以太坊創辦人Vitalik Buterin 於3月15日晚間8點在臺北演講,活動舉辦在臺北市信義路上P2聯合創業辦公社新開幕的共同工作空間,主辦單位 ETHFans 以太坊愛好者和 GPUMINE 在這場活動中,特別安排 Vitalik Buterin 發表40分鐘的主題演講。
該演講分享了「以太坊2.0」中,四個階段中的第一階段(Phase1)可能的幾種擴容解決方案,其中包括在以太坊1.0上可以做的 ZK Rollup,以及在以太坊2.0上可以做的 ZK ZK Rollup 等,為台灣的以太坊開發者和區塊鏈研究學者帶來更多新的刺激和啓發,期望帶動台灣以太坊技術社群成長。
Vitalik Buterin 昨晚的演講講題為「Scalable blockchains as data layers」(暫譯:以可擴展的區塊鏈作為資料層),總共使用13張投影片簡報,淺談以太坊在擴展性遇到的挑戰及可能的解決方案。
Vitalik 在演講一開始,先從後設協定(meta-protocols)歷史發展脈絡開始談起,也就是在比特幣已經出來但以太坊還沒推出的時期,而這樣的情形就像分片技術(Sharding)推出時的第一階段,在分片鏈(Shard Chain)上只能儲存資料但不能做運算的情況相似。
他提及,區塊鏈協議 Mastercoin 是一種在比特幣區塊鏈上的後設協議(“meta-protocol” on top of the Bitcoin blockchain),借比特幣區塊鏈當作資料層,而非一種狀態執行引擎。他說,會遇到的問題主要有二個,包括對於輕量級客戶端不夠友善,以及 Mastercoin 影響不了任何不是 Mastercoin後設協定的狀態,例如,沒法影響比特幣的狀態。
有資料可得性 – 擴容方案 ZK ZK Rollup
其接著介紹了ZK Rollup的原理,以及本次演講的核心「ZK ZK Rollup」。
Vitalik 說,大約在四個月前想出了這個機制構想,現在的名字叫做 ZK Rollup。新創團隊Matter Inc將構想實作出來並且將它命名為 Ignis,也有人叫它 Ignis Plasma,但 Plasma 的人也不太高興因為它在技術上並非是全然的 Plasma,因此如果有更好的名字歡迎提出。
這個 ZK Rollup 又稱 Ignis 的機制構想,估計能增加以太坊 TPS 每秒交易量30倍。
Vitalik 說:
ZK Rollup 乍看起來有點類似 Plasma 對吧?
因為 Plasma 的合約裡記載 Merkle root,而這裡(指 ZK Rollup)也有合約記載 Merkle root,所以你可能會問,那麼( ZK Rollup 和Plasma)有什麼不同?
他解釋,ZK Rollup 與 Plasma 的不同之處在於,Plasma 有來自退出賽局(exit games)和提款期間(withdraw periods)的複雜性,這是因為有資料可得性問題(data availability problem)。Plasma 節點(Plasma operator)可能會惡意發布帶有 Merkle root 的區塊,但不發布 Merkle root 代表的背後實際資料。這讓 Plasma 需要有前述複雜的機制來應對。
Vitalik 說:「但在這裡(指ZK Rollup)我們並不會有資料可得性問題(data availability problem),因為所有的交易(編按:即需要可得的資料)必須發布在鏈上。留意我們這裡發布的是沒有簽章的交易。」
Vitalik 進一步說明:
這代表每個在 ZK Rollup 的交易只需要發布 13 個bytes。有人知道現在在鏈上存 13 個 bytes 的 Gas 成本是多少?有人知道在以太坊交易中納入 1 個 byte 需要多少 Gas? 68。
有人知道68乘以13是多少?884。
有人知道現在發送交易需要多少 Gas?21,000。
所以這代表我們從21,000變為884。我們可以獲得這些效率的原因,其中最大的部分是因為,我們使用 ZK SNARK 而不是使用以太坊區塊鏈驗證每筆交易的簽名。我們把運算移到鏈下,ZK Rollup 傳遞者(relayer)實際進行這些運算。
他提及,今年一月底在美國史丹佛大學舉辦的 eth1.x workshop 工作坊有談到,以太坊區塊鏈上對存取資料 Gas 其實是過度收費,目前存取資料運算的 Gas 成本相較於其他類型運算的 Gas 成本其實是偏高,每個 byte 要 68 Gas 成本,而這個 Gas 費用是有可能再降低的。
他表示,在未來的以太坊網路升級中,把68這個數字再調低。
他說:
今天演講主要想要介紹的是 ZK ZK Rollup。我們想要採用原來 Rollup 的基本原理,在其中做出一個迷你版的ZK。
他指出,做出一個迷你版ZK的方法就是,通常使用者會發布一個有SNARK證明的交易,這些交易說:「我有一個狀態中某個幣的雜湊值的有效支出證明(spend certificate)。這是我產生出的新的幣雜湊值。」Vitalik的簡報上敘述,交易沒有透露它正在花費哪個幣。但是,每個支出證明只能使用一次。
他說明,這就像 Zcash 的簡單版一樣。
他說,ZK ZK Rollup 的特色是,交易總共有105 bytes,乘以 68,每個交易的 Gas 成本為 7140 Gas。每筆交易比簡單的以太坊交易更便宜,但完全保護隱私。
總的來看,原來以太坊交易花費21,000 Gas,ZK Rollup 交易花費884 Gas,ZK ZK Rollup 交易花費 7140 Gas,比 ZK Rollup 貴但有類似 Zcash 的隱私。
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Vitalik 說,之所以能夠擁有這些效率的原因是,這些系統都涉及相當大量的運算。如果你試圖在鏈上使用 Zcash,那麼其中一個交易將需要驗證SNARK,而驗證SNARK就表示大約需要500,000 Gas的消耗。
他進一步說明:
我們不要求鏈為每筆交易驗證 SNARK。
我們甚至沒有將交易的 SNARK 放上鏈。
上鏈的反而只有一個單獨的 SNARK,負責驗證每個都各自附帶 SNARK 的交易。驗證這些東西的成本,從原來所需的大約 500,000 Gas,下降到大約 7,000 Gas。
layer 2 與信標鏈
前述的應用都不需要鏈上的運算,但需要儲存資料在鏈上。接著他分享,信標鏈(beacon chain )在第一階段,分片鏈作為僅有資料不含運算的鏈(Shard chains as data-only chains),剛好可以提供每秒 2.8 MB 的資料可得(~2.8 MB/sec of data availability)。
Vitalik 演講最後提及「第二層運算」典範的優點(Benefits of the “layer 2 computation”paradigm)。他說,以太坊區塊鏈 Layer 1第一層不需要過度複雜化來優化各種屬性。例如,它不需要增加複雜性來優化區塊長度,或優化跨分片溝通時間(cross-shard communication time),優化跨分片同步訊息傳遞的支持(cross-shard synchronized messaging support),以及優化隱私。
以太坊區塊鏈第一層並不需要那麼多改變。由於第二層的方案可以隨時間升級,代表可以減少積極治理第一層的需求。不需要做以太坊 3.0 超二次分片(super-quadratic sharding),可以繼續使用信標鏈(beacon chain ),並隨著時間因技術進步而增加分片數量(shard count)。
Vitalik 最後分享:
隨著時間發展第一層可能會變得越來越難改變。
但是,如果發生這種情況那麼也沒關係,因為我們可以用這些第二層運算層做很多很酷的事情,而第二層運算層實際上已變得非常友善並且很容易使用。
Vitalik 說:「因此,如果你有資料可得性(data availability),在今天談的例子中,我們有每秒 2.8MB,已經可以從這裡構建出來非常多很酷的東西。」
Vitalik 這次3月15日晚上在臺北的主題演講,完整的錄影可觀看YouTube影片。Vitalik 17日將結束台灣的行程飛往美國紐約,下一場重量級的以太坊技術研討會活動「EDCON 2019」,今年4月8日到4月14日將在澳洲雪梨舉行。
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