Новая работа Виталика: Чем L2 отличается от выполнения шардинга?

Слова: Виталик Бутерин

编译：Пэн Сунь, Foresight News

Два с половиной года назад я упомянул в статье “Endgame”, что будущие пути развития блокчейна, по крайней мере с технической точки зрения, очень похожи. В обоих случаях на цепочке происходит множество транзакций, и для их обработки требуется: (1) большое количество вычислений; (2) большая пропускная способность данных. Обычный узел Ethereum (например, мой архивный узел reth объемом 2 ТБ, который работает на моем компьютере) даже с мощными инженерными возможностями программного обеспечения и деревом Verkle недостаточен для прямой проверки огромного объема данных и вычислений. Напротив, в двух схемах - “L1 шардинг” и “Rollup”, используется ZK-SNARK для проверки вычислений, а DAS - для проверки доступности данных. Независимо от того, это L2 шардинг или Rollup, DAS остается одним и тем же, а также технология ZK-SNARKs. Они являются как кодом смарт-контракта, так и функцией протокола. С технической точки зрения Ethereum находится в процессе шардинга, а Rollup - это форма шардинга.

Это, конечно, приведет к вопросу: в чем разница между ними? Одно из различий заключается в том, что последствия от кодовых уязвимостей разные: в Rollup токены могут быть украдены, а в шардинге может нарушиться согласие. Однако я ожидаю, что с укреплением протокола и улучшением технологии формальной верификации влияние кодовых уязвимостей будет все меньше. Так что какие еще отличия между этими двумя возможно долгосрочными решениями?

Самая длинная среда выполнения

2019 году мы просто обсудили в Ethereum идею выполнения среды. В основном, Ethereum будет иметь различные «зоны», которые могут устанавливать различные правила для работы счетов (включая полностью разные методы, такие как UTXO), виртуальной машины и других функций. Это может обеспечить разнообразие методов в разных частях стека, но будет сложно реализовать, если Ethereum будет пытаться объединить многофункциональность.

最后, мы отказались от некоторых более амбициозных планов и оставили только EVM. Однако, можно сказать, что уровень 2 Ethereum (включая роллапы, валидиумы и Плазмы) в конечном итоге все же выполняет роль выполнения среды. В настоящее время мы обычно сосредотачиваемся на L2, эквивалентном EVM, но на самом деле игнорируем многообразие, привносимое другими методами.

• Arbitrum Stylus, он добавляет второй оракул на основе WASM вне EVM;
• Fuel, он использует архитектуру UTXO, подобную Bitcoin (но более функциональную);
• Aztec, она представляет собой новый язык и программную парадигму, основанную на концепции защиты конфиденциальности с помощью ZK-SNARK для проектирования умных контрактов.

Основанная на UTXO архитектура, источник: документ Fuel.

Мы можем попробовать создать EVM в качестве супервиртуальной машины, охватывающей все возможные парадигмы, но это приведет к значительному снижению эффективности каждой функции, поэтому лучше позволить этим платформам заниматься своими профессиональными делами.

Баланс безопасности: масштабирование и скорость транзакций

ETH L1 обеспечивает очень сильную безопасность. Если в блоке, окончательно завершенном на L1, содержатся определенные данные, то весь консенсус (включая экстремальные случаи социального согласия) будет стремиться гарантировать, что эти данные не будут изменены, обеспечивая доступ к ним и исключая возможность их восстановления. Для обеспечения такой безопасности ETH L1 готова понести значительные затраты. На момент написания данной статьи, комиссия за транзакцию относительно низкая: на Layer2 она составляет менее 1 цента, и даже на L1 базовый перевод ETH стоит менее 1 доллара. Если технологии будут развиваться достаточно быстро и рост доступного места в блоках сможет удовлетворить рост спроса, то эти затраты могут оставаться низкими и в будущем, но это не гарантировано. Для многих приложений, не связанных с финансами (например, социальных сетей или игр), даже комиссия в 0,01 доллара за транзакцию слишком высока.

Но социальные сети и игры не требуют такого же уровня безопасности, как уровень L1. Если кто-то готов потратить миллион долларов, чтобы отменить результаты своей проигранной партии или сделать ваш твит кажущимся опубликованным через три дня после фактической даты, это не имеет значения. Поэтому эти приложения не должны платить такие же высокие затраты на безопасность. L2-решения достигают этого, поддерживая целый набор методов доступности данных от роллапов и плазмы до валидиумов.

Разные типы L2 подходят для разных ситуаций. Читайте дальше для получения дополнительной информации.

Другим компромиссным вариантом является связанный с передачей активов от L2 к L2. Я предполагаю, что в течение следующих 5-10 лет все Rollups будут использовать ZK Rollup, а также очень эффективные системы доказательства, такие как Binius и Circle STARKs с поиском, вместе с агрегацией доказательств, позволят L2 предоставлять окончательный корневой статус на каждом слоте. Но на данный момент мы можем только сложно сочетать Optimistic Rollup и ZK Rollup и использовать различные временные окна для доказательств. Если мы реализуем шардинг в 2021 году, то модель безопасности для поддержки честности шардинга будет основана на Optimistic Rollup, а не на ZK. Поэтому L1 придется управлять сложной логикой доказательств мошенничества в цепочке и время вывода займет до одной недели для передачи активов между шардами. Но, подобно уязвимостям в коде, я считаю, что эту проблему в конечном итоге можно решить.

Скорость транзакции является третьим аспектом, который обеспечивает компромисс между безопасностью и долговечностью. Ethereum создает блок каждые 12 секунд, и она не может быть быстрее, иначе уровень централизации будет слишком высоким. Однако многие L2 решения исследуют возможность сжатия времени создания блока до нескольких сотен миллисекунд. 12 секунд - это уже не так плохо: пользователь в среднем должен ждать около 6-7 секунд, чтобы его транзакция была включена в блок (не только 6 секунд, потому что следующий блок может не включить его). Это примерно такой же временной интервал, который мне требуется, когда я выполняю платеж с кредитной карты. Однако многие приложения требуют более высокой скорости, которую может обеспечить L2.

Для повышения скорости L2 есть механизм предварительного подтверждения (preconfirmation): валидаторы L2 обязуются подписывать транзакции и включать их в блоки в определенное время, иначе они будут наказаны. Механизм StakeSure расширяет этот подход.

Предварительное подтверждение L2

Теперь мы можем попробовать внедрить все эти функции на L1. L1 может включать систему “быстрого предварительного подтверждения” и “медленного окончательного подтверждения”. Он может содержать разные фрагменты с разными уровнями безопасности. Однако это может увеличить сложность протокола. Кроме того, есть риск перегрузки согласования при выполнении всей работы на L1, поскольку многие методы с более крупным масштабом или более высокой пропускной способностью, где централизованный риск выше, или требующие более сильной формы “управления”, если выполнены на L1, повлияют на другие части протокола. С помощью L2 Ethereum в значительной степени избегает этих рисков.

Layer2 польза для организации и культуры

Вообразите себе страну, разделенную пополам: одна половина становится капиталистической, а другая - государственно контролируемой (в отличие от реальной ситуации, предположим, что в этом мысленном эксперименте такое разделение произошло естественным образом, без какой-либо травматической войны). В капиталистической части рестораны имеют децентрализованную собственность, основанную на блокчейне и избирательных правах. В государственно контролируемой части они являются филиалами правительства, подобно полицейским участкам. В первый день не произойдет существенных изменений. Люди в основном будут придерживаться существующих привычек, определяемых техническими реалиями, такими как навыки и инфраструктура. Однако через год вы увидите огромные изменения, так как различные стимулы и контрольные структуры приведут к значительным изменениям в поведении, определяя, кто остается, что строится, что поддерживается и что оставляется без внимания.

“Исследования в области организации промышленности сделали много различий, включая не только различия между экономикой, управляемой правительством, и капиталистической экономикой, но и различия между экономикой, контролируемой крупными франчайзи, и экономикой, в которой каждый супермаркет ведет бизнес как независимый предприниматель. Я считаю, что различия между экосистемой, сфокусированной на L1, и экосистемой, сфокусированной на L2, аналогичны.”

Что-то пошло не так с архитектурой «основной разработчик управляет всем»

Как экосистема, сфокусированная на L2, я считаю, что основные преимущества Ethereum следующие:

Поскольку Ethereum является экосистемой, сосредоточенной на L2, вы можете свободно строить отдельную субэкосистему с собственными уникальными возможностями, которая также является частью более крупной экосистемы Ethereum.

Если вы просто создаете клиент Ethereum, то вы являетесь частью большого Ethereum, хотя у вас есть некоторое пространство для инноваций, но это далеко не так, как у L2. Если вы создаете полностью независимую цепь, то у вас будет большое пространство для творчества, но вы потеряете преимущества, такие как общая безопасность и сетевые эффекты. L2 - это хорошая точка баланса.

Он предоставляет возможности для испытания новых сред выполнения и компромиссов в области безопасности, которые позволяют достичь масштабируемости, гибкости и скорости. Он также предлагает механизм стимулирования, который поощряет разработчиков строить и поддерживать, а также стимулирует поддержку сообщества.

На самом деле, каждый L2 является изолированным, что означает, что развертывание нового метода не требует разрешения: вам не нужно убеждать всех основных разработчиков в том, что ваш новый метод “безопасен” для остальной части цепочки. Если ваш L2 провалился, это ваша ответственность. Любой может предложить странные идеи (например, метод Plasma Intmax), даже если основные разработчики Ethereum совсем не следят за этим, они могут продолжать строить и, в конечном итоге, развернуть. L1-функции и предварительная компиляция не такие. Даже в Ethereum успех или неудача разработки L1 в конечном итоге часто зависит от политики, что выше, чем мы хотели бы. Независимо от того, что можно теоретически построить, различные стимулирующие механизмы, создаваемые экосистемой, сосредоточенной на L1, и экосистемой, сосредоточенной на L2, в конечном итоге значительно влияют на содержание, качество и последовательность фактического строительства.

Экосистема Ethereum на базе L2 сталкивается с какими вызовами?

L1 + L2 архитектура столкнулась с серьезными проблемами.

Источник изображения: Reddit

Этот метод, сосредоточенный на L2, сталкивается с одной ключевой проблемой, в то время как экосистема, сосредоточенная на L1, практически не сталкивается с такими же проблемами: координация. Другими словами, хотя у Ethereum есть множество L2, вызов заключается в том, чтобы они все по-прежнему ощущали себя “Ethereum” и имели эффект сети Ethereum, а не N отдельных цепочек. В настоящее время эта ситуация неудовлетворительна во многих отношениях.

• Кроссчейн обычно требует централизованных мостов между L2, что очень сложно для обычных пользователей. Если у вас есть токены на Optimism, вы не сможете просто вставить адрес Arbitrum другого человека в свой кошелек и отправить средства.
• Для индивидуальных кошельков смарт-контрактов и кошельков организаций (включая DAO), поддержка кроссчейн-кошельков смарт-контрактов не очень хорошая. Если вы меняете ключ на L2, вам также нужно менять ключи на каждом другом L2.
• В децентрализованной системе проверки часто отсутствует надлежащая инфраструктура. Наконец, у Ethereum появился приличный легкий клиент, такой как Helios. Но если все действия происходят на L2 и требуют собственный централизованный RPC, то это не имеет смысла. В принципе, после получения заголовка блока Ethereum несложно построить легкий клиент для L2; однако на практике этому уделяется слишком мало внимания.

Сообщество работает над улучшением этих трех аспектов. Для обмена межцепочечными токенами предлагается новое решение - стандарт ERC-7683. В отличие от существующих “централизованных мостов межцепочечного взаимодействия”, у него нет фиксированных централизованных узлов, токенов или управления. Для межцепочечных счетов большинство кошельков использует метод обновления ключей с возможностью повторного воспроизведения (replayable) в краткосрочной перспективе и rollups хранилища ключей в долгосрочной перспективе. Появляются легкие клиенты для L2, например, Beerus для Starknet. Кроме того, недавние улучшения пользовательского опыта через следующее поколение кошельков решают более базовые проблемы, такие как возможность доступа к DApp без необходимости вручную переключать сети.

Всестороннее представление о самых длинных балансах активов цепочки Rabby, чего не мог сделать предыдущий кошелек!

Но нужно понимать, что экосистема, сосредоточенная на L2, будет иметь определенные трудности в попытках координации. Потому что отдельные L2 не имеют естественных экономических стимулов для создания инфраструктуры и координации: маленькие L2 не будут этого делать, потому что им нужны только небольшие выгоды; большие L2 тоже не будут этого делать, потому что они могут получить такие же или даже большие преимущества от укрепления своих локальных сетевых эффектов. Если каждый L2 думает только о себе, и никто не думает о том, как соответствовать более широкой системе Ethereum, то мы потерпим неудачу, как утопия городской жизни на изображениях выше.

“Очень трудно сказать, что существует идеальное решение этой проблемы. Я могу только сказать, что экосистеме необходимо более полно осознавать, что кросс-слоевая инфраструктура, так же как клиенты L1, инструменты разработки и языки программирования, являются типом инфраструктуры Ethereum, и поэтому должны получать внимание и поддержку. У нас есть Protocol Guild, возможно, нам нужна Basic Infrastructure Guild.”

Подведение итогов

В различных открытых обсуждениях “L2” и “Шардинг” часто рассматриваются как две противоположные стратегии масштабирования блокчейна. Однако, при изучении основных технологий, вы обнаружите одну проблему: фактические методы масштабирования на низком уровне полностью идентичны. Независимо от того, это разделение данных, обманчивые проверяющие или ZK-SNARK проверяющие, или решения для коммуникации между “Rollup” и “Шардинг”, основное отличие заключается в том, кто отвечает за создание и обновление этих компонентов и насколько они автономны.

L2-центрированная экосистема на самом деле является шардингом с технической точки зрения, но внутри шардинга вы можете создавать свои собственные правила. Это очень мощно, безгранично креативно и позволяет реализовывать множество инноваций. Однако это также представляет некоторые ключевые вызовы, особенно в координации. Чтобы успешно развиваться как экосистема, центрированная на L2, подобно Ethereum, необходимо понимать эти вызовы, принимать их и решать, чтобы получить максимальные преимущества от экосистемы, центрированной на L1, и приблизиться к оптимальному состоянию обоих.