1kx：区块链扩容的终局是信任最小化和水平扩展

原文作者：weidai.eth

原文编译：Luffy，Foresight News

以太坊是一种无需许可的世界计算机，在撰写本文时，它拥有最高的经济安全性，并且充当着大量资产、应用程序和服务的结算账本。以太坊也有其局限性：区块空间是以太坊主网上稀缺且昂贵的资源。L2 扩容被认为是这个问题的最佳解决方案，近年来有大量项目进入这个领域，其中大多数是 Rollup。然而，从严格意义上的术语 Rollup（数据位于以太坊 L1 上），并不能实现以太坊的无限扩展，它的上限是每秒处理几千笔交易。

首先，请了解一下两个概念：

信任最小化：如果 L2 系统的功能不需要信任底层 L1 之外的部分，那么这个系统（的一个功能）就是信任最小化。

水平扩展：如果可以在不造成全局瓶颈的情况下添加实例，那么系统就是水平可扩展的。

在这篇文章中，我们认为信任最小化和水平可扩展的系统是扩展区块链应用程序最有前途的方式，但这个方向目前尚未被充分探索。我们通过探讨三个问题来得出论点：

为什么应用程序应该是信任最小化的？

为什么要构建可水平扩展的系统？

我们如何才能增强信任最小化和水平可扩展性？

声明：虽然本文重点关注以太坊作为基础 L1，但我们在这里讨论的大部分内容也适用于以太坊之外的其它去中心化结算层。

为什么应用程序应该是信任最小化的？

应用程序可以以可信的方式连接到以太坊，它们可以写入和读取以太坊区块链上的数据，但需要信任的地方在于业务逻辑会被正确执行。币安和 Coinbase 等中心化交易所是可信应用程序的绝佳示例。连接到以太坊意味着应用程序可以利用具有多种资产的全球结算网络。

受信任的链下服务存在重大风险。 2022 年主要交易所和服务商的崩溃（例如 FTX 和 Celsius）是一个很好的警示故事，讲述了当受信任的服务行为不当和失败时会发生什么。

另一方面，信任最小化的应用程序可以以可验证的方式写入和读取以太坊，例如 Uniswap 等智能合约应用程序、A.bitrum 或 zkSync 等 Rollup 以及 Lagrange 和 Axiom 等协处理器。从广义上讲，随着应用程序受到以太坊网络的保护，并且更多功能被分配给 L1，信任就会被消除。因此，可以在没有交易对手或托管人风险的情况下提供信任最小化的金融服务。

将功能外包给 L1，应用程序和服务可以获得三个关键属性：

活性（和排序）：用户提交的交易应及时包含（执行和结算）。

有效性：交易按照预先指定的规则进行处理。

数据（和状态）可用性：用户可以访问历史数据以及当前应用程序状态。

对于上述每个属性，我们可以想到需要什么信任假设；特别是，以太坊 L1 是否提供该属性或是否需要外部信任。下表针对不同的架构范例进行了分类。

为什么要构建可水平扩展的系统？

水平扩展是指通过向系统添加独立或并行实例进行扩展，例如应用程序或 Rollup。这要求系统不存在全局瓶颈。水平扩展可以实现系统吞吐量的指数级增长。

垂直扩展是指通过增加整体系统（例如以太坊 L1 或数据可用性层）的吞吐量来进行扩容。当水平扩展在诸如共享资源上遇到瓶颈时，通常需要垂直扩展。

声明 1 ：Rollup 无法水平扩展，因为它们可能会遇到数据可用性 (DA) 的瓶颈。垂直扩展 DA 解决方案需要在去中心化方面做出妥协。

数据可用性 (DA) 仍然是 Rollup 的瓶颈。目前，每个 L1 区块的最大容量目标为 1 MB ( 85 KB/s)。从长远来看，EIP-4844 将额外提供约 2 MB ( 171 KB/s) 的可用空间。通过 Danksharding，以太坊 L1 最终可能支持高达 1.3 MB/s 的 DA 带宽。 以太坊 L1 DA 是许多应用程序和服务共同竞争的资源。因此，尽管使用 L1 作为 DA 可提供最佳的安全性，但它会成为系统潜在可扩展性的瓶颈。使用 L1 作为 DA 的系统（通常）无法水平扩展，并且存在规模不经济。替代性 DA 层，例如 Celestia 或 EigenDA，也有带宽限制（尽管较大，分别为 6.67 MB/s 和 15 MB/s）。但这是以将信任假设从以太坊转移到另一个（通常不太去中心化）网络为代价的，从而损害了安全性。

声明 2 ：水平扩展信任最小化服务的唯一方法是实现（接近）每笔交易的边际 L1 数据为零。两种已知的方法是状态差异 Rollup (SDR) 和 validiums。

状态差异 Rollup (SDR) 是将一批聚合交易中的状态差异发布到以太坊 L1 的 Rollup。对于 EVM，随着交易批次变大，发布到 L1 的每个交易数据会逼近一个常数，远小于 Rollup 的交易数据。