, которые обеспечивают высокую пропускную способность транзакций, наследуя гарантии безопасности основной сети Ethereum. Роллапы обычно относятся к одной из четырех основных категорий:оптимистичные роллапы, zk-роллапы, Plasma и Validium.

Сводки — это решения, которые выполняют транзакции за пределами основной цепочки Ethereum, но размещают данные транзакций на уровне 1. Поскольку данные транзакций находятся на уровне 1, это позволяет защищать свертывания на уровне 1. Наследование большинства свойств безопасности уровня 1 при выполнении выполнения за пределами уровня 1, является определяющей характеристикой накопительных пакетов.

Три упрощенных свойства сверток:

1. Выполнение транзакции за пределами уровня 1
2. Данные или подтверждение транзакций находятся на уровне 1.
3. Сводный смарт-контракт на уровне 1, который может обеспечить правильное выполнение транзакции на уровне 2, используя данные транзакции на уровне 1.

Некоторые агрегации требуют, чтобы «операторы» вносили залог в контракт на агрегацию. Это стимулирует операторов правильно проверять и выполнять транзакции. (Свертки Layer 2, Ethereum.org, https://ethereum.org/nb/developers/docs/scaling/layer-2-rollups/)

Однако «операторы» имеют право подвергать цензуре транзакции, если модель оператора недостаточно децентрализована, как в основной сети. На рисунке ниже эти категории организованы в зависимости от того, обрабатывают ли они хранение данных в сети или вне сети, а также от того, обеспечивается ли правильность вычислений с помощью доказательств достоверности с нулевым разглашением или доказательств мошенничества с сокращением депозита пользователя.

Рис. 2. Категории сводки L2; Источник: buildblockchain.tech

Еще одно различие между решениями для объединения заключается в том, где происходят вычисления и когда происходит завершение. Например, вычисление для ZK Validity Proofs происходит через стороннего оператора (или валидатора, или секвенсора), основной функцией которого является объединение транзакций и отправка пакетов транзакций в основную сеть. Эти пакеты содержат минимальную, но достаточную информацию для подтверждения законности транзакций. Вычисление транзакций выполняется перед отправкой на L1, и окончательность достигается после проверки L1 (или после прохождения достаточного количества блоков L1, как может потребовать сведение).

Оптимистичные свертки также вычисляют транзакции вне сети как свертки zk, но не с нулевым разглашением, и они полагаются на процедуру состязания и период состязания, в течение которого мейннет отменяет решение о том, действительна оспариваемая транзакция или нет. Как и в случае ZK Validity Proofs, операторы Optimistic Rollups, скорее всего, будут делать ставки или быть связанными, так что если оператор отправит мошенническую транзакцию в основную цепочку Ethereum, его доля будет сокращена.

Обратите внимание, что накопительные пакеты обычно не обеспечивают конфиденциальность для своих пользователей. Однако появляются новые решения, как Optimistic (zk Optimistic), так и zk Rollups (zk-zk Rollup), которые сохраняют конфиденциальность своих пользователей. Эти решения будут рассмотрены в следующем разделе. Также обратите внимание, что zk-Optimistic Rollups имеют худшие характеристики производительности, чем Optimistic Rollups, потому что каждая транзакция в блоке rollup намного больше, чем в случае Optimistic Rollups, а блоки Ethereum ограничены в пространстве из-за лимита газа блока; компромисс между конфиденциальностью и производительностью. С другой стороны, zk-zk Rollups имеют такие же характеристики производительности, что и zk Rollups, из-за умного использования криптографии, которая позволяет использовать рекурсивные доказательства zk, что позволяет избежать добавления дополнительных данных в блок свертки. Дальнейшая оптимизация используемой криптографии позволяет избежать увеличения требований к производительности вычислений по сравнению с zk Rollups.

Вышеупомянутые решения L2 имеют определенные характеристики производительности, безопасности, экономичности и удобства использования, которые обобщены в таблице ниже:

Рис. 3. Характеристики решения L2 по категориям решения L2 и масштабируемости;
Источник: Лаборатории материи

Учитывая быстрые изменения и оптимизацию используемых технологий, вышеприведенная оценка различных категорий является всего лишь моментальным снимком времени и может — и ожидается — существенно измениться в течение следующих 12–24 месяцев.

Ethereum Layer 2 и ландшафт решений для масштабируемости

Как уже говорилось, экосистема Ethereum L2 развивается с невероятной скоростью — от Plasma Whitepaper в 2017 году до крупнейшей децентрализованной биржи Ethereum, Uniswap, которая будет запущена на решении L2 в 2021 году. Следовательно, любой обзор экосистемы будет неполным и быстрым. устаревший. Тем не менее, текущий моментальный снимок по-прежнему полезен для понимания большого разнообразия проектов в этой области и предполагаемых вариантов их использования.

Мы обсудим каждую категорию и приведем один или несколько примеров более подробно, а также упомянем дополнительные известные проекты в той же категории со ссылками на их веб-сайты или репозитории Github, если они существуют.

Каналы состояний

Подключить :Connext — это проект государственных каналов, который планирует стать L2-решением не только для Ethereum, но и кроссчейн-узлом маршрутизации для многих L2-решений Ethereum. Проект пытается решить проблему сообщества Ethereum, связанную с тем, что проекты L2 на основе Eth не будут достаточно совместимы. Новая система передачи данных Connext между уровнями L2 может оказаться важной для обеспечения доступности взаимосвязи между решениями, избегая блокировки сети в рамках какого-либо одного масштабируемого решения.

Другими известными проектами являются Raiden Network, Celer и Perun.

Боковые цепи

Сеть xDai :xDai Chain — это сайдчейн на основе EVM, предназначенный для стабильной обработки больших объемов транзакций; в настоящее время около 70 транзакций в секунду (TPS). Проект построен на токене STAKE, который поставщики консенсуса используют для экономической защиты боковой цепи. Популярность сети xDai в последнее время растет благодаря ее эффективности.

Сеть АПО :Подобно цепочке xDai со скоростью ~ 70 TPS, сеть POA представляет собой сайдчейн на основе EVM, который полагается на набор доверенных провайдеров консенсуса для быстрой и дешевой обработки транзакций. Похоже, что это решение можно использовать практически для любого случая, от игр с блокчейном до валют сообщества.

Полигон PoS: Polygon — это технологическая структура и протокол, которые позволяют разработчикам развертывать и подключать через протокол обмена сообщениями различные типы сетей — цепочки Proof-of-Stake на основе EVM, цепочки Plasma и т. д. — друг с другом и Ethereum. Таким образом, цель аналогична Connext или платформам, не основанным на Ethereum, таким как Cosmos. Polygon PoS — это сайдчейн от Polygon. Токен Polygon используется в качестве токена стейкинга в различных сетях, развернутых в сети цепочек Polygon для экономической защиты поставщиков консенсуса. Подход и архитектура аналогичны подходу Polkadot к подложке и парачейну.

Масштаб: Elastic Blockchain Network от Skale — это совместимое с Ethereum решение POS-сайдчейна, которое может быстро запускать экземпляры сайдчейна для конкретных приложений. Валидаторы для каждой боковой цепи выбираются как случайное, периодически перетасовываемое подмножество всего пула валидаторов SKALE, который стимулируется путем размещения токена. Валидаторы управляются и перетасовываются приложением, работающим в основной сети Ethereum.

Еще одна известная сайдчейн — Loom Network.

Оптимистичные сводки

Оптимизм: Optimism — это реализация Optimistic Rollup, обеспечивающая примерно 100-кратное сокращение использования газа, которая набирает обороты среди некоторых крупных игроков DeFi, таких как Synthetix. Компания Optimism создала OVM, EVM на основе L2, так что проекты L1 могут повторно развертывать свои смарт-контракты Solidity или Vyper на Optimism.

Известные проекты, переходящие на Optimism:Uniswap, Compound, Synthetix

Топливо: Fuel была первой реализацией Optimistic Rollup в основной сети Ethereum, запущенной 31 декабря 2020 года. Fuel обещает быстрые и эффективные платежи токенами, желая стать "слоем обмена ценностями Земли".

Арбитр: Подобно Optimism, Arbitrum, разработанный Offchain Labs, представляет собой оптимистическую накопительную сеть с валидаторами, экономически заинтересованными в эфире, способными обрабатывать примерно в 100 раз меньше газа. Основное различие между Optimism и Arbitrum заключается в том, что смарт-контракты Solidity и Vyper можно будет развернуть на Arbitrum без каких-либо модификаций, поскольку виртуальная машина Arbitrum такая же, как EVM на уровне байт-кода.

Известные проекты, переходящие на Arbitrum:Reddit, Uniswap

Картези Декарт :Descartes Rollups от Cartesi — это вариант оптимистичных накопительных сумм с интерактивным разрешением споров, аналогичный Truebit. Вместо байт-кода EVM Descartes выполняет набор инструкций RISC-V, что позволяет запускать виртуальную машину Linux.

Другими известными накопительными проектами Optimistic являются OMGX от OMG Network и Nightfall V3 от Ernst &Young, сохраняющий конфиденциальность Optimistic Rollup, где накопительные транзакции являются доказательствами zk-snark для сохранения конфиденциальности транзакций, что приводит к снижению TPS из-за размера доказательства.

zk-роллапы

zkSync :zkSync — это решение zk-Rollup от Matter Labs, которое использует доказательства с нулевым разглашением от zk-snarks для реализации как высокой пропускной способности (~ 300–2000 транзакций в секунду в зависимости от количества транзакций в блоке), так и высокой безопасности (наследуя безопасность основной сети Ethereum). гарантии). Matter Labs также работает над решением типа Validium под названием zkPorter.

Известные проекты на zkSync:Curve, Gitcoin, Balancer, Argent

Зацикливание: Loopring был первым zk-свертыванием, развернутым в основной сети Ethereum, и работает в основной сети Ethereum уже более года. Решение zk-Rollup от Loopring в настоящее время ориентировано на масштабирование децентрализованных бирж с помощью автоматизированных маркет-мейкеров, книг заказов и платежей. Loopring Exchange и Loopring Wallet основаны на технологии Loopring. OpenOcean также перешел на Loopring.

Ацтек: Aztec недавно запустил zk.money, который позволяет проводить полностью приватные транзакции Ether/DAI. Zk.money — это накопительный пакет zk-zk, представляющий собой следующее поколение накопительных пакетов zk. Технология Aztec позволяет проверять zk-доказательства zk-доказательств частных транзакций; другими словами, рекурсивные доказательства zk в основной сети Ethereum. Из-за рекурсивного характера доказательств zk в основной сети Ethereum может быть размещено такое же количество транзакций, как и в обычных накопительных пакетах zk.

Эта форма zk Rollup кажется наиболее многообещающим подходом для многих случаев корпоративного использования, учитывая их строгие требования к конфиденциальности.

Другими известными накопительными пакетами zk являются Hermez Network (недавно приобретенная Polygon) и zkSwap.

Валидиум

СтаркЭкс: StarkEx похож на zk Rollups, но использует zk-starks вместо zk-snarks, с основным отличием в том, что zk-доказательства значительно больше, чем доказательства для zk-snarks, и поэтому их депонирование и проверка дороже, чем для зк-снаркс. Система может работать либо как система типа Validium, либо как zk-накопитель. Эта динамика позволяет проекту иметь более высокую пропускную способность по сравнению с чистыми системами zk Rollup. Текущая реализация использует реализацию типа Validium.

Известные проекты с использованием StarkEx:dYdX, DeversiFi, Paraswap, Immutable X

Плазма

Боже мой! Сеть OMG Plasma похожа на OMGX, но построена на архитектуре Plasma, а не на Optimistic Rollup.

Многоугольник: Polygon также выпустил версию своей боковой цепи Polygon, описанную выше, в виде цепи Plasma, которая может обмениваться сообщениями с другими боковыми цепочками и накопительными пакетами, как описано для боковой цепи Polygon Proof-of-Stake.

Другой примечательной сетью Plasma является Leap DAO.

Что это значит для предприятий?

Предприятия традиционно не были заинтересованы в общедоступных блокчейнах, потому что требования безопасности, конфиденциальности и соответствия корпоративным вариантам использования сделали общедоступные блокчейны непригодными для реализации. Однако результаты частных сетей Blockchain были неоднозначными и разочаровывающими по нескольким причинам. Главным из них является отсутствие значимых сетевых эффектов в частных реализациях блокчейна, которые, как правило, делают их более дорогими и громоздкими для управления в консорциуме конкурирующих организаций, чем общая система баз данных, а также отсутствие доступа к экосистеме DeFi с ее новой и быстрорастущие, а, следовательно, очень прибыльные классы активов из частного Блокчейна. Обсуждаемые решения масштабируемости L2 предлагают возможность не только вписать квадратную привязку основной сети Ethereum в круглую дыру корпоративных требований безопасности, конфиденциальности и соответствия, поскольку многие решения L2 де-факто представляют собой централизованные базы данных с умной криптографией, но и получить доступ к миру активов DeFi. классы, позволяющие сетевым эффектам основной сети распространяться на корпоративные решения через эти классы активов DeFi. Это создает новые и симбиотические отношения между вариантами корпоративного использования на L2 с основной сетью Ethereum за счет роста как активов, так и пользователей.

В следующем выпуске этой серии блогов мы углубимся в новые и интересные варианты корпоративного использования для решений L2, использующих гарантии безопасности основной сети Ethereum и динамичную экосистему.

А пока следите за новостями из ЕЭЗ, подписываясь на нас в Twitter, LinkedIn и Facebook.