從鏈上到鏈下：狀態通道和 Roll-ups
Ethereum 是有史以來最令人驚嘆的計算基礎設施，但它需要一些擴展方面的幫助
有時，很快，我們需要意識到我們正在運行一個傳統的金融世界，並且我們需要建立一個更值得信賴的數位基礎設施。事實上，我們不僅需要改造金融，還需要改造任何需要高度信任、安全和分佈的領域。為此，我們可以採用 Layer-1 區塊鏈方法，例如 Ethereum，但它已經顯示出一個擴展問題，即主帳本和計算基礎設施無法應對每秒超過 15–30 筆交易。
但是，現在正在應用新的方法來減輕 Ethereum 的負擔——同時仍然保持可信度和分佈性。這些包括用於共享的 Layer 1 實施以及向 Proof-of-Stake (PoS) 的過渡。不過，最有趣的進展正在 Layer 2 方法中發生，這些方法建立在核心 Ethereum 網路 (Mainnet) 之上。
Layer 2：狀態通道
狀態通道最初是使用 Bitcoin Lightning 網路實施的，此後已在 Ethereum 上進行了擴展。有了這個，我們基本上在 Mainnet 帳本上有兩個記錄，並且所涉及的各方必須承諾一些可能或可能不會被花費的資金。例如，假設 Bob 想要創建一個側通道來支付他的客戶，並將承諾 10 $Eth。然後他將創建一個通道合約。承諾的 Ether 將在通道的時間內被鎖定，並且不能被花費。然後，Bob 可以給 Alice 2 $Eth，給 Carol 3 $Eth。一旦他完成此操作，他將提交完成的交易，Bob 將獲得 5 $Eth，Alice 將獲得 2 $Eth，Carol 將獲得 3 $Eth。最後，Bob 只需發布摘要數據，並且只需為對帳本的兩項承諾支付 gas 費用。Polygon 提供了狀態通道的實施，Polygon 實現了完整的 EVM 兼容性和低交易費用。來自這裡的一個例子是：
pragma solidity ^0.7.0;
contract PaymentChannel {
address public sender;
address public receiver;
uint256 public expiration;
uint256 public amount;
constructor(
address _receiver,
uint256 _amount,
uint256 _expiration
) payable {
sender = msg.sender;
receiver = _receiver;
amount = _amount;
expiration = block.timestamp + _expiration;
}
function close(uint256 _payment) public {
require(
msg.sender == receiver,
"Only the receiver can close the channel"
);
require(
_payment <= amount,
"Payment amount exceeds amount in the channel"
);
selfdestruct(receiver);
}
function extendExpiration(uint256 _expiration) public {
require(
msg.sender == sender,
"Only the sender can extend the expiration"
);
require(
_expiration > expiration,
"Expiration must be set to a longer time than the current expiration"
);
expiration = _expiration;
}
}
Layer 2：Roll-ups
擴展 Ethereum 的最佳機制之一是通過 roll-ups 和側鏈將交易移至鏈下。
Optimistic roll-ups
這些在鏈下處理交易，並假設交易有效（基本上是一種“信任和驗證”的方法）。它們僅在交易存在爭議時才佔用 Mainnet 上的計算資源。因此，在交易實際確認到 Mainnet 上之前，需要一個“挑戰期”延遲。
通過 Arbitrum，欺詐觀察者分析交易，如果識別出欺詐交易，觀察者將向 Mainnet 發布欺詐證明。事實上，Arbitrum 可以識別與欺詐分析相關的代碼行，然後將其發布到 Mainnet。然後，Mainnet 可以裁決欺詐證明，並決定是否執行所需的代碼。對於 Arbitrum，有七天的提款期 [here]。
Optimism 還使用具有 optimistic roll-ups 的鏈下方法，並假設交易有效。它使用觀察者（或驗證者）來確定是否存在欺詐交易，並且可以提交欺詐證明，並且可以刪除該交易。觀察者將因發現欺詐交易而獲得獎勵。總體而言，挑戰的延遲約為七天，如果發現欺詐證明是正確的，則交易將被撤銷 [here]：
Zero-knowledge rollups (zk-Rollups)
這些將計算和狀態存儲移至鏈下，並涉及一種無需信任的方法。一旦發布回 Mainnet 上，狀態更改和與之相關的證明將需要最少的更新。由於我們以壓縮形式提供證明，因此我們可以快速驗證更新的交易，同時支持交易的隱私。有了這個，而不是像 optimistic roll-ups 那樣需要幾天才能提交，使用 zk-Rollups（基於 zkSnarks），我們只需要大約一個小時來驗證證明。這確保了沒有雙重支出，並且所有交易都是有償付能力的。一個例子是 ZKsync [here]：
使用 zk-Rollups，存在交易有效性的密碼學證明，然後它們鏈接到 Mainnet。因此，執行欺詐交易將極其困難。使用 optimistic roll-ups，缺少密碼學證明，因此在提交回 Mainnet 之前，會延遲以便可以檢測到欺詐交易。
側鏈
這是一個獨立的側鏈，是一個橋接到 Mainnet 的單獨區塊鏈。與 roll-up 方法不同，更新的交易可以在需要時回顯到 Mainnet 上。總體而言，它們有自己的區塊鏈和自己的共識機制——例如 Proof of Authority (PoA)。Polygon 是側鏈基礎設施的一個例子。側通道的總體弱點是它們可能具有與主 Ethereum 網路不同的安全模型 [here]：
結論
對我來說，離線鏈中的 Zero Knowledge Proofs 是最佳解決方案，因為它可以快速驗證主鏈上的交易，並保持交易者的隱私。我們還可以在 ZKP 中使用選擇性披露，這有助於揭示重要信息，例如某人是否有權訪問資源。
使用 optimistic rolls-ups，我們假設交易有效，除非另有證明，並且我們需要一個挑戰期，以便在最終確定之前挑戰交易。使用 zk-Rollups，我們的交易將有效，因為存在與之相關的證明，並且我們可以快速提交到 Mainnet。不幸的是，zk-Rollups 需要對密碼學和區塊鏈有很強的理解，這會減慢開發速度。
顯然，Ethereum 並不是唯一的選擇，Polygon [here]、Solana [here]、Cardano [here] 和 Polkadot [here] 正在提供比 Ethereum 更好地擴展的替代方案。但是，我們喜歡為我們帶來智能合約和 EVM (Ethereum Virtual Machine) 的區塊鏈，許多人希望它可以克服其可擴展性問題，並保持相同水平的分佈性和安全性。