為何 Rollups + 資料分片是實現百萬 TPS 的唯一途徑?

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撰文:Polynya

編輯:南風

支援 Rollups + 資料分片 (data shards) 的理由是,二者的結合更加安全和去中心化。但這只是故事的一部分。Rollups + 資料分片是實現全球規模的唯一解決方案,其中真正的原因在於二者的結合帶來的可擴充套件性 :這是長期實現數百萬 TPS (每秒交易量) 的唯一途徑。具體來說,我將探討 zkRollups,因為 Optimistic Rollups 有其固有的侷限性。

那麼,為什麼這樣說呢?原因可以歸結為兩點:a) 技術可持續性;b) 經濟可持續性。

01. 技術可持續性

一個在技術上可持續的區塊鏈節點必須做到三件事:

緊跟區塊鏈,使節點同步;

能夠在一個合理的時間內從創世區塊同步。

避免狀態膨脹的失控。

顯然,對於一個去中心化網路來說,所有上述這三點都是必不可少的,但也帶來了嚴重的瓶頸。以太坊網路在保證所有這三點的同時,正在推進可能性的邊緣,而這顯然是不夠的:一條保留這三點的分片區塊鏈 (sharded chain) 也僅能至多將擴容性提升至數千 TPS,依然不夠高。

中心化解決方案及其侷限性

但一些更加中心化的區塊鏈網路可能會開始妥協:1) 你不需要讓每個人都緊跟著區塊鏈,只要有最少數量的驗證者即可;2) 你不需要從創世區塊開始同步,只需要使用快照 (snapshots) 和其他捷徑即可;3) 狀態到期 (state expiry) 是應對狀態膨脹的一個很好的方法,將在大多數區塊鏈中實現,在此之前,諸如 regenesis 這樣的解決方案可能很有幫助。因此,你可以看出,這些區塊鏈網路不再是去中心化的,但本文不關注去中心化方面,我們只關注可擴充套件性 (scalability)。

對於這些網路而言,第 1) 個妥協構成了一個硬限制,RAM (記憶體)、CPU、磁碟 I/O 和頻寬是每個節點的潛在瓶頸,且更重要的是,在網路中保持最少數量的節點同步意味著區塊鏈能走多遠存在硬限制。事實上,你可以看到,諸如 Solana 和 Polygon PoS 這樣的網路已經很用力了,儘管只能處理幾百的 TPS。

我訪問了 Solana 區塊鏈瀏覽器 Solana Beach 網站,上面寫著“Solana Beach 在跟上 Solana 區塊鏈方面遇到了問題,”上面顯示的出塊時間為 0.55 秒,比 0.4 秒的目標出塊時間增加了 43%。根據 Solana 的技術文件,你至少需要 128 GB RAM 才能保持與 Solana 同步,但即便 256 GB RAM 也不足以從創世區塊開始同步,所以你需要使用快照 (snapshots) 的方式。這正是上文提及的第 2) 個妥協,但我們在本文中暫且忽略這方面,而僅僅專注於可擴充套件性。Jameson Lopp (比特幣核心開發者) 在一臺 32 GB RAM 的機器上進行了測試,不出所料,該 Solana 節點在一小時內就崩潰了。當然,Solana 是一個很好的例子,但其他一些區塊鏈也是如此。

zkRollups 可以很好地超越中心化 L1s

zkRollups 可能甚至比中心化的 L1s 有著更高的要求,因為 zkRollups 的有效性證明 (validity proof) 使其與最去中心化的 L1 一樣安全!在 zkRollup 網路中,在任何給定的時間內,你可以只有一個節點處於活躍狀態,但這仍然是高度安全的。當然,為了使 zkRollups 抗審查和具有彈性,我們需要多個定序器 (sequencers),但即便是這些定序器也不需要達成共識,它們可以相應地輪換。比如 HermezOptimism 計劃每次僅有一個處於活躍狀態的定序器,並會在多個定序器之間進行輪換。

此外,zkRollups 可以藉助所有的創新來使全節點客戶端儘可能高效,無論這些創新是針對 zkRollups 還是 L1s。zkRollups 可以透過狀態到期技術而更具創新性,因為歷史資料可以直接從 L1 重新構建。事實上,將會有關於分片和歷史資料訪問預編譯的創新,從而能夠在資料分片上直接執行 zkRollups!在 zkRollups 中,我們還需要輕便無輔助的取款,從而確保其安全性。

然而,即使在 zkRollups,我們也會遇到硬限制。不管是 1 TB RAM 還是 2 TB RAM,節點能走多遠是存在限制的。同時你還需要考慮基礎設施提供商,它們需要能夠與鏈保持同步。

因此,是的,某個 zkRollup 可能比最具可擴充套件性的 L1 還要更具可擴充套件性,但僅靠其自身並不能達到全球規模。

透過資料分片執行多個 zkRollups

但我們可以在以太坊的資料分片上執行多個 zkRollups。一旦釋出,它們將提供大量的資料可用性,並將根據需要繼續擴大,預計到 2030 年之前將達到 1500 萬 TPS。單個 zkRollup 無法實現這種瘋狂的吞吐量,但多個 zkRollups 可以。

每個 zkRollup 分片將會打破可組合性嗎?目前來說,會的。但我們正在看到這一領域正在進行大量的工作,比如 Hop、Connex、Biconomy 等快速「橋樑」,以及讓多個 zkRollups 共享流動性的 dAMM 等傑出的創新。許多這樣的創新在 L1s 上會更加困難或不可能。我預計這個領域會繼續創新,使多個 zkRollups 鏈無縫互操作。

簡言之,無論最中心化的 L1s 能做什麼,zkRollup 都能做得更好,其 TPS 要高得多。此外,我們可以有多個 zkRollups,可以有效地達到全球規模。

02. 經濟可持續性

這個很好理解。網路需要獲得比通脹更多的交易費來獎勵給驗證者 (或代理人)。事實上,這是一個非常複雜的主題,所以我將盡量讓它保持簡單。當然,投機熱情和貨幣溢價可以讓一個網路保持可持續性,即便該網路的通脹高於其獲得的交易費。但對於一個真正有彈性的、去中心化的網路來說,我們應該努力實現經濟可持續性。

中心化 L1s 網路的維護成本 (即通脹) 遠遠超過交易費收入

讓我們再次考慮我們最喜歡的兩個例子—— Polygon PoS 和 Solana。Polygon PoS 網路每天獲取約 5 萬美元的交易費,摺合年交易費為 1800 萬美元。與此同時,Polygon 正在分配超過 4 億美元的年通脹獎勵。這導致了令人難以置信的 95% 的淨損失。

至於 Solana ,它在很長一段時間裡每天的交易費只有 1 萬美元,但隨著投機狂潮的興起,該網路的交易費收入已經顯著增加到每天 10 萬美元,也即每年 3650 萬美元。但 Solana 正在發放了更令人震驚的 40 億美元年通脹獎勵,導致淨虧損 99.2%。

我從 Token Terminal 和 Staking Rewards 收集了這些資料,我認為這些資料比較保守,實際的資料可能更糟。順便說一下,以太坊網路一天獲取的交易費比這兩個網路一年的總和還要多!

你無法將吞吐量提高到技術上不可能的程度

有論點指出,這些網路將在未來處理更多的交易並獲得更多的費用,通貨膨脹將會下降,最終,網路將盈虧平衡。但現實要複雜得多。首先,即使我們考慮到 Solana 在 2030 年之前可能達到的最低通脹率,我們仍將看到該網路 96% 的損失。要實現收支平衡,該網路需要的吞吐量遠遠超出可能的範圍:Solana 在當前交易費用下需要達到 154000 TPS 才能實現收支平衡,而考慮到當前的硬體和頻寬,這是完全不可能的。

然而,更大的問題是,這些額外的交易量的增長並不是沒有成本的——它們增加了更大的頻寬需求,更大的狀態膨脹,總的來說,對系統的要求還比較高。有些人可能會進一步辯稱,目前已經有很大的記憶體空間,它們可以做更多的事情;但正如我在上文技術可擴充套件性部分討論的,這充其量是一個可疑的假設——鑑於你需要至少 128 GB RAM 才能同步一條僅有數百 TPS 的鏈。另一種觀點是,硬體將變得更便宜——這是事實,但這不是一個神奇的解決方案——你要麼需要選擇更大的規模,更低的成本,要麼是二者的平衡,而且 zkRollup 也將同樣受益於摩爾定律和尼爾森定律。

最終,所有中心化的 L1s 都不得不增加交易費

最終,只有兩種解決方案:a) 網路變得更加中心化,b) 網路達到極限時交易費變得更高。a) 有其侷限性,正如前文所討論的,所以 b) 是不可避免的。你可以在 Polygon PoS 上看到這種情況,該網路上的交易費開始慢慢上升。事實上,幣安智慧鏈 (BSC) 已經經歷了這一過程,現在它是一個可持續的網路,儘管交易費已經顯著上漲了。記住,我們這裡只是在討論經濟的可持續性。

在繼續之前,讓我再次指出,其中存在很多很多的變數 (比如價格升值和波動),且上文絕對是一個簡化的理解,但我相信總體邏輯將是清晰的。

Rollups + 資料分片更加高效,且成本更低

接下來是 Rollups + 資料分片的情況。在 Rollups 方面,其維護成本非常非常低,在給定的時間內需要執行的節點數量非常少,而且不需要昂貴的共識安全機制,但提供比任何 L1 都大得多的吞吐量。Rollups 可以簡單地收取少量的 L2 交易費,從而保持網路盈利。在資料可用性方面,以太坊目前處於高度通縮狀態,結合高效的信標鏈共識機制,只需要最低水平的經濟活動就可以實現接近零的通脹。

因此,整個 Rollups + 資料分片生態系統可以以更大的可擴充套件性和潛在的更低的費用保持可持續發展。事實上,成為以太坊上的 zkRollups 對於 L1s 來說是最有利的,我很高興看到 Solana 至少在考慮這一點。

簡言之,Rollups + 資料分片的成本只是中心化 L1 的很小一部分,使其能夠以類似的費用提供數量級更大的吞吐量;或者以更少的費用提供類似的吞吐量。

03. 短期的選擇

很重要的一點是要明白,Rollups + 資料分片的結合是一個長期的觀點,需要幾年的時間才能成熟。

但在短期內,有兩種選擇:

一個可持續的中心化 L1 (比如幣安智慧鏈) 和 Rollups 網路;

一個不可持續的中心化 L1。

第 1 個選項對大多數人來說仍然太貴了。Hermez、dYdX 或 Loopring 等最佳化的 Rollups 提供類似幣安智慧鏈 (BSC) 的交易費水平,而 Arbitrum One 和 Optimistic Ethereum 網路的交易費則更高一些,儘管 Optimistic Ethereum 下個月即將釋出的 OVM 2.0 承諾該網路的交易費將下降 10 倍。

第 2 個選項包括的 Polygon PoS 和 Solana 目前提供較低的費用,但如前所述,長期來看這是不可持續的。不過,從短期來看,它們為尋求廉價交易的使用者提供了一個很好的選擇。但是,等等,還有第三個選擇:Validiums。

Validiums 提供類似 Polygon PoS 或 Solana 等的交易費水平——現在 NFT 鑄造和交易平臺 Immutable X 已經使用 Validium 方案提供免費的 NFT 鑄造。現在,Validium 的資料可用性方面可以說是不可持續的,正如中心化的 L1 一樣,儘管透過使用替代性共識方法 (比如資料可用性委員會),Validium 實際上仍然更加便宜。但 Validiums 的絕妙之處在於,當資料分片釋出時,它們可以直接向前相容於 Rollups 或者 Volitions。當然,如前所述,中心化的 L1s 也可以這樣做,但這將是一個更具顛覆性性的變化。

04. 總結

區塊鏈行業尚未擁有實現全球規模的技術;

一些中心化的 L1s 區塊鏈網路提供非常低的交易費,這實際上是由人們對其代幣的投機而補貼的。對於那些希望獲得非常廉價的交易費的使用者來說,這些網路是一個很好的選擇,但是,需要認識到這不是一個可持續的模型,更不用說它們有著嚴重的去中心化和安全性妥協。

但如果這些中心化的 L1s 網路獲得了使用者吸引力,它們也將被迫提高交易費,並將被更新、更中心化的 L1s 所取代。這是一種不可能長期持續的逐底競爭。

目前,確實存在可持續的網路選擇,比如幣安智慧鏈 (至少在經濟上) 或者最佳化的 Rollups,提供約 0.10 - 1 美元的交易費範圍。

長期來看,Rollups + 資料分片是唯一可以擴容到數百萬 TPS 的解決方案,達到全球規模,同時保持技術和經濟上的可持續性。它們能夠做到這一點,同時又保持高度安全、去中心化、無需許可、無須信任和可靠中立,這確實很神奇。一位智者曾說過:“任何足夠先進的技術都與魔法無異。”這就是 Rollups 和資料碎片的結合。

最後,這不僅僅是關於以太坊,Tezos 也轉向了以 Rollup 為中心。對於所有 L1s 來說,這是不可避免的,即它們要麼 a) 成為一個 zkRollup;b) 成為一個安全和/或資料可用性鏈,供 Rollups 在上面進行構建;c) 接受其技術的過時,並完全依賴營銷、模因和網路效應。

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