Rollup——大規模採用 DePIN 實用程序的墊腳石

作者：Arkreen ；翻譯：白話區塊鏈

比特幣通過區塊鏈技術的創新成功解決了在去中心化領域實現共識的挑战。隨後，工程師們开始努力解決增強可擴展性的復雜任務，這是一項艱巨的挑战，因爲可擴展性、安全性和去中心化之間存在固有衝突，這種困境通常被稱爲區塊鏈三難題。可擴展性困境已被證明是阻礙區塊鏈廣泛應用的主要障礙。在確保安全性和去中心化這兩個對於區塊鏈完整性至關重要的方面之間取得平衡，構成了一個持續的挑战。如果不能保持這種微妙的平衡，區塊鏈就有可能變得類似於中心化系統。此外，低可擴展性也會增加使用區塊鏈的成本。因此，盡管具有潛力，但區塊鏈的大規模應用在近年來受到了阻礙。 

1、模塊化區塊鏈是什么？

近年來，工程師們一直在努力解決區塊鏈三難題所帶來的挑战，現在已經找到了一個可行的解決方案：模塊化區塊鏈。這種創新方法涉及將區塊鏈劃分爲不同的模塊和層，每一層專門處理特定的需求。通常，安全性和去中心化優先考慮在第一層（L1），而可擴展性則在第二層（L2）得到解決。

從概念上講，L1和L2可以被看作是相互連接但又不同的區塊鏈。L1負責確保L2的安全性和去中心化，所以節點狀態在L1上解決。L1主要執行交易並存儲狀態，本質上是作爲骨幹運作。值得注意的是，即使在所有L2節點離线的情況下，社區也可以通過存儲在L1上的信息來恢復L2，從而增強了這種模塊化區塊鏈解決方案的彈性。

在典型的模塊化區塊鏈中，關鍵模塊驅動功能：

1）共識：這個模塊至關重要，它決定了要包含在區塊鏈中的交易，並建立它們的順序。

2）執行：負責執行交易並獲取後狀態。

3）結算：決定共識狀態。設計用於決定共識狀態的這個模塊，在狀態發生分歧時介入，促進解決。

4）數據可用性（DA）：確保社區內對交易歷史的普遍訪問，這個模塊對結算程序和區塊鏈恢復工作至關重要。

2、Layer2（L2）是什么，以及以太坊爲何需要它？

Layer2（L2）是區塊鏈技術中的一個概念，指的是構建在主要區塊鏈（通常是第一層，或L1）之上的協議和解決方案，以提高可擴展性和效率。作爲領先的區塊鏈平台之一，以太坊需要Layer 2解決方案來解決其可擴展性限制和高交易費用問題。

以下是以太坊需要Layer 2的原因：

1）任務一：澄清交易細節和順序

隨着以太坊網絡的增長，交易數量增加，導致擁堵和更高的費用。 Layer 2解決方案可以通過在主要以太坊鏈之外處理交易來緩解這一問題。然後，這些交易被捆綁在一起，並定期在主鏈上結算，從而減少了擁堵和燃氣費，同時仍然保持安全性。

2）任務二：傳達交易執行後的最新狀態，並且是否有一種驗證其准確性的方法

在Layer 2上執行交易後，以太坊需要一種機制將最新狀態傳達回主鏈（Layer 1）。這通常涉及使用加密證明或承諾，以確保狀態轉換是有效且可驗證的。驗證機制，如欺詐證明或zk-rollups，有助於在不影響安全性的情況下確認交易的准確性。

3）任務三：是否有指定的機制來促進跨鏈調用

爲了讓以太坊與其他區塊鏈或Layer 2解決方案無縫交互，需要一種指定的機制來促進跨鏈調用。互操作性協議，如橋梁或跨鏈通信標准，使資產和數據能夠在不同鏈之間安全高效地流動，從而擴展了以太坊的功能和生態系統。

總之，Layer 2解決方案對於以太坊來說至關重要，可以解決可擴展性挑战，提高交易吞吐量，降低費用，同時保持與其他區塊鏈的互操作性和安全性。

3、探索Rollups如何完成這三個任務

Rollup被稱爲L2；讓我們看看它是如何工作以完成上述三個任務的。

1）任務一：數據可用性（DA）

首先，通過向Layer-2（L2）網絡發送指定數量的ETH來啓動流程，以支付燃氣費用。通過L1->L2跨鏈橋接器執行此步驟，稱爲“存款”。通常，L2網絡也將運行L1節點；只需等待包含存款交易的L1塊的最終確認；一旦確認，存款將被安全地保留。

接下來，向L2序列器發送交易。L2序列器節點將高效地管理這些交易。將其視爲標准的區塊鏈過程：序列器構建包含交易的區塊，執行這些區塊，並維護鏈的最新狀態。通常，每隔兩分鐘或收集到足夠數量的交易時，L2序列器將壓縮交易並安全地將它們提交到L1鏈。這種战略性的方法確保了L1完全了解L2交易及其特定順序。完成任務一後，我們將整個過程稱爲“數據可用性（DA）”。

2）任務二：樂觀(OP)和零知識(ZK)Rollups

現在，L1和L2節點都可以看到L2序列器執行的交易。這些交易經過了顯著的壓縮，僅存儲在calldata中，導致最小的燃氣成本。其他L2節點更喜歡從L1作爲可信來源獲取DA（數據可用性）數據，而不是依賴於L2點對點網絡，盡管它們也從L2接收到區塊（雖然並不完全信任它）。通常，例如每小時，L2序列器節點將L2狀態的Merkle根提交到L1 RollUp合約。此操作確保了L1與L2的最新狀態同步。但是，在此時，L1並不自動信任這些信息。L2採用了兩種方法，OP和ZK，來說服L1其准確性——這些細節將稍後討論。完成任務二後，讓我們歡呼一聲！

3）任務三：從Layer 2提款

一旦您在L2上完成了活動，並決定將您的ETH取回到L1，這個過程稱爲“提款”。雖然它可能類似於其他場景中的跨鏈操作，但關鍵區別在於提款起源於L2，導致其安全保障與其他跨鏈操作有所不同。在L1側，必須謹慎處理提款操作。由於它起源於L1之外的外部世界，啓動此操作會觸發L1交易（例如，轉移Token）。如果此交易執行不正確，可能會導致L1狀態的變更。

提款過程包括以下步驟：

1）在L2上啓動提款交易，類似於其他跨鏈場景。

2）等待交易被滾動到L1，涵蓋數據可用性（DA）和狀態。使用OP或ZK方法驗證狀態的准確性。

3）在L1上執行提款交易，類似於其他跨鏈場景。

4、OP和ZK Rollups

讓我們深入了解OP和ZK，以了解L2如何確保提交給L1的狀態的准確性，這是Rollups安全性的基礎。

OP代表樂觀。L1樂觀地假設L2序列器節點是真實的，但並不盲目信任它。它啓動一個挑战窗口，通常持續七天。在挑战窗口內，任何L2節點都可以挑战所述根的正確性。挑战的交易然後在L1上重播，以確定序列器節點和挑战節點之間的正確性。成功的挑战會導致序列器節點受到懲罰，挑战者在L1上收到抵押的資金。狀態根據正確值進行調整，但請注意，只修改狀態根，而不是交易列表。

在典型的設置中，L2 DApp運營商管理自己的L2節點，爲潛在的挑战者打开了大門。從挑战的角度來看，如果序列器節點提供不准確的信息，成功的挑战可能會導致從L1上由序列器節點抵押的資金中獲得顯著的獎勵。因此，在發生不正確狀態時發起挑战是至關重要的。相反，從序列器節點的角度來看，如果它提交了錯誤的狀態根，那么挑战是不可避免的，導致處罰，在L1上失去抵押的資金，並且不正確的狀態根被還原。這樣可以避免提交不准確的狀態根，確保樂觀解決方案的安全運行。

然而，OP解決方案有一個缺點：7天的挑战窗口。這意味着，如果您計劃通過官方OP橋將Token提取到L1，則必須在在L2上啓動提取操作後等待7天。然而，對於提取可互換Token（例如ERC20Token）的用戶，使用第三方DApp可以以最低成本加速該過程。

另一方面，ZK，即零知識，依賴於一種稱爲零知識證明的密碼算法。序列器節點在L2上運行zk-EVM，生成一個ZK證明，驗證應用一組交易後L2狀態從預狀態到後狀態的轉換。這個證明可以在L1合約中進行驗證，確保L1可以信任狀態轉換的正確性。生成ZK證明可能是具有挑战性的，需要幾個小時。然而，驗證過程很簡單，只涉及在EVM上進行的簡單交易。與OP相比，使用ZK的提取延遲通常以小時計，提供了一種更有效的選擇。此外，通過更強大的計算機，延遲可以進一步縮短。

仔細研究OP和ZK，顯然兩者都可以擴展L1，只需在L1上的交易中信任，並消除對L2中任何內容的信任的需要。在考慮由L1和L2組成的RollUp系統時，安全性和去中心化與L1密切對齊，而可擴展性則延伸到L1和L2的綜合潛力。將多個L2滾動到同一個L1上顯著擴展了可擴展性。

ZK-Rollups將交易打包成批次，Chainlink

5、开創大規模採用：Rollups在DePIN實用性中的作用

通常，利用Rollup允許以太坊的TPS達到數千。然而，當前的瓶頸是數據可用性（DA）。盡管在將它們提交到L1之前有效地壓縮了L2交易，但隨着交易數量的增加，gas成本也在上升。另一種方法是將交易提交到第三方去中心化存儲服務，從而在L1區塊中實現大量的燃氣節省。這與其他解決方案結合起來，可能提供近乎無限的可擴展性。然而，這也伴隨着一些權衡，因爲必須考慮第三方去中心化存儲服務對系統安全的影響。總之，區塊鏈可以在保持安全和去中心化的同時實現巨大的可擴展性。區塊鏈三難題被解決了。這一突破爲大規模採用打开了潛力。因此，Rollup成爲DePIN實用性廣泛採用的關鍵裏程碑。

DePIN，即去中心化物理基礎設施網絡，利用區塊鏈獎勵來促進物理基礎設施網絡的發展。以Arkreen爲例；它利用區塊鏈獎勵激勵個人爲構建清潔能源網絡做出貢獻。在這種情況下，礦工建造太陽能系統，收集發電數據，並將其提交到Arkreen網絡。Arkreen網絡將識別和篩選出誠實和有價值的數據，並根據數據向礦工提供Token獎勵。Arkreen網絡以去中心化的方式運行，目前擁有超過12000名礦工，並預計在不久的將來將增長到數百萬。因此，它需要一個高度可擴展的區塊鏈基礎設施來容納這個龐大的礦工群體。在過去，實現這種級別的可擴展性在技術和經濟上都是具有挑战性的。然而，借助模塊化區塊鏈（如Rollups）引入的可擴展性的支持，這變得可行了。

設想在模塊化區塊鏈（例如Rollup）上構建的DePIN項目可以以最低成本實現高度可擴展性，同時仍然受益於像以太坊這樣的基礎區塊鏈的安全性和去中心化性。DePIN項目發行的Token稱爲RWA（真實世界資產），其價值源於真實資產。這些具有鏈上流動性的資產爲礦工產生資金，激勵他們爲DePIN網絡的增長做出貢獻，從而創造一個價值輪。多個DePIN項目可以在現實世界中合作，並在鏈上形成一個DePIN生態系統，進一步增加DePIN的價值。多個DePIN項目在現實世界中的合作建立了鏈上的DePIN生態系統，從而增強了總體價值。這種合作的方式使區塊鏈能夠爲現實世界經濟服務，促進了區塊鏈領域的新增長。

6、總結

模塊化區塊鏈（例如Rollup）有效地解決了區塊鏈三難題，提供了提升的可擴展性，並爲廣泛採用鋪平了道路。在DePIN項目的背景下，對高性能和成本效益區塊鏈服務的需求在模塊化區塊鏈中找到了合適的解決方案。在模塊化區塊鏈的支持下，DePIN項目有望獲得巨大的價值。