Нова робота Віталіка: Чим L2 відрізняється від виконання Шардинг?

Віталік Бутерін написав цю статтю.

Компіляція: Пенг Сун, Новини майбутнього

Дві з половиною роки тому я у своїй статті “Endgame” зазначив, що різні шляхи розвитку майбутнього блокчейну, щонайменше на технічному рівні, дуже схожі. У обох випадках на ланцюжку є велика кількість транзакцій, обробка яких потребує: (1) великої кількості обчислень; (2) великої пропускної здатності даних. Звичайні вузли Ethereum (наприклад, мій архівний вузол reth з обсягом 2 ТБ, який зараз працює на моєму комп’ютері), навіть з потужною інженерною програмною платформою та деревом Verkle, не можуть безпосередньо перевірити величезний обсяг даних та обчислень. Натомість, у двох варіантах - “L1 шарування” і “Rollup” - використовується ZK-SNARK для перевірки обчислень, а DAS - для перевірки доступності даних. Незалежно від того, чи це L2 шарування, чи Rollup, DAS є однаковим, і технологія ZK-SNARKs також однакова. Вони є як кодом розумного контракту, так і функцією протоколу. З технічної точки зору, Ethereum розподілений на шари, а Rollup є одним з цих шарів.

{“tl”:“Ukrainian”,“text”:“Це, звичайно, призведе до питання: в чому різниця між ними? Одне з них - це різниця в наслідках вразливостей коду: у Rollup токени можуть бути вкрадені, а в Шардингу може розірватися консенсус. Але я передбачаю, що зі стабілізацією протоколу та поліпшенням технології формальної верифікації (formal verification) вплив вразливостей коду буде все меншим. Тоді, які ще різниці можуть бути між цими двома потенційно довгостроковими рішеннями?”}

Найдовше з середовищ виконання

2019 року ми в Ефірі просто обговорювали ідею виконавчого середовища. Власне кажучи, у Ефірі будуть різні “зони”, які можуть встановлювати власні правила для рахунків (включаючи повністю відмінні методи, такі як UTXO), роботи віртуальної машини та інших функцій. Це дозволяє реалізувати різноманітність методів у різних частинах стеку, але це складно реалізувати, якщо Ефір намагається об’єднати багатофункціональність в одне ціле.

Нарешті, ми відмовились від деяких більш амбіційних планів і залишили лише EVM. Однак Ethereum L2 (включаючи ролапи, вальдіуми та плазми) можна сказати, що кінцево виконує роль середовища виконання. Наразі ми зазвичай зосереджуємося на L2, що еквівалентний EVM, але фактично ігноруємо багатоманітність, яку принесли інші методи.

• Arbitrum Stylus, він додає другий пророк, заснований на WASM, поза EVM;
• Fuel, використовує архітектуру на основі UTXO, схожу на Біткойн (але з більш вдосконаленою функціональністю);
• Aztec, введено нову мову та програмний параігм, що базуються на концепції захисту приватності на основі ZK-SNARK для проектування розумних контрактів.

Архітектура на основі UTXO, джерело: Паливна документація

Ми можемо спробувати зробити EVM універсальною віртуальною машиною, яка охоплюватиме всі можливі парадигми, але це призведе до значного погіршення ефективності кожної функції, тому краще дозволити цим платформам робити те, що вони роблять найкраще.

Баланс між безпекою і швидкістю транзакцій

Еthereum L1 надає дуже потужний рівень безпеки. Якщо дані включені в кінцевий блок на L1, весь консенсус (включаючи екстремальні ситуації соціального консенсусу) робить все можливе, щоб забезпечити неможливість зміни цих даних, щоб забезпечити неможливість відновлення будь-якого виконання, спричиненого цими даними, і щоб забезпечити доступ до цих даних. Для забезпечення такої безпеки Ethereum L1 готовий понести високі витрати. У момент написання цієї статті, вартість транзакцій відносно низька: комісія за кожну транзакцію на Layer2 менше 1 цента, навіть на L1 базовий переказ ETH менше 1 долара. Якщо технологічний прогрес буде досить швидким, щоб зростання доступного простору блоків встигнути за зростанням попиту, то ці витрати можуть залишатися низькими у майбутньому, але це також може не статися. Для багатьох нефінансових застосунків (наприклад, соціальних медіа або ігор) навіть 0,01 долара за транзакцію є занадто високою вартістю.

Але соціальним медіа та іграм не потрібен той самий рівень безпеки, що і L1. Якщо хтось може витратити мільйон доларів на скасування своєї поразки у шахах, або зробити ваш твіт здається, що він був опублікований через три дні після фактичної публікації, це не проблема. Тому ці додатки не повинні мати такі ж витрати на безпеку. L2 рішення досягає цього шляхом підтримки різноманітних методів доступності даних, від роллапів та плазми до валідіумів.

Різні типи L2 підходять для різних використань. Докладніше можна прочитати.

Ще одним компромісним рішенням є проблема передачі активів від L2 до L2. Я очікую, що протягом наступних 5-10 років всі Rollups будуть ZK Rollup, а надзвичайно ефективні системи підтвердження, такі як Binius і Circle STARKs з пошуковими запитами, разом з агрегацією підтверджень, зроблять L2 можливим надати остаточний кореневий стан кожного слоту. Але наразі ми можемо лише складно поєднувати Optimistic Rollup і ZK Rollup, використовуючи різні вікна підтвердження. Якщо ми реалізуємо шарування в 2021 році, то модель безпеки, що зберігає шарування, буде Optimistic Rollup, а не ZK, тому L1 доведеться управляти складною логікою обману на ланцюжку, і час виведення коштів буде тривати до одного тижня для переказу активів між шарів. Але, як і з помилками в коді, я вважаю, що це проблема на даний момент є тимчасовою.

Швидкість транзакцій - це третій аспект, який поєднує безпеку і стійкість. Ethereum генерує блоки кожні 12 секунд, і не може це робити швидше, оскільки це приведе до високого рівня централізації. Однак багато L2 шарів досліджують можливість стиснення часу генерації блоку до кількох сотень мілісекунд. 12 секунд - це вже непогано: користувачам, які роблять транзакції, в середньому потрібно приблизно 6-7 секунд, щоб їх включили до блоку (не тільки 6 секунд, оскільки їх можуть не включити в наступний блок). Це приблизно так само, як очікування при оплаті кредитною карткою. Проте багато додатків потребують більшої швидкості, і L2 може це забезпечити.

Щоб забезпечити більшу швидкість, L2 має механізм попередньої підтвердження (preconfirmation): валідатори L2 зобов’язуються цифровим підписом включити транзакції у визначений час, інакше вони будуть покарані. Механізм StakeSure додатково розширює цей механізм.

L2 попереднє підтвердження

Тепер ми можемо спробувати реалізувати всі ці функції на L1. L1 може містити систему “швидкої передплати” та “повільної остаточної підтвердження”. Вона може містити різні шари з різним рівнем безпеки. Однак це збільшить складність протоколу. Крім того, існує ризик перевантаження згоди, коли L1 виконує всю роботу, оскільки багато більш масштабних або високопропускних методів, де централізаційний ризик вищий або де потрібні більш сильні форми «управління», якщо вони виконуються на L1, впливатимуть на інші частини протоколу з цими сильнішими вимогами. Шляхом надання компромісу за допомогою L2, Ethereum в значній мірі може уникнути цих ризиків.

Користь Layer2 для організації та культури

Давайте уявимо, що країну поділили навпіл, одна половина стала країною з капіталістичною економікою, а інша половина - країною з високим рівнем державного контролю (не як насправді, уявімо, що це не наслідок жодної травматичної війни, а просто межа з’явилася сама по собі, і все). У частині з капіталізмом ресторани мають різні децентралізовані форми власності, блокчейн технології та виборчі права. У частині з державним контролем, вони є філіями державних органів, подібно до поліції. Першого дня не буде занадто багато змін. В основному люди будуть дотримуватись існуючих звичок, які можна виконувати, а які ні, залежно від трудових навичок та технічної реальності, таких як інфраструктура. Проте, через рік ви побачите великі зміни, оскільки різні стимули та системи контролю призведуть до значних змін у поведінці, що вплине на рух людей, будівництво, підтримку та викидання різних речей.

“Організаційна теорія промисловості розглядає багато подібних розбіжностей: вона не тільки говорить про різницю між управлінням урядом економіки та капіталістичною економікою, але й про різницю між економікою, що контролюється великими франчайзинговими компаніями, і економікою, в якій кожен супермаркет експлуатується незалежними підприємцями. Я вважаю, що подібна розбіжність також існує між екосистемою, у центрі якої знаходиться L1, та екосистемою, у центрі якої знаходиться L2.”

“Архітектура «розробників ядра, що керують усім», має серйозні проблеми”

Як екосистема з центром у L2, на мою думку, головними перевагами Ethereum є такі:

Оскільки Ethereum є екосистемою з центром у L2, ви можете вільно будувати самостійну підекосистему зі своїми власними унікальними функціями, що є частиною більшої Ethereum.

Якщо ви просто будуєте клієнт Ethereum, то ви є частиною більшої Ethereum, хоча у вас є певний простір для інновацій, але далеко не такий великий, як у L2. Але якщо ви будуєте повністю незалежний ланцюг, ваш простір для творчості буде дуже великим, але ви також втрачаєте переваги, такі як спільна безпека та спільні мережеві ефекти. L2 - це дуже гарна компромісна точка.

Воно надає можливість спробувати нове середовище виконання та технологічний компроміс щодо безпеки, що дозволяє досягти масштабованості, гнучкості та швидкості. Воно також надає стимуловану систему, що спонукає розробників будувати та підтримувати, а також спонукає спільноту підтримувати.

Фактично, кожен L2 є ізольованим, що означає, що розгортання нових методів не потребує дозволу: вам не потрібно переконувати всіх основних розробників, що ваш новий метод є “безпечним” для інших частин ланцюжка. Якщо ваш L2 не вдасться, це буде ваша відповідальність. Будь-хто може запропонувати дивну ідею (наприклад, Plasma метод з Intmax), навіть якщо основні розробники Ethereum не проявляють жодного інтересу, вони все одно можуть продовжувати будувати і, в кінцевому рахунку, розгортати. L1 функції та передкомпіляції не працюють таким чином, навіть в Ethereum, успіх чи невдача розробки L1, як правило, залежить від політичного впливу, що є більшим, ніж ми хотіли б. Незалежно від того, що може бути побудовано в теорії, різні стимулюючі механізми, які виникають у екосистемах, зорієнтованих на L1 та L2, в кінцевому рахунку серйозно впливають на зміст, якість та послідовність фактичної розробки.

Екосистема Ethereum, зосереджена навколо L2, зіткнулася з якими викликами?

L1 + L2 архітектура має серйозні проблеми.

Джерело зображення: Reddit

Цей метод, який базується на L2, стикається з ключовим викликом, який екосистема, що базується на L1, майже не має: координація. Іншими словами, хоча у Ethereum є багато L2, виклик полягає в тому, як зробити його все ще відчувати себе “Ethereum” і мати мережевий ефект Ethereum, а не N незалежних ланцюжків. Сьогодні ця ситуація не є задовільною в багатьох відношеннях.

• Крос-ланцюгова взаємодія між L2 зазвичай потребує централізованого крос-ланцюгового мосту, що дуже складно для звичайного користувача. Якщо у вас є токени на Optimism, ви не зможете скопіювати адресу Arbitrum іншої людини в свій гаманець для відправлення коштів.
• Для особистих гаманців зі смарт-контрактами та організаційних гаманців (включаючи DAO), підтримка гаманця для смарт-контрактів на крос-ланцюзі не дуже добра. Якщо ви змінили ключ на L2, вам все ще потрібно змінювати ключі на кожному L2 окремо.
• Децентралізована інфраструктура перевірки часто буває недостатньою. Ethereum нарешті отримав гідний легкий клієнт, такий як Helios. Але якщо всі дії відбуваються на L2 і потребують власного централізованого RPC, то це не має сенсу. В принципі, якщо у вас є заголовок блоку Ethereum, побудова легкого клієнта для L2 нескладна; але на практиці цьому приділяється дуже мало уваги.

Спільнота працює над вдосконаленням трьох аспектів. Для обміну токенами між ланцюгами ERC-7683 є новим рішенням, яке відрізняється від існуючих “централізованих кросчейн мостів”, оскільки воно не має жодних фіксованих централізованих вузлів, токенів або управління. Для кросчейн рахунків більшість гаманців використовують метод, в якому використовуються перезаписувані повідомлення для оновлення ключів на короткий термін і rollups keystore на довгий термін. З’являються легкі клієнти для L2, такі як Beerus для Starknet. Крім того, недавнє поліпшення користувацького досвіду через наступне покоління гаманців вирішило більш базові проблеми, такі як доступ до DApp без необхідності вручну перемикати мережу.

Rabby багатоцеповий загальний вид балансів активів, раніше гаманець не міг цього зробити!

Але слід пам’ятати, що екосистема, зосереджена навколо L2, на практиці має складнощі при спробі координації. Оскільки окремі L2 не мають природного економічного стимулу для будівництва інфраструктури координації: малі L2 не зроблять цього, тому що вони отримують лише невелику частку прибутку; великі L2 також не зроблять цього, оскільки вони можуть отримати такий же або навіть більший прибуток від посилення мережевого ефекту на своєму місцевому рівні. Якщо кожен L2 розглядає лише свої інтереси і ніхто не думає про те, як він впишеться в ширшу екосистему Ethereum, то ми зазнаємо невдачі, так само як утопії урбанізації на зображеннях вище.

Дуже складно сказати, що існує ідеальне рішення для вирішення цієї проблеми. Я можу лише сказати, що екосистемі потрібно більше повністю розуміти, що L2 інфраструктура, так само як L1 клієнти, інструменти розробки та мови програмування, є типом інфраструктури Ethereum і повинна отримувати відповідну увагу та фінансування. У нас є Protocol Guild, можливо, нам також потрібен Basic Infrastructure Guild.

Заключення

У різних відкритих обговореннях “L2” та “Шардинг” часто розглядаються як дві протилежні стратегії масштабування блокчейну. Але коли ви досліджуєте базові технології, ви виявите одну проблему: фактичні методи масштабування на рівні базової системи є повністю ідентичними. Незалежно від того, чи це розподіл даних, перевірка шахрайства, ZK-SNARK-перевірка або рішення зв’язку між “Rollup” та “Шардинг”, основна відмінність полягає у тому, хто відповідає за побудову та оновлення цих компонентів і яка у них є ступінь автономії.

L2-центрична екосистема в справжньому технічному розумінні є шардингом, але в шардингу ви можете будувати власні шарди за своїми правилами. Це надзвичайно потужно, безмежність творчості, що дозволяє досягти багатьох автономних інновацій. Але вона також стикається з деякими ключовими викликами, особливо в плані координації. Щоб успішно розвиватися, екосистемі, спрямованій на L2, як Ethereum, необхідно розуміти ці виклики та активно працювати над їх вирішенням, щоб отримати максимальну кількість переваг від L1-центричної екосистеми і наблизитися до найкращого стану обох.