不用以太坊做DA層就不算Rollup？從Danksharding提出者的視角理解Layer2

作者：Faust，極客web3

導語：近日，Danksharding的提出者、以太坊基金會的研究員Dankrad Feist在推特上發表了一番頗具爭議的言論。他明確指出，不採用ETH作DA層（數據可用性層）的模塊化區塊鏈不是Rollup，同時也不是以太坊Layer2。如果按照Dankrad的說法，Arbitrum Nova和Immutable X、ApeX、Metis都可能從Layer2名單裏“除名”，因爲它們只在ETH之外（自己構建了名爲DAC的鏈下DA網絡）披露交易數據。

同時，Dankrad還表示，像Plasmas和狀態通道這種不需要鏈上數據可用性（Data Availability）來確保安全的方案仍算是Layer2，但Validium（不用ETH作DA層的ZKRollup）不算Layer2。

Dankrad此言一出，便引來了諸多Rollup領域的Founder或Researcher質疑。畢竟有許多“Layer2”項目爲了節約成本，並沒有採用ETH作爲DA(數據可用性)層，如果把這些項目踢出L2名單，必然波及到相當多的擴容網絡；同時，如果validium不算L2，Plasma應該也沒資格算作L2。

對此，Dankrad表示，Plasma用戶在DA不可用時（就是指鏈下的DA層網絡搞數據扣留，不公开交易數據），仍然可以把自己的資產安全撤出至L1；但相同的情況下，Validium（大多數採用StarkEx方案的項目都是validium）卻可以讓用戶無法撤資至L1，把錢凍住。

顯然，Dankrad打算從“是否安全”來界定一個擴容項目是否爲以太坊Layer2。如果從“安全性”的角度來考量，Validium在定序器故障 + DA層發動數據扣留攻擊(隱瞞新數據)的極端情況下，的確可以把用戶資產凍結在L2無法提到L1；Plasma因在設計上與Validium不同，雖然多數時候安全保障不及Validium，但在定序器故障 + DA層發動數據扣留攻擊(隱瞞新數據)時，卻允許用戶把資產安全撤離至L1。所以Dankrad的說辭不無道理。

本文打算從Dankrad的視角出發，通過對Layer2的細節作進一步分析，來深入理解爲何Validium不是嚴格意義上的“Layer2”。

到底怎么定義Layer2？

按照ethereum.org網站和多數以太坊社區成員的定義，Layer2是“給以太坊擴容+繼承以太坊安全性 的獨立區塊鏈”。首先，“給以太坊擴容”就是指分流以太坊無法承載的流量，分擔TPS方面的壓力。而“繼承以太坊安全性”，其實可以轉譯爲“借助以太坊保障自身安全性”。

比如，Layer2上所有的交易Tx都要在ETH上完成最終結算Finalize，數據有錯誤的Tx不會被放行；如果要回滾Layer2的區塊，要先回滾以太坊區塊，只要以太坊主網不發生類似51%攻擊的區塊回滾，L2區塊就不會回滾。

如果我們更進一步探討Layer2的安全性，其實還要考慮許多極端情況。比如，如果L2項目方跑路、定序器Sequencer故障、鏈下DA層掛掉，在這些極端事件發生時，用戶能否把自己在L2上的資金安全撤出到L1上？

Layer2的“強制提款”機制

不考慮L2合約升級/多籤隱患等因素，其實如Arbitrum或StarkEx都有爲用戶設置強制提款的出口。假設L2的定序器發動審查攻擊，故意拒絕用戶的交易/提款請求，或幹脆永久宕機，Arbitrum用戶可以調用L1上Sequencer Inbox合約的force Inclusion函數，將交易數據直接提交至L1；如果在24小時內，定序器沒有處理這筆需要“強制包含”的交易/提款，該交易會被直接包含進Rollup账本的交易序列中，這就爲L2用戶創造了一個可強制提款的“安全出口”。

相比之下，有逃生艙Escape Hetch機制的StarkEx方案要有過之無不及。如果L2用戶在L1提交的Forced Withdrawal請求在7天窗口期結束時，未得到定序器響應，則該用戶可以調用freeze Request功能讓L2進入凍結期。此時，L2定序器將無法在L1上更新L2的狀態，L2狀態凍結後要過1年才能解凍。

L2狀態凍結後，用戶可以構造與當前狀態相關的Merkle Proof，證明自己在L2上有XX數額的資金，通過L1上的逃生艙Escape Hetch相關合約來提款。這便是StarkEx方案所提供的“全額提款”服務。即便L2項目方沒了，定序器永久故障了，用戶還是有辦法把資金撤出L2。

但這裏存在一個問題：用StarkEx方案的L2大多是Validium（比如Immutable X和ApeX），並不會把DA所需的數據發布到ETH，構造當前L2狀態樹的信息都存在鏈下。如果用戶無法在鏈下獲取構造Merkle Proof的數據（比如鏈下DA層發動數據扣留攻擊），是無法通過逃生艙來提款的。

至此，文章开頭提到的Dankrad認爲Validium不安全的原因，其實很明確了：因爲Validium不像Rollup一樣把DA的數據發到鏈上，所以用戶可能無法構造出“強制提款”所需的Merkle Proof。

Validium和Plasma在發生數據扣留攻擊時的區別

事實上，Validium的定序器只在L1鏈上發布L2最新的Stateroot（狀態樹的根），再提交一個Validity Proof（ZK Proof），證明新的Stateroot生成過程涉及的狀態轉換（用戶資金變化），都是正確的。

但單憑stateroot無法還原出此刻的狀態樹world state trie，也就無法知曉每個L2账戶的具體狀態（包含資金余額），L2用戶就無法構造對應當前合法Stateroot的Merkle Proof。這便是Validium不利的地方。

這裏必須要強調下DAC這個東西。Validium的DA所涉數據，比如定序器最新處理的一批交易，會同步給名爲數據可用性委員會DAC（Data Availability Committee）的L2專屬DA網絡，DAC由多台節點服務器構成，一般由L2官方和社區成員或其他單位負責運行和監督（但這只是表面上的，實際上DAC成員都有誰，外界很難查證）。

有意思的地方在於，Validium的DAC成員需要頻繁在L1提交多籤，證明L2定序器在L1提交的新Stateroot和Validity Proof，與DAC同步到的DA數據能對上號。DAC的多籤提交後，新的Stateroot和Validity Proof才會被認爲是合法的。

目前Immutable X的DAC採用5/7多籤，dYdX雖然是ZKRollup，但也有DAC，用的是1/2多籤。（dYdX只在L1發布State diff即狀態變化，而非完整交易數據。但獲取了歷史記錄裏的State diff，就可以還原全部L2地址的資產余額，此時就可以構造Merkle Proof來全額提款）。

Dankrad的觀點不無道理。Validium的DAC成員如果合謀，發起數據扣留攻擊，不讓其他L2節點同步此刻的最新數據，並且更新此刻L2的合法Stateroot，用戶無法構造此刻合法root對應的Merkle Proof來提款（因爲此刻往後的DA數據不可用了，可用的是以前的DA數據）。

但Dankrad考慮的只是理論上的極端情況，現實中大多數Validium定序器都會實時的把新處理的交易數據廣播給其他L2節點，其中不乏誠實節點。只要有1個誠實節點能夠及時獲取DA數據，用戶就可以從L2全身而退。

可理論上存在於Validium身上的問題，爲何不存在於Plasma身上？這是因爲Plasma判定合法Stateroot的方式，和Validium不同，有欺詐證明窗口期的緣故。Plasma是OPRollup之前的L2擴容方案，與OPR一樣靠欺詐證明保證L2的安全。

Plasma與OPR一樣有窗口期的設定，定序器發布的新stateroot不會立刻判定爲合法，要等窗口期close且沒有L2節點發布欺詐證明。所以Plasma和OPR的當前合法Stateroot，都是幾天以前提交的（這就好比我們看到的星光，其實都是很久以前發出的），而用戶往往可以獲取過去時刻的DA數據。

同時，欺詐證明機制能在此刻生效的前提，是此刻L2的DA可用，也即Plasma的Verifier節點可以獲取此刻的DA所涉數據，這樣才能生成此刻的欺詐證明(如果有必要的話）。

那么一切都很簡單了：Plasma正常工作的前提是此刻L2的DA數據可用。如果從此刻开始，L2的DA不可用了，用戶能安全撤資嗎？

這個問題不難分析，假設Plasma的窗口期是7天，如果從某個時間點T0开始，新的DA數據就不可用（DAC發動數據扣留攻擊，不讓誠實的L2節點獲取T0往後的數據）。因爲T0及此後一段時間內的合法Stateroot，是T0時刻前提交的，而T0時刻前的歷史數據可追溯，所以用戶可以構造Merkle Proof來強制提款。

即便很多人無法立刻察覺異常，但因爲有窗口期存在（OP是7天），只要T0時刻提交的Stateroot還未合法化，且T0之前的DA數據可追溯，用戶就可以把錢安全撤出L2。

總結

至此我們大致可以理清楚Validium和Plasma在安全性上的區別：

Validium的定序器發布Stateroot後，只要立刻發布Validity Proof和DAC多籤，就可以使其合法，成爲最新的合法Stateroot；如果用戶和誠實L2節點遭遇數據扣留攻擊，無法構造當前合法Stateroot對應的Merkle Proof，就無法提款到L1。

而Plasma提交新的Stateroot後，要等窗口期結束才能合法，此時的合法Stateroot是過去提交的。因爲有窗口期（ARB是3天，OP是7天）存在，即便新提交的Stateroot的DA數據不可用，用戶也有當前合法Stateroot的DA數據（合法root是過去提交的），有足夠的時間強制提款到L1。

所以，Dankrad說的話有道理。當發生數據扣留攻擊時，Validium存在把用戶資產困在L2的可能，但Plasma並不存在這個問題。

所以，鏈下DA層的數據扣留攻擊會造成許多安全隱患，但Celestia嘗試解決的正是這個問題。此外，因爲大多數Layer2項目都會提供讓L2節點與定序器保持鏈下同步的服務端口，所以Dankrad的憂慮其實往往只是理論上的，而不是現實中的。

如果我們用雞蛋裏挑骨頭的態度，再提出更極端的假設：所有的Plasma鏈下節點都不可用了，那么那些沒跑過L2節點的普通用戶都無法強制提款到L1。但這種事情發生的概率，等價於一條公鏈的所有節點集體永久性宕機的概率，可能永遠不會發生。

所以，很多時候，大家只是在談論一些根本就不會發生的事情。正如美劇《切爾諾貝利》裏克格勃副主席對主角說的那段金句：“爲何要擔心根本就不會發生的事情呢？”

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