Виталик новая работа: в чем разница между L2 и исполняемыми шардированиями?

Автор: Vitalik Buterin

Составитель: Peng Sun, Foresight News

Полтора года назад в статье «Endgame» я упоминал, что различные пути развития блокчейна в будущем, по крайней мере с технической точки зрения, выглядят очень похоже. В обоих случаях на цепочке происходит множество транзакций, и для обработки этих транзакций требуется: (1) большое количество вычислений; (2) большой объем данных. Обычные узлы Ethereum (например, 2 ТБ узел reth, который я сейчас запускаю на своем компьютере), даже обладая мощными программными возможностями и деревом Verkle, не могут напрямую проверить огромные объемы данных и вычислений. Напротив, в двух схемах «L1 шардирование» и «Rollup в центре», ZK-SNARK используется для проверки вычислений, а DAS — для проверки доступности данных. Независимо от того, является ли это L2 шардированием или Rollup, DAS одинаково, а технологии ZK-SNARK также схожи. Они являются как кодом смарт-контрактов, так и функциональностью протокола. С точки зрения настоящей технологии Ethereum шардируется, а Rollup — это шардирование.

Это, естественно, поднимает вопрос: в чем разница между ними? Одно из различий заключается в том, что последствия кодовых уязвимостей различны: в Rollup токены могут быть украдены; в шардировании консенсус может быть нарушен. Но я ожидаю, что с укреплением протокола и улучшением технологий формальной верификации влияние кодовых уязвимостей будет уменьшаться. Так какие еще различия существуют между этими двумя решениями, которые могут существовать долгое время?

Разнообразие исполняемых сред

В 2019 году мы кратко обсуждали в Ethereum идею исполняемой среды. По сути, Ethereum будет иметь различные «зоны», которые могут устанавливать разные правила для учетных записей (включая совершенно разные методы, такие как UTXO), работы виртуальной машины и других функций. Это позволит реализовать разнообразие методов на различных уровнях стека, но если Ethereum попытается объединить многофункциональность, это будет сложно.

В конце концов, мы отказались от некоторых более амбициозных планов и оставили только EVM. Тем не менее, Ethereum L2 (включая rollups, valdiums и Plasmas) можно сказать, в конечном итоге все же выполняет роль исполняемой среды. В настоящее время мы обычно сосредоточены на эквиваленте EVM L2, но на самом деле игнорируем множество других методов, которые приносят разнообразие:

• Arbitrum Stylus, который добавляет второй основанный на WASM оракул вне EVM;
• Fuel, который использует архитектуру на основе UTXO, аналогичную Bitcoin (но с более полными функциями);
• Aztec, который вводит новый язык и программную парадигму, сосредоточенные вокруг проектирования смарт-контрактов с защитой конфиденциальности на основе ZK-SNARK.

Архитектура на основе UTXO, источник: документация Fuel

Мы можем попытаться создать EVM, охватывающий все возможные парадигмы супер виртуальной машины, но это снизит эффективность различных функций, и лучше позволить этим платформам заниматься тем, что они делают лучше всего.

Компромисс безопасности: масштабируемость и скорость транзакций

Ethereum L1 предоставляет очень сильные гарантии безопасности. Если данные, содержащиеся в окончательном блоке на L1, будут изменены, то весь консенсус (включая консенсус общества в крайних случаях) будет стремиться обеспечить, чтобы эти данные не были изменены, чтобы любое выполнение, инициированное этими данными, не было отменено, и чтобы эти данные оставались доступными. Для достижения этой гарантии безопасности Ethereum L1 готов принять высокие затраты. На момент написания этой статьи комиссии за транзакции относительно низкие: каждая транзакция Layer2 стоит менее 1 цента, даже на L1 базовый перевод ETH стоит менее 1 доллара. Если технологический прогресс будет достаточно быстрым, рост доступного блок-пространства может соответствовать росту спроса, и эти сборы могут оставаться низкими в будущем, но это не гарантировано. Для многих нефинансовых приложений (например, социальных сетей или игр) даже 0,01 доллара за транзакцию слишком много.

Но социальные сети и игры не нуждаются в такой же модели безопасности, как L1. Если кто-то может потратить миллион долларов, чтобы отменить запись о том, что он проиграл партию в шахматы, или сделать так, чтобы твит выглядел так, будто он был опубликован через три дня после фактической публикации, это не имеет значения. Поэтому эти приложения не должны нести одинаковые затраты на безопасность. Решения L2 достигают этого, поддерживая ряд методов доступности данных от rollups, plasma до validiums.

Разные типы L2 подходят для различных случаев использования

Другой компромисс возникает вокруг проблемы передачи активов от L2 к L2. Я ожидаю, что в течение следующих 5-10 лет все Rollups станут ZK Rollup, а такие высокоэффективные системы доказательства, как Binius и Circle STARKs с lookups, вместе с уровнями агрегации доказательств, сделают возможным предоставление окончательного корня состояния на каждом слоте L2. Но в настоящее время мы можем только сложно смешивать Optimistic Rollup и ZK Rollup и использовать разные временные окна доказательства. Если бы мы реализовали исполняемое шардирование в 2021 году, то модель безопасности, обеспечивающая честность шардирования, была бы Optimistic Rollup, а не ZK, поэтому L1 пришлось бы управлять сложной логикой доказательства мошенничества на цепочке, а время вывода могло бы составлять до недели, чтобы переместить активы между шардированиями. Но, как и с кодовыми уязвимостями, я считаю, что эта проблема в конечном итоге также временная.

Скорость транзакций — это третий аспект компромисса безопасности и более устойчивый. Ethereum создает блоки каждые 12 секунд и не может делать это быстрее, иначе степень централизации станет слишком высокой. Тем не менее, многие L2 исследуют возможность сокращения времени создания блоков до нескольких сотен миллисекунд. 12 секунд уже не так уж плохо: пользователи в среднем ждут около 6-7 секунд после отправки транзакции, чтобы она была включена в блок (не просто 6 секунд, потому что следующий блок может не включать их). Это сопоставимо с временем ожидания, когда я плачу кредитной картой. Однако многим приложениям нужна более высокая скорость, и L2 может это обеспечить.

Чтобы ускорить процесс, L2 имеет механизм предварительного подтверждения: валидаторы L2 сами подтверждают цифровой подписью, что они включат транзакцию в определенное время, и если транзакция не будет включена, они понесут наказание. Механизм StakeSure дополнительно расширяет этот механизм.

Предварительное подтверждение L2

Теперь мы можем попытаться реализовать все эти функции на L1. L1 может включать систему «быстрого предварительного подтверждения» и «медленного окончательного подтверждения». Она может включать различные шардирования с разными уровнями безопасности. Однако это увеличит сложность протокола. Кроме того, выполнение всей работы на L1 может привести к перегрузке консенсуса, поскольку многие более масштабные или более высокопроизводительные методы имеют более высокий риск централизации или требуют более сильных форм «управления», и если это будет выполнено на L1, влияние этих более сильных требований затронет другие части протокола. Предоставляя компромисс через L2, Ethereum в значительной степени может избежать этих рисков.

Преимущества Layer2 для организации и культуры

Представьте себе страну, разделенную на две части: одна половина становится капиталистической страной, а другая — страной с высокой государственной доминацией (в отличие от реальных событий, предположим, что в этом мысленном эксперименте это не результат какой-либо травматической войны, а просто однажды граница естественным образом появилась, и все). В капиталистической части рестораны состоят из различных децентрализованных форм собственности, блокчейнов и выборов. В стране с государственной доминацией они все являются филиалами правительства, как полицейские участки. В первый день изменений не будет. Люди в основном будут следовать существующим привычкам, что возможно, а что нет, зависит от трудовых навыков и инфраструктуры. Однако через год вы увидите огромные изменения, поскольку различные стимулы и структуры контроля приведут к значительным изменениям в поведении, что повлияет на то, кто приходит и уходит, что строится, что поддерживается, а что забрасывается.

Теория организационной экономики много говорит о таких различиях: она обсуждает не только различия между экономикой, управляемой государством, и капиталистической экономикой, но и различия между экономикой, доминируемой крупными франчайзинговыми компаниями, и экономикой, где каждый супермаркет управляется независимыми предпринимателями. Я считаю, что различия между экосистемами, сосредоточенными на L1, и экосистемами, сосредоточенными на L2, также схожи.

Структура «основные разработчики управляют всем» имеет большие проблемы

Как экосистема, сосредоточенная на L2, я считаю, что основные преимущества Ethereum следующие:

Поскольку Ethereum является экосистемой, сосредоточенной на L2, вы можете свободно и независимо строить подэкосистему с уникальными функциями, оставаясь частью более крупного Ethereum.

Если вы просто строите клиент Ethereum, вы являетесь частью более крупного Ethereum, хотя у вас есть определенное пространство для инноваций, но это далеко не так, как у L2. А если вы строите совершенно независимую цепочку, ваше пространство для творчества будет очень большим, но вы также потеряете преимущества, такие как совместная безопасность и совместный сетевой эффект. L2 является хорошей точкой баланса.

Он не только предоставляет возможности для экспериментов с новыми исполняемыми средами и технологиями компромисса безопасности, которые могут обеспечить масштабируемость, гибкость и скорость, но и предлагает механизм стимулов, который побуждает разработчиков строить и поддерживать, а также побуждает сообщество поддерживать.

На самом деле, каждый L2 является изолированным, что также означает, что развертывание новых методов не требует разрешения: вам не нужно убеждать всех основных разработчиков, что ваш новый метод «безопасен» для других частей всей цепи. Если ваш L2 терпит неудачу, это ваша ответственность. Любой может предложить необычные идеи (например, метод Plasma от Intmax), и даже если основные разработчики Ethereum полностью не обращают на это внимания, они могут продолжать строить и в конечном итоге развернуть. Функции L1 и предварительная компиляция не таковы, даже в Ethereum успех или неудача разработки L1 часто зависит от политики, в большей степени, чем нам хотелось бы. Независимо от того, что теоретически можно построить, различные механизмы стимулов, возникающие в экосистемах, сосредоточенных на L1 и L2, в конечном итоге будут серьезно влиять на содержание, уровень качества и порядок фактического строительства.

С какими вызовами сталкивается экосистема Ethereum, сосредоточенная на L2?

Структура L1 + L2 имеет большие проблемы, источник изображения: Reddit

Этот подход, сосредоточенный на L2, сталкивается с одной ключевой проблемой, с которой экосистема, сосредоточенная на L1, почти не сталкивается: координация. Иными словами, хотя у Ethereum много L2, проблема заключается в том, как сделать так, чтобы это все еще ощущалось как «Ethereum» и обладало сетевым эффектом Ethereum, а не как N независимых цепей. В настоящее время эта ситуация во многих отношениях не удовлетворительна:

• Кросс-цепочные операции между L2 обычно требуют централизованных кросс-цепочных мостов, что очень сложно для обычных пользователей. Если у вас есть токены на Optimism, вы не можете просто вставить адрес Arbitrum другого человека в свой кошелек, чтобы отправить средства.

• Поддержка кросс-цепочных смарт-контрактов для личных кошельков и организационных кошельков (включая DAO) не очень хороша. Если вы меняете ключ на одном L2, вам также нужно менять ключи на каждом другом L2.

• Децентрализованная инфраструктура верификации обычно довольно ограничена. Ethereum наконец-то начал иметь приличные легкие клиенты, такие как Helios. Однако если вся активность происходит на L2 и требует своих централизованных RPC, это не имеет смысла. В принципе, как только у вас есть заголовок блока Ethereum, построить легкий клиент для L2 несложно; но на практике этому вопросу уделяется слишком мало внимания.

Сообщество работает над улучшением этих трех аспектов. Для обмена токенами между цепями стандарт ERC-7683 является новым решением, которое, в отличие от существующих «централизованных кросс-цепочных мостов», не имеет фиксированных централизованных узлов, токенов или управления. Для кросс-цепочных учетных записей большинство кошельков используют подход, который в краткосрочной перспективе обновляет ключи с помощью кросс-цепочных воспроизводимых сообщений, а в долгосрочной перспективе — с помощью keystore rollups. Легкие клиенты для L2 начинают появляться, например, Beerus для Starknet. Кроме того, недавно улучшение пользовательского опыта через кошельки нового поколения решило более основные проблемы, такие как отсутствие необходимости вручную переключать сети для доступа к DApp.

Общий обзор баланса многоцепочных активов Rabby, чего предыдущие кошельки не могли сделать!

Но необходимо признать, что экосистема, сосредоточенная на L2, действительно сталкивается с трудностями в попытках координации. Поскольку отдельный L2 не имеет естественных экономических стимулов для создания инфраструктуры для координации: малые L2 не будут этого делать, потому что они стремятся получить лишь небольшую долю прибыли; крупные L2 также не будут, потому что они могут получить столько же или даже больше выгоды от усиления своих локальных сетевых эффектов. Если каждый L2 будет думать только о себе и никто не будет учитывать, как согласоваться с более широкой экосистемой Ethereum, мы потерпим неудачу, как в утопии урбанизации, описанной в предыдущих абзацах.

Трудно сказать, что существует идеальное решение этой проблемы. Я могу только сказать, что экосистема должна более полно осознавать, что инфраструктура кросс-L2 так же важна, как и клиент L1, инструменты разработки и языки программирования, и поэтому должна получать внимание и финансирование. У нас есть Protocol Guild, возможно, нам нужна Basic Infrastructure Guild.

Заключение

В различных публичных обсуждениях «L2» и «шардирование» часто рассматриваются как две противоположные стратегии масштабирования блокчейна. Однако, когда вы исследуете основные технологии, вы обнаружите проблему: фактические методы масштабирования на уровне основы совершенно одинаковы. Независимо от того, являются ли это шардированием данных, мошенническими валидаторами или валидаторами ZK-SNARK, или решениями для межсетевого взаимодействия «Rollup, шардирование», основное различие заключается в том, кто отвечает за создание и обновление этих компонентов и насколько велика их автономия.

Экосистема, сосредоточенная на L2, с точки зрения настоящей технологии, является шардированием, но в шардировании вы можете строить свои шардирования с собственными правилами. Это очень мощно, безгранично в творчестве и может привести к множеству автономных инноваций. Но у нее также есть некоторые ключевые вызовы, особенно в области координации. Чтобы экосистема, сосредоточенная на L2, как Ethereum, добилась успеха, она должна понимать эти вызовы и активно решать их, чтобы получить как можно больше преимуществ от экосистемы, сосредоточенной на L1, и приблизиться к оптимальному состоянию обеих.