Af Andreas Freund, EEA Mainnet Interessegruppemedlem

Det følgende er en aktuel tilstand af Ethereums skalerbarhedsøkosystem-minirapport, som er længere og mere dybdegående end et typisk blogindlæg.

Mange virksomheder har opgivet private Blockchain-konsortier på grund af flere faktorer:fraværet af meningsfulde netværkseffekter i private Blockchain-implementeringer – som har en tendens til at gøre dem dyrere og besværlige at administrere inden for et konsortium af konkurrerende enheder end et delt databasesystem – samt mangel på tilgængelighed af DeFi-økosystemet med dets nye og hurtigt voksende og derfor meget profitable aktivklasser. Ethereum Layer 2 (L2) skalerbarhedsløsninger giver mulighed for at passe Ethereum Mainnets firkantede stift ind i det runde hul af virksomhedens sikkerheds-, privatlivs- og overholdelseskrav, da mange L2-løsninger de facto er centraliserede databaser med smart kryptografi. De kan også give adgang til en verden af ​​DeFi-aktivklasser, hvilket gør det muligt for Mainnet-netværkseffekter at smitte af på virksomhedsløsninger gennem disse DeFi-aktivklasser. Dette skaber et nyt og symbiotisk forhold mellem virksomhedsbrugstilfælde på L2 og Ethereum Mainnet gennem både aktiv- og brugervækst.

En kort introduktion til Layer 2 og andre skalerbarhedsløsninger til Ethereum

Ethereum Mainnet er blevet et offer for sin egen succes, idet det i øjeblikket fungerer som en betydelig flaskehals for væksten af ​​dets økosystem; netværksproblemer er opstået på grund af høje transaktionsgebyrer og det begrænsede antal transaktioner, der er tilladt pr. blok, hvilket bringer den økonomiske levedygtighed i fare for Ethereum-baserede protokoller, nystartede virksomheder og andre med sunde forretningsmodeller. Mens Eth2, den næste version af Ethereum, lover en 100x stigning i transaktionsskalerbarhed og betydeligt reducerede transaktionsgebyrer, er dens udrulning stadig 12 måneder eller mere væk. Ethereums skalerbarhedsudfordringer skal løses i dag, hvis Ethereum ønsker at bevare sin førende position som det mest populære og mest brugte blockchain-netværk i verden.

I løbet af de sidste 2 – 3 år er der opstået flere typer løsninger, der adresserer skalerings- og transaktionsomkostningsudfordringerne. Fælles for dem er, at alle udfører den tunge transaktionsbehandling uden for Ethereum Mainnet (dvs. off-chain) i forskellige former for centraliserede eller decentraliserede computermiljøer, mens Mainnet bruges som sikkerheds- og dataintegritetsanker i forskellige former. Disse løsninger er det, der i daglig tale kaldes Layer 2 (L2), fordi de er løsninger, der sidder over Ethereum Mainnet, også ofte omtalt som Layer 1.

Nedenfor er en kort oversigt over de vigtigste skalerbarhedsløsningskategorier efterfulgt af en kort beskrivelse af hver løsningskategoris egenskaber:

• Statskanaler
• Sidekæder
• Rollups
  • Optimistiske oprulninger
  • Zero-Knowledge (zk) Rollups
  • Plasma
  • Validium

Figur 1:L2-kategoriseringer; Kilde:Token Terminal

Statskanaler

Statskanaler skalerer Ethereum Mainnet ved at udføre transaktioner uden for kæden via sikre kanaler etableret mellem parter. De kræver, at en bruger deponerer et øjebliksbillede af den seneste Ethereum-tilstand, som brugeren kontrollerer, i en smart-kontrakt med flere signaturer; dette er analogt med brugerindskud til betalingskanaler på Bitcoins Lightning Network. Dette øjebliksbillede vil indeholde vigtige data, såsom ETH-beholdningen af ​​en Ethereum-adresse på et givet tidspunkt.

Statskanaler giver mulighed for (næsten) gratis off-chain-transaktioner med øjeblikkelig transaktionsfinitet og overlegen privatliv, fordi kun statskanaloperatøren og deltagere i statskanalen har synlighed i off-chain-transaktionerne. Tænk på et skakspil, hvor spillerne placerer en ante for at starte spillet. Denne transaktion vil blive registreret i kæden og åbner en kanal. Individuelle træk vil blive underskrevet af hver spiller på kanalen. Spillet ville fortsætte, indtil en spiller forlader eller spillet slutter, hvorefter en af ​​spillerne eller selve spillet appellerer til Mainnet for at få en afgørelse og udbetaling af gevinsterne.

Statskanaler vil sandsynligvis tjene i situationer, hvor der er høj trafik peer-to-peer multi-direktionelle transaktioner blandt rimeligt betroede parter. Individuelle tilstandsændringer vil finde sted inden for disse kanaler via underskrevne og sikre transaktioner, hvor Mainnet- eller L2-konsensusbaserede kontrakter tjener til at håndtere periodisk afstemning og/eller "slutspils"-afstemning.

Sidekæder

Sidekæder er blockchains, der er uafhængige af Ethereum Mainnet med deres egne konsensusmodeller, f.eks. Proof of Authority (PoA), Proof of Stake (PoS) og statsmaskinemekanismer såsom Ethereum Virtual Machine eller andre arkitekturer. Ethereum-transaktioner kan overføres til en sådan kæde på en depotmæssig måde, hvilket mindsker byrden på Ethereum Mainnet. Afhængigt af netværkstilgangen med hensyn til kæder (uafhængige multi-kæde vs delte kæder), kan transaktionsbeskyttelse muligvis bevares via gated adgang til en kæde.

Den særlige tilgang, hvert netværk tager, skal evalueres på egen hånd for at bestemme egnethed med hensyn til skalerbarhed, sikkerhed og egnethed til formålet. Nogle økosystemdeltagere anser ikke sidekæder for at være ægte L2-løsninger, da de hverken arver tilstrækkelige sikkerhedsgarantier fra Ethereum Mainnet på grund af mangel på onchain-transaktionsdata eller giver mulighed for at afgøre tvister på Ethereum Mainnet. Fortalere for Eth-forbundne kædebaserede netværk vil hævde, at deres Proof of Stake-konsensusmodeller og validatormodeller er lige så strenge som Eth2 (som også bruger en Proof of Stake-model), og at deres operationelle bånd med Ethereum (i form af netværkskontrakter) kører på Ethereum) giver tilstrækkelig sikkerhed og gennemsigtighed i en Eth-native form.

Vi vil skitsere forskellige kædebaserede tilgange nedenfor, når vi undersøger skalerbarhedslandskabet.

Rollups

Rollups ligner avancerede, ikke-depot-sidekæder, der opnår høj transaktionsgennemstrømning, mens de arver sikkerhedsgarantierne fra Ethereum Mainnet. Rollups falder typisk i en af ​​fire hovedkategorier:Optimistiske rollups, zk-Rollups, Plasma og Validium.

Rollups er løsninger, der udfører transaktionsudførelse uden for Ethereum-hovedkæden, men poster transaktionsdata på Layer 1. Da transaktionsdata er på Layer 1, gør dette det muligt at sikre rollups af Layer 1. Nedarver de fleste sikkerhedsegenskaber fra Layer 1, mens der udføres eksekvering uden for lag 1, er en definerende egenskab for rollups.

Tre forenklede egenskaber ved rollups er

1. Transaktionsudførelse uden for lag 1
2. Data eller bevis for transaktioner er på lag 1
3. En opsamlingssmart kontrakt i lag 1, der kan gennemtvinge korrekt transaktionsudførelse på lag 2 ved at bruge transaktionsdataene på lag 1

Nogle rollups kræver, at "operatører" sætter en obligation i rollup-kontrakten. Dette tilskynder operatører til at verificere og udføre transaktioner korrekt. (Layer 2 Rollups, Ethereum.org, https://ethereum.org/nb/developers/docs/scaling/layer-2-rollups/)

"Operatorer" har imidlertid magten til at censurere transaktioner, hvis operatørmodellen ikke er tilstrækkelig decentraliseret, som Mainnet er. Nedenstående figur organiserer disse kategorier afhængigt af, om de håndterer datalagring on-chain eller off-chain, og om beregningsmæssig korrekthed håndhæves gennem nul-viden gyldighedsbeviser eller brugerindskud-slashing svindel beviser.

Figur 2:L2 Rollup-kategorier; Kilde: buildblockchain.tech

En anden differentiering mellem rollup-løsninger er med hensyn til, hvor beregningen finder sted, og hvornår finaliteten opstår. For eksempel foregår beregningen af ​​ZK Validity Proofs via en tredjepartsoperatør (eller validator eller sequencer), hvis primære funktion er at samle transaktioner og indsende batcher af transaktioner til Mainnet. Disse batches indeholder minimal, men tilstrækkelig information til at bevise gyldigheden af ​​transaktionerne. Beregningen af ​​transaktionerne håndteres før indsendelse til L1, og endelighed sker, når først den er valideret af L1 (eller efter passage af tilstrækkelige L1-blokke, som sammenlægningen måtte diktere).

Optimistiske rollups beregner også transaktionerne uden for kæden som zk-rollups, men ikke i nul-viden, og de er afhængige af en konkurrenceprocedure og en konkurrenceperiode, inden for hvilken de ophæver til Mainnet beslutningen om, hvorvidt en anfægtet transaktion er gyldig eller ej. Som med ZK Validity Proofs, vil operatører af Optimistic Rollups sandsynligvis satse eller være bundet således, at hvis en operatør indsender en svigagtig transaktion til den primære Ethereum-kæde, bliver deres indsats skåret ned.

Bemærk, at rollups normalt ikke tilbyder privatliv til deres brugere. Der dukker dog nye løsninger op, både Optimistic (zk Optimistic) og zk Rollups (zk-zk Rollup), som bevarer deres brugeres privatliv. Disse løsninger vil blive diskuteret i næste afsnit. Bemærk også, at zk-Optimistic Rollups har dårligere ydeevnekarakteristika end Optimistic Rollups, fordi hver transaktion i rollup-blokken er meget større end i tilfældet med Optimistic Rollups, og Ethereum-blokke er pladsbegrænsede gennem blokgasgrænsen; en afvejning mellem privatliv og ydeevne. På den anden side har zk-zk Rollups lignende præstationskarakteristika som zk Rollups på grund af en smart brug af kryptografi, der tillader brugen af ​​rekursive zk-beviser, som undgår at tilføje flere data til en rollup-blok. Yderligere optimeringer i den anvendte kryptografi undgår en stigning i kravene til beregningsydelse sammenlignet med zk Rollups.

Ovenstående L2-løsninger har specifikke egenskaber for ydeevne, sikkerhed, økonomi og brugervenlighed, som er opsummeret i nedenstående tabel:

Figur 3:L2-løsningskarakteristika efter L2 og skalerbarhedsløsningskategori;
Kilde: Matter Labs

I betragtning af de hurtige ændringer og optimeringer af de anvendte teknologier er ovenstående vurdering af de forskellige kategorier blot et øjebliksbillede i tid og kan – og forventes at – ændre sig væsentligt i løbet af de næste 12 til 24 måneder.

Ethereum Layer 2 and Scalability Solutions Landscape

Som allerede nævnt udvikler Ethereum L2-økosystemet sig med warp-hastighed - fra Plasma Whitepaper i 2017 til Ethereums største decentraliserede børs, Uniswap, går live på en L2-løsning i 2021. Derfor vil ethvert overblik over økosystemet være både ufuldstændigt og hurtigt forældet. Et aktuelt øjebliksbillede er dog stadig nyttigt for at forstå det store udvalg af projekter i rummet og deres tilsigtede anvendelsestilfælde.

Vi vil diskutere hver kategori og give et eller flere eksempler mere detaljeret og nævne yderligere, bemærkelsesværdige projekter i samme kategori med links til deres websteder eller Github-repositories, hvis de findes.

Statskanaler

Forbind :Connext er et statskanalprojekt, der har designet til at være en L2-løsning, ikke kun for Ethereum, men også et krydskædet routinghub for Ethereums mange L2-løsninger. Projektet forsøger at adressere en bekymring i Ethereum-samfundet om, at Eth-baserede L2-projekter ikke vil være tilstrækkeligt interoperable. Connexts nye cross-L2-overførselssystem kan vise sig at være vigtigt for at sikre, at sammenkobling mellem løsninger vil være let tilgængelig og undgå netværkslåsning inden for en skalerbarhedsløsning.

Andre bemærkelsesværdige projekter er Raiden Network, Celer og Perun.

Sidekæder

xDai Chain :xDai Chain er en EVM-baseret sidekæde designet til stabilt at lette større transaktionsvolumener; i øjeblikket på omkring 70 transaktioner i sekundet (TPS). Projektet er bygget op omkring dets STAKE-token, som konsensusudbydere satser på for økonomisk at sikre sidekæden. På grund af sin effektivitet er xDai Chain for nylig vokset i popularitet.

POA-netværk :I lighed med xDai Chain ved ~ 70 TPS er POA-netværket en EVM-baseret sidekæde, der er afhængig af et sæt betroede konsensusudbydere til at behandle transaktioner hurtigt og billigt. Løsningen ser ud til at være brugbar til næsten enhver brugssituation fra blockchain-spil til community-valutaer.

Polygon PoS: Polygon er en teknologiramme og en protokol, der gør det muligt for udviklere at implementere og forbinde gennem en meddelelsesprotokol forskellige typer netværk - EVM-baserede Proof-of-Stake-kæder, Plasma-kæder osv. - med hinanden og Ethereum. Derfor ligner målet Connext eller ikke-Ethereum-baserede rammer som Cosmos. Polygon PoS er Polygons sidechain-løsning. Polygon-tokenet bruges som et staking-token på de forskellige netværk, der er implementeret i Polygon-netværket af kæder for økonomisk at sikre konsensusudbyderne. Tilgangen og arkitekturen ligner substrat- og parachain-tilgangen fra Polkadot.

Skala: Skale's Elastic Blockchain Network er en Ethereum-kompatibel POS-sidekæde-løsning, der hurtigt kan opbygge applikationsspecifikke sidechain-instanser. Validatorer for hver sidekæde vælges som en tilfældig, periodisk blandet undergruppe af hele SKALE-valideringspuljen, som tilskyndes ved at sætte et token. Validatorer administreres og blandes af et program, der kører på Ethereum Mainnet.

En anden bemærkelsesværdig sidekæde er Loom Network.

Optimistiske oprulninger

Optimisme: Optimism er en Optimistic Rollup-implementering, der muliggør omkring 100x reduktion i gasudnyttelsen, som er ved at vinde en vis tidlig indpas blandt nogle store DeFi-spillere, såsom Synthetix. Optimism har bygget OVM, en L2-baseret EVM, således at L1-projekter kan omdisponere deres Solidity- eller Vyper-smarte kontrakter på Optimisme.

Bemærkelsesværdige projekter, der migrerer til Optimisme:Uniswap, Compound, Synthetix

Brændstof: Fuel var den første Optimistic Rollup-implementering på Ethereum Mainnet, som gik live den 31. december 2020. Fuel lover hurtige og effektive token-betalinger og ønsker at blive "Jordens værdiudvekslingslag".

Arbitrum: I lighed med Optimism er Arbitrum, udviklet af Offchain Labs, et optimistisk rollup-netværk med validatorer, der er økonomisk involveret i Ether, og som er i stand til at behandle med omkring 100x gasreduktion. Den væsentligste forskel mellem Optimisme og Arbitrum er, at Solidity og Vyper smarte kontrakter vil være i stand til at blive implementeret på Arbitrum uden ændringer, fordi den virtuelle Arbitrum er den samme som EVM på bytekode-niveau.

Bemærkelsesværdige projekter, der migrerer til Arbitrum:Reddit, Uniswap

Cartesi Descartes :Cartesis Descartes Rollups er en variant af optimistiske rollups med interaktiv tvistløsning, svarende til Truebit. I stedet for EVM-bytekode, udfører Descartes RISC-V-instruktionssættet, som gør det muligt at køre en Linux VM.

Andre bemærkelsesværdige Optimistic rollup-projekter er OMGX fra OMG Network og Nightfall V3 fra Ernst &Young, en privatlivsbevarende Optimistic Rollup, hvor rollup-transaktionerne er zk-snark-beviser for at bevare privatlivets fred, hvilket fører til reduceret TPS på grund af størrelsen på beviserne.

zk-Rollups

zkSync :zkSync er en zk-Rollup-løsning fra Matter Labs, der bruger nulvidensbeviser fra zk-snarks til at realisere både høj gennemløb (~ 300 – 2.000 tps baseret på antallet af transaktioner i en blok) og høj sikkerhed (arver Ethereum Mainnet-sikkerhed forsikringer). Matter Labs arbejder også på en løsning af typen Validium kaldet zkPorter.

Bemærkelsesværdige projekter på zkSync:Curve, Gitcoin, Balancer, Argent

Loopring: Loopring var den første zk-rollup, der blev implementeret til Ethereum Mainnet, og har været i drift på Ethereum Mainnet i over et år. Looprings zk-Rollup-løsning er i øjeblikket fokuseret på at skalere decentrale udvekslinger med Automated Market Makers og ordrebøger og betalinger. Loopring Exchange og Loopring Wallet er baseret på Looprings teknologi. OpenOcean er nu også migreret til Loopring.

Aztec: Aztec lancerede for nylig zk.money, som giver mulighed for fuldt private Ether/DAI-transaktioner. Zk.money er en zk-zk Rollup, som er den næste generation af zk Rollups. Aztec-teknologien gør det muligt at verificere zk-beviser for zk-beviser for private transaktioner; med andre ord, rekursive zk-beviser på Ethereum Mainnet. På grund af zk-bevisernes rekursive karakter kan det samme antal transaktioner som almindelige zk-rollups placeres på Ethereum Mainnet.

Denne form for zk Rollup ser ud til at være den mest lovende tilgang til mange virksomhedsbrugssager i betragtning af deres stærke krav til beskyttelse af personlige oplysninger.

Andre bemærkelsesværdige zk Rollups er Hermez Network (for nylig erhvervet af Polygon) og zkSwap.

Validium

StarkEx: StarkEx ligner zk Rollups, men bruger zk-starks i stedet for zk-snarks, hvor den væsentligste forskel er, at zk-beviserne er væsentligt større end beviserne for zk-snarks, og derfor både er dyrere at deponere og verificere end for zk-snarker. Systemet kan køre enten som et Validium-type system eller en zk-rollup. Denne dynamik gør det muligt for projektet at have højere gennemløbskapacitet sammenlignet med rene zk Rollup-systemer. Den nuværende implementering bruger implementeringen af ​​Validium-typen.

Bemærkelsesværdige projekter, der bruger StarkEx:dYdX, DeversiFi, Paraswap, Immutable X

Plasma

OMG: OMG Plasma Network ligner OMGX, men er bygget på Plasma-arkitekturen i stedet for en Optimistic Rollup.

Polygon: Polygon har også udgivet en version af sin Polygon-sidekæde, der er diskuteret ovenfor, som en plasmakæde, der kan udveksle meddelelser med andre sidekæder og rollups som diskuteret for Polygon Proof-of-Stake-sidekæden.

En anden bemærkelsesværdig Plasma-kæde er Leap DAO.

Hvad betyder det for virksomheder?

Virksomheder har traditionelt ikke været beskæftiget med offentlige blockchains, fordi krav til sikkerhed, privatliv og overholdelse af Enterprise Use Cases har gjort offentlige blockchains uegnede til implementering. Imidlertid har resultaterne af private Blockchain-netværk været blandet til skuffende af flere årsager. Den vigtigste blandt dem er fraværet af meningsfulde netværkseffekter i private Blockchain-implementeringer, som har en tendens til at gøre dem dyrere og besværlige at administrere inden for et konsortium af konkurrerende enheder end et delt databasesystem, og manglen på tilgængelighed af DeFi-økosystemet med dets nye og hurtigt voksende, og derfor meget profitable aktivklasser fra en privat Blockchain. De diskuterede L2-skalerbarhedsløsninger giver mulighed for ikke kun at passe den firkantede pin af Ethereum Mainnet ind i det runde hul af virksomhedens sikkerheds-, privatlivs- og overholdelseskrav, da mange L2-løsninger er defacto centraliserede databaser med smart kryptografi, men også få adgang til en verden af ​​DeFi-aktiver. klasser, der tillader Mainnet-netværkseffekter at smitte af på virksomhedsløsninger gennem disse DeFi-aktivklasser. Dette giver et nyt og symbiotisk forhold mellem virksomhedsbrugstilfælde på L2 med Ethereum Mainnet gennem både aktiv- og brugervækst.

I den næste del af denne blogserie vil vi dykke dybere ned i nye og spændende virksomhedsbrugssager til L2-løsninger, der udnytter Ethereum Mainnets sikkerhedsgarantier og levende økosystem.

Indtil da, hold dig opdateret om alt EEA ved at følge os på Twitter, LinkedIn og Facebook.