一、狀態(tài)通道和Plasma

狀態(tài)通道和 Plasma 是把數(shù)據(jù)和運算都搬到鏈下，Rollup 只把運算帶到鏈下，數(shù)據(jù)保留在 L1 上處理。從拓展性的角度來說，狀態(tài)通道和 Plasma 是優(yōu)于 Rollup 的，但從安全性看 Rollup 是優(yōu)于前二者的。

1、狀態(tài)通道

狀態(tài)通道（State Channel）是一種在以太坊上進行高效交互的技術(shù)解決方案，它允許在鏈下進行交易，從而減少鏈上交易的數(shù)量，提高了交易速度和吞吐量。狀態(tài)通道通過創(chuàng)建一個雙方或多方之間的離線通信通道，讓參與者在通道內(nèi)進行多次交易或交互，而無需每次交易都寫入?yún)^(qū)塊鏈。只有在通道關(guān)閉時，才會將最終的狀態(tài)變更提交到區(qū)塊鏈上，這樣可以大大提高交易速度和降低費用。

「通道」是簡單的點對點協(xié)議，允許兩方在彼此之間進行許多交易，然后僅將最終結(jié)果發(fā)布到區(qū)塊鏈。 通道使用密碼學來證明它們生成的摘要數(shù)據(jù)確實是一組有效的中間交易的結(jié)果?！岸嘀睾灻敝悄芎霞s可確保交易由正確的各方簽署。每個通道都由運行在以太坊上的多重簽名智能合約管理。

1.1 「支付通道」和「狀態(tài)通道」的異同

相似點：

• 擴展性：?兩者都旨在解決區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的擴展性問題。隨著區(qū)塊鏈上交易數(shù)量的增加，主鏈的吞吐量可能受限，導致交易延遲和高費用。支付通道和狀態(tài)通道都可以將部分交易移出主鏈，以提高整體的交易處理能力。
• 即時交易：?兩者都支持實時的交易，可以在通道內(nèi)立即完成交易，無需等待確認。
• 低費用：?由于大部分交易在通道內(nèi)完成，不需要在區(qū)塊鏈上頻繁寫入數(shù)據(jù)，因此支付通道和狀態(tài)通道通常具有較低的交易費用。

不同點：

• 區(qū)塊鏈平臺：?比特幣支付通道是建立在比特幣區(qū)塊鏈上的解決方案，而以太坊狀態(tài)通道是構(gòu)建在以太坊區(qū)塊鏈上的方案。
• 交易類型：?支付通道主要改變多簽錢包交易的輸出結(jié)果，而狀態(tài)通道則用于執(zhí)行智能合約。通道內(nèi)的交易用于改變智能合約的狀態(tài)，但這些狀態(tài)變更并不會在區(qū)塊鏈上立即生效。
• 實現(xiàn)方式：?比特幣支付通道是通過多簽名錢包實現(xiàn)的，參與方需要創(chuàng)建一個多簽名錢包，并向該錢包充入資金。而以太坊狀態(tài)通道是通過智能合約實現(xiàn)的，參與方需要部署合約并存款以打開通道。

1.2 「狀態(tài)通道」面臨的問題

以太坊社區(qū)也意識到狀態(tài)通道可能存在一些挑戰(zhàn)和限制，這些因素可能導致推廣和采用的延遲。一些可能解釋以太坊社區(qū)放棄完全依賴狀態(tài)通道方案的原因包括：

• 復(fù)雜性和開發(fā)難度：實施狀態(tài)通道方案需要進行復(fù)雜的協(xié)議設(shè)計和開發(fā)工作。在構(gòu)建和維護狀態(tài)通道時，需要解決許多技術(shù)挑戰(zhàn)，包括安全性、通信協(xié)議、參與者管理等。這可能增加了開發(fā)團隊的負擔，并且可能需要更長時間來實施。
• 用戶體驗和互操作性：狀態(tài)通道解決方案可能需要用戶進行特定的操作，例如創(chuàng)建和關(guān)閉通道，處理通道內(nèi)的交易等。這可能會增加用戶的復(fù)雜性和使用門檻，對普通用戶來說可能不夠友好。此外，不同狀態(tài)通道之間的互操作性也是一個挑戰(zhàn)，因為需要確保通道之間的平滑交互和資金流動。
• 網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)和社區(qū)一致性：以太坊作為一個生態(tài)系統(tǒng)，其發(fā)展和成功依賴于社區(qū)的參與和共識。在決定采用哪種擴容方案時，需要考慮網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)和社區(qū)的一致性。如果狀態(tài)通道方案的推廣和采用程度較低，可能會導致分散的生態(tài)系統(tǒng)和功能的局限性。

1.3 celer network 的 Layer2.finance

Layer2.finance的擴容方法不是通過遷移DeFi協(xié)議進行的，而是通過遷移用戶和流動性到layer2，實現(xiàn)對已有DeFi生態(tài)的“原地擴容”。

用戶通過將資金轉(zhuǎn)移到 layer2.finance 的 rollup 鏈上，相當于形成了一個多個用戶的流動性聚合池。在 layer2 的 rollup 鏈上面，用戶可以對自己存入 layer2.finance 的資金作出操作，比如放入借貸協(xié)議，或者參與各類流動性挖礦，獲得收益。

這里需要特別注意的是，layer2.finance 上用戶進行的 layer2 操作并不立刻發(fā)出 layer1 的資金轉(zhuǎn)移，而只是表達了一個用戶的“資金分配意愿”。當 layer2.finance 上面有較多用戶的時候，一段時間內(nèi)相同的資金分配意愿可以通過 layer2.finance 無需信任的聚合成為一個單獨的 layer1 資金轉(zhuǎn)移交易，總的資金轉(zhuǎn)移量為所有相同資金分配意愿的總和。

通過類似“拼多多”的方法，layer2.finance 達到了讓散戶在和 DeFi 協(xié)議交互的時候分攤和極大的降低成本的效果。從技術(shù)角度 layer2.finance 主要的創(chuàng)新點是基于 layer2 的成本降低，從產(chǎn)品角度它將有成為 DeFi 未來主要門戶的潛力。

2、Plasma：

2017 年 8 月 11 日，Vitalik Buterin 和 Joseph Poon 發(fā)表了一篇題為 *Plasma: Autonomous Smart Contracts*?的文檔。這份文檔介紹了一種新技術(shù)，它能使以太坊每秒可以處理的遠比現(xiàn)在更多的事務(wù)。

和狀態(tài)通道一樣，Plasma 是一種用于管理鏈下交易的技術(shù)，同時依靠底層的以太坊區(qū)塊鏈來實現(xiàn)其安全性。?但是 Plasma 采用了一種新思路，它是通過創(chuàng)建依附于“主”以太坊區(qū)塊鏈的“子”區(qū)塊鏈?。這些子鏈又可以循序產(chǎn)生它們自己的子鏈，并能依次循環(huán)往復(fù)。其結(jié)果是我們可以在子鏈層級中執(zhí)行許多復(fù)雜的操作，在與以太坊主鏈保持最低限度交互的情況下，運行擁有數(shù)千名用戶的完整應(yīng)用程序。?Plasma 子鏈可以更快遷移，并承擔更低的交易費用，因為其上的操作無需在整個以太坊區(qū)塊鏈上進行重復(fù)。

• 鏈下交易：Plasma使用鏈下交易來實現(xiàn)快速、低成本的交易，同時保持鏈上安全性和去中心化特性。
• 分層結(jié)構(gòu)：Plasma采用分層結(jié)構(gòu)，將原始鏈分成多個子鏈，每個子鏈都可以處理自己的交易，從而提高了整個系統(tǒng)的吞吐量。
• 可擴展性：Plasma的分層結(jié)構(gòu)使得它具有良好的可擴展性，可以處理大量的交易。

Plasma 也被稱為“鏈中鏈（blockchains in blockchains）”。任何人都可以在底層區(qū)塊鏈之上創(chuàng)建不同的 Plasma 支持不同的業(yè)務(wù)需求，例如分布式交易所、社交網(wǎng)絡(luò)、游戲等。

2.1 工作原理

• Plasma的主鏈是以太坊，每個子鏈都是一個獨立的區(qū)塊鏈，可以處理自己的交易。
• 每個子鏈都由一個運營者管理，運營者需要向主鏈提交一個智能合約，該合約負責管理子鏈的狀態(tài)和交易。
• 子鏈可以處理自己的交易，但如果發(fā)生爭議，可以將爭議提交到主鏈上進行仲裁。

Plasma 所要做的工作并不是保護子鏈的安全，而是當有安全事故發(fā)生時，保證用戶可以安全地取回自己的資產(chǎn)，并返回到主鏈上。并且采用一系列經(jīng)濟激勵的方式減少作惡情況的發(fā)生。

2.2?Plasma 細節(jié)

Plasma 的主要思想就是將大部分計算過程都轉(zhuǎn)移到鏈下進行，用戶只有在進入和退出 Plasma Chain 的時候需要跟主鏈上的智能合約交互，這也是所有 Plasma 應(yīng)用的標準流程。

• 存款Deposit
• 狀態(tài)確認（State Commitment）
• 欺詐證明（Fraud Proof）
• 取款（Simple Withdrawal）：
• 批量取款（Mass Withdrawal）

2.3 存在的缺陷

• Plasma 的實現(xiàn)復(fù)雜：Plasma 的實現(xiàn)需要運營者管理子鏈，同時需要智能合約來管理狀態(tài)和交易。這使得 Plasma 的實現(xiàn)變得復(fù)雜，難以推廣和應(yīng)用。
• Plasma 存在安全問題：Plasma 的安全性依賴于運營者的誠實和正確性，如果運營者出現(xiàn)問題，可能會導致整個系統(tǒng)的安全性受到威脅。
• Plasma 的性能受限：Plasma 的性能受限于主鏈的性能，如果主鏈出現(xiàn)擁堵，可能會影響Plasma 的性能。
• 出現(xiàn)了更好的擴容方案：隨著時間的推移，出現(xiàn)了更好的擴容方案，如 Rollup 和 Validium 等，這些方案具有更好的性能和安全性，因此被更廣泛地采用。

2.4 Polygon

Layer 2 解決方案中的提款流程以及 Plasma 技術(shù)在 Polygon 等項目中的使用。盡管 Polygon 聲稱不僅僅是基于 Plasma 的解決方案，但用戶在使用 Plasma 橋?qū)①Y產(chǎn)從 Polygon 轉(zhuǎn)移回以太坊時仍然需要經(jīng)歷 7 天的等待期。

二、OP Rollup 和 ZK Rollup

1、OP Rollup

OP Rollup是一種基于 Optimistic Rollup 的擴容方案，它使用博弈論和驗證游戲來確保數(shù)據(jù)驗證。

1.1 特點：

• 基于Optimistic Rollup：OP Rollup是基于Optimistic Rollup的擴容方案，優(yōu)點如高性能、低成本和去中心化特性。
• 博弈論和驗證游戲：OP Rollup使用博弈論和驗證游戲來確保數(shù)據(jù)驗證，它們的運作假設(shè)是每個人都遵守道德規(guī)范，但如果有惡意方發(fā)布交易，就會被懲罰。
• 內(nèi)置OVM：OP Rollup在以太坊的合約中內(nèi)置了一個OVM（Optimistic Virtual Machine），模擬layer2 的環(huán)境，重新執(zhí)行對應(yīng)交易。

1.2 工作原理：

• 聚合數(shù)據(jù)：?在 Layer 2 上，交易數(shù)據(jù)被聚合并打包成區(qū)塊，這些區(qū)塊中包含多個交易。
• 樂觀執(zhí)行：?打包后的區(qū)塊被認為是有效的，不需要在 Layer 2 上執(zhí)行智能合約驗證。這種方式稱為樂觀執(zhí)行，因為我們默認交易都是有效的，只有在有證據(jù)表明某筆交易無效時，才進行爭議處理。
• 爭議處理：?如果有人對某個區(qū)塊中的交易提出異議，他們可以在 Layer 1 上（以太坊主網(wǎng)）提交證據(jù)，證明該筆交易是無效的。然后，以太坊主網(wǎng)上的智能合約將對這些爭議進行驗證，并根據(jù)驗證結(jié)果來決定是否接受或拒絕爭議。

1.3 Optimism 和 Arbitrum

Arbitrum 上運行著 2 個網(wǎng)絡(luò)，用于 DeFi/NFT 的 Arbitrum One ；用于游戲 / 社交應(yīng)用的 Arbitrum Nova。Nova 以安全為代價實現(xiàn)了低費用，因為它將鏈外數(shù)據(jù)交予「外部數(shù)據(jù)可用性委員會」管理。該委員會的成員包括 Offchain Labs、Consenys、谷歌云、P2P、Quicknode 和 Reddit。

與 Arbitrum 相較，Optimism 擁有更為悠久之市場歷史。 Optimism 起源來自 Plasma Group 團隊，該組織原本專注于開發(fā)另一種第2層解決方案 Plasma 鏈。于2020年1月，Plasma Group 更名為 Optimism，并將重心轉(zhuǎn)向 Optimistic Rollup。

相同點：

• Optimism和Arbitrum都是建立在以太坊主鏈之外運行的Rollup解決方案，可以批量處理交易，并將壓縮后的結(jié)果返回到以太坊主網(wǎng)。它們的目標都是使DeFi變得更快、更便宜、更方便。
• 都使用了欺詐式證明（Fraud Proof）機制來確保交易的安全性。如果一個用戶提交了一個不合法的交易或區(qū)塊，其他用戶可以使用欺詐式證明來證明這一不合法行為，并通過提交欺詐證明來獲得相應(yīng)的獎勵。

不同點：

• 驗證機制
• 智能合約執(zhí)行
• 治理模型
• 愿景

1.4 Vitalik 關(guān)于op rollup和zk rollup的看法：

雖然 Optimistic Rollup 由于可行性較高，短期內(nèi)可能會更容易被接受，但從長遠來看，隨著以太坊團隊和開發(fā)者的探索和熟悉，ZK Rollup 更有前景。

2、ZK Rollup：

zk-rollup是一種基于零知識證明（Zero-Knowledge Proofs）技術(shù)的Layer 2擴展解決方案，旨在提高區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的交易吞吐量和降低交易費用。它是Rollup技術(shù)的一種變種，使用零知識證明來實現(xiàn)在 Layer 2 上進行高效的交易聚合和驗證。

常用的技術(shù)：

• 零知識證明（Zero-Knowledge Proofs）
• Rollup技術(shù)
• zk-SNARKs（零知識可擴展非交互式論證）

代表性項目：

• Loopring（協(xié)議及DEX）
• zkSync（協(xié)議及錢包）

三、Validium方案

Validium 是使用鏈下數(shù)據(jù)可用性和計算的擴展解決方案，旨在通過在以太坊主網(wǎng)外處理交易來提高吞吐量。 與零知識卷疊（ZK 卷疊）一樣，Validium 發(fā)布零知識證明以便在以太坊上驗證鏈下交易。 這樣可以防止無效的狀態(tài)轉(zhuǎn)換并增強 Validium 鏈的安全保障。

這些“有效性證明”可以有 ZK-SNARK（零知識簡潔非交互式知識論證）或 ZK-STARK（零知識可擴展透明知識論證）等形式。 更多關(guān)于零知識證明(opens in a new tab)的信息。

• 基于 Validium 的交易：在以太坊上，用戶將資金從主鏈轉(zhuǎn)移到 Validium 合約。這些轉(zhuǎn)移的資金存放在一個專門的合約中，被稱為 Validium 合約。
• 零知識證明：在 Validium 合約中，交易數(shù)據(jù)是使用零知識證明技術(shù)加密的。這意味著主鏈上的用戶無需知道 Validium 合約中具體發(fā)生了哪些交易，只需知道它們是有效的和合法的。這種加密保證了用戶的隱私和安全。
• 批量提交：在 Validium 合約中的一段時間內(nèi)，可以收集多個交易，形成一個批量提交。然后，這些交易將作為一個整體提交到主鏈，從而將多個交易合并成一筆交易。
• 主鏈上的驗證：主鏈上的智能合約對提交的批量交易進行驗證，并確認其有效性。這些驗證過程使用的是Zero-Knowledge Rollup技術(shù)，該技術(shù)允許在主鏈上進行驗證而無需查看詳細的交易數(shù)據(jù)。

1、優(yōu)劣

Validium 提供了諸多好處，但也進行了折衷（最值得注意的是數(shù)據(jù)可用性）：Validium將數(shù)據(jù)可用性放到鏈下，這意味著交易數(shù)據(jù)不會存儲在以太坊主網(wǎng)上，而是存儲在鏈外第三方。這種取舍可以提高交易吞吐量，因為交易數(shù)據(jù)不需要在以太坊主網(wǎng)上存儲。然而，這也可能導致數(shù)據(jù)不可用或用戶無法取出資金。為了解決這個安全問題，可以采用PoS機制和經(jīng)濟激勵來確保數(shù)據(jù)儲存在各個節(jié)點中并隨時可用。

2、案例

• StarkEx：StarkEx是一個去中心化交易所，它使用Validium作為其擴容方案。StarkEx使用Validium來處理交易，以提高其交易吞吐量。
• DeversiFi：DeversiFi是一個去中心化交易所，它也使用Validium作為其擴容方案。DeversiFi使用Validium來處理交易，以提高其交易吞吐量。

總結(jié)：

狀態(tài)通道和 Plasma 旨在將數(shù)據(jù)和計算從以太坊第 1 層主鏈轉(zhuǎn)移到第 2 層，而 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 僅將計算移至鏈下，同時將數(shù)據(jù)保留在主鏈上。 狀態(tài)通道和 Plasma 依賴于運營商，與 Rollup 解決方案相比，這引入了一些中心化風險。

OP Rollup 保留了 PLASMA 的欺詐驗證機制，提幣時需要 7 天的驗證期以確保安全。 Optimistic Rollup 上的主流項目是 Optimism 和 Arbitrum。 另一方面，ZK Rollup利用零知識證明快速驗證用戶提交的數(shù)據(jù)，避免了Optimistic Rollup 冗長的驗證過程。 使用 ZK Rollup 的項目包括去中心化交易所 Loopring 和以太坊社區(qū)高度期待的 zkSync 項目。 兩種解決方案相比，Optimistic Rollup 的交易成本更低，更容易采用，而 ZK Rollup 復(fù)雜的數(shù)學運算導致費用更高，并且難以實現(xiàn)與以太坊虛擬機（EVM）的兼容。

Validium是以太坊基于零知識證明的擴容方案之一，與其他方案如ZK-rollup和Volitions相比，它有其獨特的特點和優(yōu)勢，但也存在著數(shù)據(jù)可用性方面的問題。