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Nansen研究 :Arbitrum,区块链扩展的未来?

Nansen 2021-11-25 10:17:22
像Arbitrum这样的第2层扩展方案不仅仅是一个投资问题,它们更是DeFi、NFT空间中正在进行的和未来的项目的基础,它们将不仅维持DAO和虚拟世界,也将支持整个创造者经济和元宇宙。

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撰文:Yasmine Karimi,Nansen

深潮TechFlow经授权翻译并转载

介绍

在加密货币的历史上,有三次以太坊网络的gas费飙升到天文数字的情况:2017年的牛市,2020年夏季的DeFi和2021年夏季的NFT。

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以太坊gas费在2015至2021年的涨跌情况

每当gas费再次暴涨时,一场关于以太坊区块链的可扩展性的讨论便又再次回到了舞台中央,同时许多人还竞相寻找下一个具有竞争性的区块链来投资。实际上,我们不得不面对gas费只是冰山一角。gas费如此之高的原因是当前的以太坊还没有能够扩大规模,也就是说,对交易的需求仍然多于以太坊区块链每次实际能够承担的数量。

你可能有这样的印象,关于可扩展性的辩论是由加密货币的策划者和开发人员主导的,他们让人很难理解到底为什么以太坊面临扩展问题,扩展究竟意味着什么,以及这种扩展性竞赛对你自己和加密货币领域的利害关系一开始是怎样的。下面便是对当前情况的解读。

面向新手的关于扩展问题的讨论

区块链是一种处理交易并将其记录在区块中的模式,区块链的创建不需要可信的权威机构,并且可以避免重复消费。早期的区块链,如比特币和以太坊,基于他们的共识模型来处理和记录这些交易的工作量证明。

在工作量证明模式中,当你发起一笔交易后,它会被放在一个待处理交易池中,并被传播到网络的所有节点。虽然它被传播到所有节点,但只会有一个矿工来对这项交易进行计算,并通过将其与其他交易一起添加到一个区块中来验证它,以此获得采矿的gas费奖励。

首先,交易在验证之前和之后都要传播到网络上,这使得交易的处理时间很长。其次,数字计算所需的计算能力消耗了大量的电力。最后,一个区块可以包含的交易量是有限的,这使得用户之间产生了竞争,同时也使得gas费——矿工愿意接受的处理交易的最低价格——提高了,并且其价格有时超过正在交易的价值。随着更多利用区块链技术处理和存储交易的dApps在主网上建立(目前约有3000个),这正日益成为一个问题。

由此可见,为了解决这些问题,以太坊必须进行扩展,这可以通过增加网络可以处理的交易数量(以TPS,每秒交易量衡量)以及交易速度来实现。为此,一些扩展方案已经在开发中,其中主要是以太坊2.0,对标第1层扩展方案、侧链和第2层扩展方案。以太坊2.0、Polkadot和Solana等第1层扩展方案在结构上改变了以太坊的底层共识和链模式,而第2层扩展方案则是建立在以太坊主网及其协议之上的。

赌注很高,风险很大。在这场竞赛中脱颖而出的少数区块链将为整个DeFi空间和NFT提供动力,维持DAO和虚拟世界,同时也为整个创造者经济和元宇宙提供支持。

我将在下面详细说明为什么我相信像Arbitrum(Marc Cuban、Polychain Capital和Pantera Capital投资的公司)这样的第2层扩展方案将在未来至少五年内引领以太坊的扩展性。

以太坊可扩展性解决方案的简要概况

如上所述,扩展是指增加交易吞吐量(可处理的交易数量)和提高交易速度。下面简要介绍一下目前旨在实现这一目标的现有方案:

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2021年可扩展性解决方案,由@yasminekarimi_制作

有两种扩展区块链生态系统方式。

第1层扩展方案

第1层方案处理底层协议,也就是主网区块链本身的代码,以此来提高区块链的交易能力。它们可以进一步划分为:

协议改进

协议改进是对底层协议所做的改变,以扩大交易吞吐量,具体而言是通过增加一个区块中可放置的交易数量(仅在短期内可持续),减少区块创建之间的时间差,或通过从工作量证明共识模式到权益证明的结构性转变来实现。与“工作量证明”模式不同,“权益证明”根据他们在协议中投入的虚拟币数量来选择验证者。由于验证者是在此基础上选择的,因此不再需要大量的计算能力,也不存在让gas费达到天文数字的矿工之间的竞争。交易的验证时间要短得多,因为单个节点不必像基于PoS的区块链Solana 30,000 TPS和Polkadot 1000 TPS那样投入那么多处理能力。作为比较,以太坊只能处理16个TPS。

分片 

分片将一个区块链的计算任务和数据空间划分为多个链(以太坊2.0有63个以上)。分片区块链协议自然意味着将初始网络的节点分为更小的组,每个组负责批准待定交易的独特子集并存储全局状态的子集。通过可验证的随机函数实现的加密排序机制,节点被分配到分片,以避免分片由大多数恶意节点组成时的分片接管攻击。由于特定于一个节点的交易是由它而不是由整个区块链来验证的,因此没有导致高费用的竞争,交易也更快,这反过来又增加了一秒钟内可以处理的交易数量。根据Vitalik Buterin的说法,分片以及PoS共识模型应该能够在以太坊2.0上实现100000 TPS。

第2层扩展方案

第1层扩展方案改变了区块链的协议,第2层扩展方案是由链上构建的智能合约实现的对第1层扩展方案的扩展。通过在向第1层扩展方案报告之前将交易的执行外包出去的方式,第2层扩展方案为交易的处理创造了额外的空间。有很多种方法可以实现这一点。

侧链

首先,你可以将资产转移到交易费用和速度更理想的侧链上(例如,xDai使用的委托的权益证明共识机制允许在0.000021美元的情况下实现5秒的TPS)。资产的跨链转移是通过双向锚定(2WP)协议实现的,该协议在第一条链上锁定资产,然后在第二条区块链上创建一个交易,其输入的信息包含加密证明,证明锁定是正确的。这方面的一个完美例子是Polygon。

Plasma

其次,Plasma(参见Joseph Poon和Vitalik Buterin的白皮书)是区块链系统中的区块链构造。资产被发送到管理Plasma链的智能合约中,由该合约执行交易。除非有欺诈的证据,只有区块头的哈希值才会在根链上提交,当欺诈发生时,区块会被回滚,区块创建者会受到惩罚。这种“只有当”的方案带来了巨大的可扩展性,因为使根区块链的状态更新最小化会让交易更快。

状态通道

状态通道是指允许参与者在链外进行x次交易但只向以太坊网络提交两次链上交易的开源协议和智能合约。用户在第一次打开通道时,必须创建并支付一笔以太坊交易。而当其准备要关闭通道时,用户又必须支付费用来处理以太坊区块链上的交易。这减少了必须处理和存储的交易数量,并将gas费用减少到只打开和关闭一个通道所需要的花费。在以太坊上利用状态通道的主要项目有State Channels、Celer、Perun和Raiden。

Rollups

Rollups通过在单个“批次”中进行汇总交易,使用压缩工具(例如,减少价值长度的科学符号,以字节为单位)以及在链外验证它们,然后将状态数据存储在第1层扩展方案上,从而来扩大主网。压缩和批处理带来了更高的吞吐量,使得每个交易的速度加快以及成本最小化。 

其次,根据验证方式不同,rollups有两种不同的类型。我们验证的方式是在交易被分批处理后,检查后状态的根(即账户余额、合同代码等,这些都是“在rollups内”的)是否正确。在zk rollups中,每一批交易都会产生一个有效性证明,称为ZK-SNARK,而像Arbitrum这样的optimistic rollups,只有当一个节点怀疑某个交易是欺诈性的,才会进行证明计算,从而进一步提高交易速度和吞吐量。

作为一个用户,我应如何与Arbitrum rollup进行互动?

作为一个用户,你最有可能与Arbitrum互动的场景是当你使用dApp时,这些dApp就是你通常在以太坊上使用的并且需要交易的,(例如Uniswap或Aave)。更具体地说,当你要与Arbitrum互动时,首先将Arbitrum One网络扩展添加到你的MetaMask钱包中,并连接到它,然后桥接资产。 

为什么Arbitrum将在不远的未来引领以太坊的扩展?

Arbitrum解决了区块链的三难问题:可扩展性、去中心化、安全性。 

仅仅扩大规模是不够的。在增加其交易吞吐量的同时,区块链必须保留区块链技术的两个基本属性:去中心化和安全。这就是所谓的区块链三难问题。截至目前,唯一能满足这三个要素的以太坊扩展方案就是像Arbitrum这样的rollups。在Arbitrum上已经处理的交易总数达356万笔,2021年9月12日,日交易数量达到最高的26.8万笔。 1637807196(1).jpg

在一段时间内Arbitrum上的每日交易总额

在处理能力方面,Arbitrum应该可以实现40000个TPS,与使用以太坊底层扩展相比,有5倍的平均成本优势(目前以太坊为2美元对10.38美元,见实时第2层扩展费用)。除此之外,Arbitrum实际上正在努力将费用进一步降低90%-95%,这意味着你只需花几十美分就能铸造一个NFT或转移eth。在Arbitrum上每天花费的gas费总额也一直低于以太坊。而9月12日的明显飙升则是由于一个名为ArbiNYAN的第2层扩展流动性挖矿平台的推出。

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在Arbitrum与Ethereum上支付的每日总gas费

Arbitrum实现了这种高吞吐量,同时从第1层扩展共识中获得了安全性。作为比较,早期的第1层扩展方案,如Ethereum和Bitcoin,优先考虑了去中心化和安全,但牺牲了可扩展性,这一点从今天的高gas费就可以看出。同样,其他有竞争性的第1层扩展方案,如Solana和EOS,因为分别只有200和21个节点控制他们的网络,导致它们牺牲了去中心化。反过来,中心化也会影响安全,因为其会增加51%的攻击机会。同样,侧链有可能在主网中带来攻击载体,因为它们依赖于自己的共识和区块验证模型。另一个安全性有限的例子是协议的改进,因为具有“更大区块”的区块链本质上更难验证,并可能变得更加中心化,反过来同样导致了其更不安全。然而,请注意,并不是所有的rollups在早期都是去中心化的,尽管大多数,甚至所有,都致力于逐步去中心化。

Arbitrum是迄今为止最兼容EVM的第二层扩展解决方案

Arbitrum是截至目前最兼容EVM的第2层扩展方案。这使得开发人员将现有的以太坊应用程序迁移到rollups上几乎是不费吹灰之力的,因为他们不需要重写代码。Arbitrum目前可以支持不计其数的dApp,是最大的以太坊第二层网络,在DeFi协议中锁定的总价值超过23亿美元。作为比较,ZK-rollups和支付通道只支持简单的支付、交换和其他特定应用的使用。目前,它总共有2361个经过验证的合约,自9月以来,平均每天增加12个合约。

 

Arbitrum上每日验证地址数量

随着更多的dApp被整合到Arbitrum rollup中,Arbitrum不仅对开发者非常有吸引力,也因此对用户很有吸引力。使用Arbitrum的特定地址数量的增加证明了这一论断。

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在一段时间内Arbitrum上独立地址的总数

在这些地址中,聪明钱地址似乎对Arbitrum给予了特别关注。如下所示,使用以太坊的ETH百万富翁中有50%也使用Arbitrum。对于那些还不熟悉Nansen标签的人来说,ETH百万富翁是指ETH余额至少为100万美元的地址。

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Arbitrum上活跃的聪明资金的比例

简单来说,它建立在加密货币领域的王者——以太坊——之上

我们相信像Arbitrum这样的rollups将在未来几年主导以太坊的可扩展性的另一个原因是,它们是建立在以太坊上的,而以太坊是加密货币领域的王者。这使他们具有先发优势。首先,就使用情况而言,以太坊仍然是世界上最流行的区块链协议,上面有3000多个dApps、DeFi、NFT、DAO和虚拟世界生态系统。比特币是这方面唯一可以相提并论的区块链,但其缺乏承载rollups的能力。

其次,与大多数人所认为的以太坊2.0会使rollups过时的观点不同,考虑到以太坊 2.0在几年后才会全面部署,Arbitrum等rollups应该是第一个事实上的扩展解决方案。而恰恰相反,数据分片,即以太坊2.0的第二步,主要是为了加速rollups。有rollups分割存储的状态,有分片分割交易的历史,还有rollups将自己注册到特定的分片中,rollups的吞吐量的可扩展性是指数级的,到2030年有可能达到1500万TPS。

由于这些原因,很明显,像Arbitrum这样的rollups在不久的将来会有独特的地位来领导以太坊可扩展性解决方案的浪潮。

准备好迎接第二层扩展方案代币的到来

除非你是开发者或早期投资者,否则你仍然可以通过购买项目的原生代币来获得曝光。虽然大多数像Arbitrum这样的rollups还没有原生代币,但我们可以预计大多数rollups项目最终都会发布。

目前rollups面临的一些挑战

第一个挑战是,对于optimistic rollups来说,提款期很长。提款可能需要7天时间,因为提款需要有一定的延迟,以便在交易被怀疑为欺诈的情况下,有时间公布欺诈的证据并取消提款。

其次,保证optimistic rollups安全的条件是,至少有一个节点是诚实的,并能识别欺诈性交易。 

除此之外,尽管我们可以期待通过rollups移动资产和数据将变得越来越容易,但rollups仍处于早期阶段,还不具备互操作性。尽管如此,还是有像Hop、Connext、cBridge和Biconomy等具备互操作性的解决方案。

最后,许多人认为,尽管由于用户都被激励去得到最好的价格,以太坊的流动性在不同的rollups之间是分散的,但是随着时间的推移,流动性会累积到像Arbitrum这样的rollups上。

从现在起五年后的rollups

实事求是地讲,从长远来看,rollup的潜力并不限于以太坊。可扩展性解决方案的未来实际上是一个由多个第1层扩展方案链上的相互依赖的扩展解决方案组成的更复杂的系统。在这个复杂的未来,我们还是可以期待三个主要趋势。

如上所述,在短期内,Arbitrum等以太坊上的rollups将主导扩展解决方案的格局,然后将通过部署以太坊 2.0及其分片方案进一步加强。第2层扩展方案,包括但不限于rollups,将展现出其进步的方面并使其性能变得越来越高,从而在执行方面与第1层扩展方案竞争。 

接下来,当其他具有竞争性的第1层扩展方案达到满容量时,它们将越来越多地开始在其主网的基础上建立rollups。事实上,大多数人仍然不能搞清楚rollups的潜力,每个第1层扩展方案都会需要rollups。以太坊只是第一个一直在为它做准备的,而且已经有相当长的一段时间了(自2015年以来)。例如,Tezos正在接受一个以rollups为中心的路线图。同样,NEAR、Celestia和Polygon也是如此,他们最近刚刚宣布了基于扩展解决方案Polygon Maiden的高级zk-STARKs(源自zk-Rollup)。 

事实上,考虑到对以太坊和区块链的需求只是单向的,我们也可以预期,所有的扩展解决方案将同样有效和必要,以满足当前和未来的市场参与者日益增长的需求。 

结论

总之,高昂的gas费用确实只是冰山一角。以太坊自成立以来就一直面临着扩展问题,而目前众多的扩展方案都是为了解决这一问题。其中,Arbitrum rollups不仅是目前最大的以太坊第2层网络,也有可能在未来几年内主导扩展方案。事实证明,Arbitrum rollup有能力在不影响主网的去中心化和安全性的情况下扩展以太坊的规模。当更多试图获取尽可能最好的价格的用户转向Arbitrum,更多的开发者将在其基础上进行开发,因为它是最兼容EVM的。抛开以太坊,rollups也是一种范例,其将被输出到其他具有竞争性的第1层扩展方案中,并融合到正在变得日益复杂的各类扩展方案中。 

对于加密货币领域的每个人来说,像Arbitrum这样的第2层扩展方案不仅仅是一个投资问题,它们更是DeFi、NFT空间中正在进行的和未来的项目的基础,它们将不仅维持DAO和虚拟世界,也将支持整个创造者经济和元宇宙。

原文链接:https://www.nansen.ai/research/arbitrum-the-future-of-blockchain-scaling

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