了解以太坊扩展演进历程 以太坊会有怎样的扩展未来

原文作者：Paween Pitimanaaree

以太坊是DeFi和NFT中TVL超过550亿美元的用户和开发人员的基本区块链。但是如此高的网络整合率也给太芳网络带来了很大的问题。特别是在可扩展性方面，因为目前网络在保持理想中心化水平的同时，平均每秒只能处理13.5笔交易。

为了提高以太的可扩展性，过去几年开发了多种方法，目前正在研究更多的方法。这些解决方案包括状态通道、Plasmas、Validiums、Rollups和侧链。

可以归入不同的类别，但实际上并不完全不同。有些基本思想本质上是相同的，一般建立在以前的思想之上。

因此，本文的其馀部分旨在概述这些以太网扩展解决方案实际上是如何随着时间的推移而发展的。

以太网扩展解决方案

以太坊扩展解决方案示例(*侧链可以扩展以太网，但不能从以太网的安全性中受益。）

状态信道状态信道是以太坊扩展最快最简单的方法。核心想法是在链下处理交易，只将最终结果重新发布到主网络上。这减少了主网络中不必要的中间交易，减少了潜在的网络拥塞。

状态通道用户流。以太坊交易的数量减少到2个——，可以打开和关闭通道。

以下是链条下交易在幕后的运作方式。想象两个用户A和B想要在他们之间转账。A给B发10美元，B给A发5美元，最后A给B发20美元。如果A同意在单个交易中向B总共发送10-5 20=25美元，而不是在连锁中单独发送这三笔交易。

为了总结这些想法，一组参与者可以打开状态频道，并将资金锁定在州在线频道的多签名智能协议上。然后，可以解决连锁交易，只有在解除资金锁定并同意关闭渠道后，才能将最终状态更新为以太。

状态渠道主要用于需要对彼此的行为达成一致的双方之间的微交易和支付。不能很好地扩展以支持智能合同。因为

DApp通常面向大量最终用户，因此各方之间的协议变得更加复杂。

智能合同dApp通常允许每个人在以太网或状态信道上未经许可交互，从而在不同的网络上创建不同的事实。

Plasma

Plasma定期向以太网发布Merkle根状态散列。在提供欺诈证明并质疑其有效性之前，所有状态更新均被视为有效。

Plasma链是操作员操作的独立区块链，定期将检查点存储在以太网上。这些检查点以Merkle根状态散列存储，提高了gas效率。这意味着为了可扩展性，可以将所有事务计算卸载到Plasma链中，并且可以使用以太网层来确保Plasma链的状态更新正确。

Plasma采用了反欺诈机制，以确保状态转换正确。所有转换都被认为是正确的，直到有人在此期间提出异议(通过提供使转换无效的证据)。错误的状态转换简单地被忽略，新的转换基于以前正确的转换。

Plasma在正常情况下运行良好。但是问题之一是运营商停机或恶意的时候。运营商停止提供交易信息后，没有人可以生成使状态转换无效的证明。因此，运营商的恶意行为(例如运营商从其他账户窃取资金的行为)最终将被主网络接受。

在这种情况下，将对所有用户实施“大规模退出”方案，使用最新的有效状态结束Plasma生态系统。但是，整体状态数据会转储到以太网端，从而导致网络拥塞。

另一个问题是非EVM兼容性。通用智能合同的状态没有类似所有权的明确结构。换句话说

Validium

Validium在以太网上发布了Merkle根状态hash和ZK证明作为检查点。通过ZK证明验证了状态更新的正确性。

Validium还运行自己的区块链，并将类似Plasma的Merkle根状态散列发布到以太网场中。主要区别在于状态更新验证机制。Plasma依赖反欺诈机制，Validium使用ZK-snarks和ZK-STARKs等零知识(ZK)认证。

ZK证明将生成的计算与状态更新一起提交给胎房，以确保状态转换有效。ZK证明的复杂生成过程可以在链下计算，但在链上验证非常容易。这使Validium能够在以太网端更新状态和证明后立即确认。

但是，复杂的密码计算证明，ZK与EVM字节码有兼容性限制。因此，目前可用的Validium应用程序仅限于令牌传输等简单用途，仅包含简单的加法和减法。

除了EVM不兼容外，数据可用性仍然是个问题。Validium仍然依赖链下的数据存储区(通过DAC(数据可用性委员会或DAC))，使事务数据始终能够重建到完整的区块链状态。但是，这增加了对安全模型的另一种信任。这是因为即使对方不集中，也要一直使用和正常工作。

滚上

Rollup发布状态根和压缩事务信息(添加ZK Rollup的ZK证明)。

Rollup解决了数据可用性问题。可以认为是新一代Plasma链和Validium。除了状态更新(在ZK Rollup中添加ZK证明)外，交易信息还将在以太网端以calldata形式发布。也就是说，以太网端提交的所有calldata始终可以从头开始重建区块链的当前状态。因此，不需要单独依赖第三方(如DAC)来存储状态树。

Rollup:Optimistic Rollup和ZK Rollup。

Optimistic Rollup的工作方式与Plasma链类似，Optimistic rollups认为状态转换在有人挑战之前有效。任何人都可以通过以太网网络的“验证者协议”中实施的反欺诈机制，质疑和主张状态更新不准确。

反欺诈机制有多种方法。

Optimism使用单回合交互式认证来证明Etherboard需要在链上执行整个L2事务以进行验证。这种方法可以立即防止欺诈，但会导致大量计算gas成本。

Arbitrum使用多回合反欺诈功能，执行链下的二进制搜索，以查找错误转换状态更新的“操作码”。只有一个操作码在链上运行。也就是说，这里所需的gas要低得多。

最终，防止欺诈将确保在以太网方面发布的状态能够有效、完整地重新配置，而无需信任外部当事人。Optimistic rollups也与EVM兼容，因此无需更改代码即可轻松迁移以太网端运行的所有dApp。因此，Optimistic Rollup被广泛采用为以太网扩展解决方案。

ZK RollupZK rollup只是Validium和数据可用性的结合。链定期在以太网端提交散列状态和压缩的事务数据，并使用有效性证明来验证状态转换。

与Validium一样，ZK Rollup不能有效地与EVM兼容。因为为完全集成的EVM环境生成证明可能需要几个小时。计划使用EVM或ZK-EVM开发ZK rollup的项目在EVM兼容性和性能之间取得平衡。事实上，Vitalik将ZK-EVM分为四种类型，从图1所示的部分兼容以太网Face的EVM到部分兼容的EVM。

不同类型的ZK-EVM。

目前，只有不等同于EVM的Type 4(例如ZKSync和Warp)和Type 3(例如Scroll和Polygon Hermez)。因为使用ZK认证充分利用EVM的功能需要更多的解决方法。但是，随着Etherfang对ZK-SNARK越来越熟悉，以及进一步的研究和开发，我们应该看到Type 2和Type 1 ZK-EVM在未来变得越来越普遍。

侧链侧链是独立的区块链，运行自己的区块参数和共识机制。他们可以通过双向桥与以太坊通信。但是，与其他扩展解决方案不同

随着扩展解决方案未来过去扩展解决方案时间的推移，——解决了以前扩展设计的主要问题，如状态转换验证和数据可用性。在现阶段，rollup被认为是扩展etherboard的最先进的解决方案，因为它利用etherboard安全性和EVM兼容性，适用于一般用途。但是，为了获得额外的安全性、集中化和可扩展性，Rollup中有尽可能多的改进领域。

集中Rollup测序仪——Rollup可以使用PoS等机制选择测序仪，从而降低集中和审查的风险。

Rollup之间的直接通信信道——在没有以太网房间的情况下，通过Rollup之间的桥接和消息传递，可以提高用户体验并降低交易成本。

链下的扩展解决方案(如Rollup)已经可以提供多种可扩展性，但也有计划通过ETH升级在基础层进行扩展。以太坊分区是重要的里程碑升级之一，通过与Rollup集成，可以进一步提高以太坊的可扩展性。

片可以使用Rollup的数据可用性层335464个以太网方形2.0片链中的一部分作为Rollup的“数据仓库”来发布散列根。理论上，片和Rollup可以将胎房吞吐量提高到100，000 TPS。

代码执行片段——其他片段链可以执行智能协议，如EVM字节代码和以太网。但是，由于使用以前的碎片链提供的大吞吐量，这些实施的实际要求尚未确定。

充分的可扩展性使以太网fance能够支持当前使用的web2服务(如Visa)的高事务吞吐量。朝着金融的未来迈出了重要的一步。

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