多链宇宙和OP Stack的疯狂

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OP Stack:一键发起Layer2的超级链宇宙

OP Stack

前言

以太坊的发展方向已经从Layer1转向了Layer2。如果将以前的叙事理解为“一键发币”的ERC-20叙事的话,那么现在的叙事则是“一键发链”的疯狂。在当前拥有庞大生态和巨大TVL的基础上,Arbitrum一直领导着Layer2之间的竞争。然而,这种暂时的胜利能够持续很久吗?与Arbitrum Orbit这样的Layer3方案不同,OP Stack是一种可以一键创建Layer2的“超级链”。本文将全面解析OP Stack的架构、OP中的ZK元素以及Rollup的安全性问题。

OP Stack 开启“超级链宇宙”

OP Stack架构

来看一下新一轮牛市从何开始?是从高性能的Layer1,继续堆高的Layer3,ZK的Layer2,还是OP Stack的超级链?这是一个非常有趣且值得深思的问题。我们知道,致力于成为“以太杀手”的目标仍然是任何公链都无法逾越的究极目标,然而在这个庞大的银河系里,有一个不可忽视的超级内核存在,就是:OP Stack。

什么是OP Stack?

OP Stack是一个开源软件组件集合,它使任何人都可以在以太坊上使用乐观扩张构建自己的Layer2区块链。它将大部分的计算和存储移至链外,并依赖以太坊来确保安全性和最终性。在技术层面上,Op Stack主要节省了用户大量的链上费用。OP Stack由以下四个主要组件组成:

  • 主网:OP Mainnet是一个廉价且快速的以太坊Layer2网络,与以太坊虚拟机EVM兼容。
  • 合约:实现OP Stack核心逻辑和功能的智能合约,包括状态转换系统(STS)、欺诈证明者(FP)、状态承诺链(SCC)和规范交易链(CTC)。
  • 服务:提供Layer1和Layer2之间的数据可用性、数据同步和通信服务。
  • 工具:促进基于OP Stack的区块链的开发、测试、部署、监控和调试。

OP Stack将成为超级链背后统一的模块化开发堆栈,各个链可相互链接、可通信。OP Stack的设计可以将各个独立的Layer2整合成一个单一的超级链(Superchain),从而实现链与链之间的互通和组合。通过OP Stack,启动Layer2的过程就像今天将智能合约部署到以太坊一样简单,让叙事从“一键发币”走向“一键发链”。从本质上说,超级链是一个可横向扩展的区块链网络,与各条链共享以太坊的安全性、通信层和开发套件。

OP Stack 设计原则

为了实现更好的效能、简洁和可扩展性,OP Stack遵循以下设计原则:

  • 效能:通过OP Stack可以一键构建任何东西,并发行一个区块链。
  • 简洁:利用可复用的代码和现成的开发套件,增强安全性并降低维护复杂性,降低门槛。
  • 可扩展:Optimism Collective将会完整开源OP Stack的主要代码。

在架构上,OP Stack被分为六个层级:DA数据可用层、排序层、衍生层、执行层、结算层和治理层。OP Stack的每个层级都是可互换的组成部分,可以按需进行组合和解耦。

  • DA数据可用性层:作为OP Stack的原始数据来源,它可以使用单个或多个数据可用性模块来获取输入数据。目前以太坊是最主要的DA层,但未来还会有更多的链加入。
  • 排序层:OP Stack中的排序器,根据Layer2上的交易请求决定交易的执行顺序,并将交易序列打包成批次(Batch),最终发送到Layer1上的Rollup合约。
  • 衍生层:OP Stack的状态结构,为EVM或其他虚拟机提供可能性,并增加对在以太坊上发起的Layer2交易的支持。但同时,这也会为在以太坊上发布交易增加额外的Layer1数据费用。
  • 执行层:OP Stack上Layer2交易数据的去处,待Layer2确认后将信息发送到目标区块链,最终结算。未来有望接入ZK等有效性证明机制,以打通不同链之间的隔阂,甚至可以链接OP系Layer2和ZK系Layer2之间的孤岛。

最近,我们观察到OP生态中出现了一些带有ZK元素的项目。我们可以大胆想象一下,某个Optimistic Rollup想要将自己改造成ZK Rollup,只需要将它的欺诈证明模块替换为结算层的有效性证明模块即可。如果某条链想要将Celestia用于其数据可用性层,也可以轻松实现,只需要将以太坊替换为Celestia即可。这种设计使得开发人员可以更容易地抽象出区块链的不同组成部分,并通过插入不同的模块来修改它。

OP Stack里的ZK元素

OP Stack的ZK元素

OP Stack是一个完全开放的架构,它可让生态中出现zkvm、zkmips、zkwasm、zkevm等组件。与传统的ZK技术相比,OP Stack中也涌现出一些不同的ZK元素。由此想象,也许不久的将来,OP Rollup和ZK Rollup会谱写出一段梦幻般的联动。

为OP实现零知识证明(ZKP)

根据最新的进展,Mina团队计划采用他们自己的plonk系统和kzg承诺以及folding算法nova来实现OP Stack上的zkmips vm。虽然这仅仅是一个最新的提案,其中也存在许多不成熟的地方,但这也是一个值得我们探索的领域。该项目的使命是通过零知识证明(ZKP)实现Layer2和Layer1以及OP各个链之间的安全低延迟的跨链通信。该 ZKP 系统专为支持乐观主义容错程序的行为而设计,为任何基于OP Stack的区块链系统提供了一个可信的证明。

去中心化排序器的尝试

Espresso Systems于2023年7月21日宣布,他们关于构建OP Stack领导选举的去中心化排序验证的提案已被采纳,并成为OP Stack和Superchain的贡献者。该项目的主要协议HotShot是一种高速的共识协议,它可以利用重新抵押使以太坊验证者能够参与该协议,并旨在实现与以太坊验证器集相同的规模。该项目还开发了Espresso Sequencer,该软件与功能完备的ZK rollup有所整合,尤其是Polygon zkEVM的分支。

领导选举是指在分布式系统中使用不同的领导者负责创建下一个规范状态转换的能力。在区块链中,领导选举可以让不同的区块生产者在不同的时间产生区块,同时领导选举算法可以是竞争性的也可以是无竞争性的。

我们在理解不同的OP Stack链之间领导选举机制的各种二阶效应时可能会感到困惑。截至目前,将领导选举作为一种机制是最受欢迎的选择,因为它可以使排序更加去中心化。当然需要注意的是,去中心化排序器问题的解决并不能绝对保证排序器的去中心化,所以在考虑去中心化排序器问题时需要额外谨慎。

Rollup们真的安全嘛?

以太坊的工作原理是每个节点都存储和执行用户提交的每笔交易,这种高级别的安全确保了整个网络的安全性,但也导致了整个网络的高昂成本。因此,我们采取了Rollup解决方案来提高整个网络的扩容能力。简单来说,Rollup就是Layer1的一组合约加上Layer2的自身网络节点。也就是说,Layer1上的智能合约加上链下的聚合器,将结算、共识和数据可用性都依赖于以太坊,自身只负责执行Rollup。

Layer2的网络节点由多个部分组成,其中排序器(Sequencer)是最重要的组件。排序器负责接收Layer2上的交易请求,并决定它们的执行顺序,然后将交易序列打包成批次(Batch),最终传送给Layer1上的Rollup项目合约。在开始下文之前,一个重要的事实需要明确:目前以太坊上所有Layer2 Rollup的排序器都是中心化的。

中心化的排序器问题是Layer2所面临的一个难题。Layer2全节点不仅需要获取交易序列,还需要与排序器同步账本状态,以确保一致性。因此,排序器不仅要将交易批次发送到Layer1上的Rollup合约,还要将交易执行后的状态更新结果传送到Layer1。排序器的工作是批量处理交易并将其发布到Layer1的智能合约。

对于Layer2全节点来说,只要获取到Layer1上Rollup的交易序列和初始的StateRoot,就可以恢复出Layer2的账本,并计算出最新的StateRoot。如果Layer2全节点自己计算出的StateRoot与排序器发布的StateRoot不一致,就说明排序器存在欺诈行为。因此,相比Layer2自身的网络,Layer1更加去中心化、无需信任(Trustless)和更安全。

那么问题来了,Layer2能否伪造一些不存在的交易,比如将Layer2的Token资产转移到排序器的运行者地址,再将这些Token资产转移到Layer1上,从而盗取用户资产?答案是:完全可以!所以在面对排序器可能存在的欺诈风险时,不同类型的Rollup采取了不同的应对措施。

以Optimistic Rollup为例,它允许Layer2全节点提供欺诈证明,证明排序器在Layer1发布的数据是错误的。但对于没有欺诈证明的Optimism Rollup来说,如果它想通过排序器来盗取Layer2用户的资产,只需让排序器的运行者伪造交易指令,并将其他用户在Layer2的资产转移到自己的地址,最后通过Rollup自带的Bridge合约将盗来的币转移到Layer1。

为了解决这个问题,目前的解决方案一是依靠社区成员和社交媒体等舆论监督,形成所谓的“共识”;二是依靠官方的信任背书。所以从理论上来说,OP Rollup的安全性至少依赖于一个能够发布欺诈证明的诚实Layer2全节点,正如上文“OP Stack 和 ZK Stack的区别”一节提到的:OP Stack是多链单选择。

那么,ZK rollup如何应对该问题呢?ZK rollup在解决排序器欺诈问题时除了依赖Layer2全节点外,还利用了Validity Proof(有效性证明)。ZK rollup的官方桥梁只允许通过有效性证明验证的提款交易执行。这使得ZK rollup在安全性方面相对于Optimism更加可靠。正如上文“OP Stack 和 ZK Stack的区别”一节中提到的:ZK Stack是多链多选择。

通过技术进一步解决社区现存问题,例如降低有效性证明的生成时间、开发欺诈证明系统以及以太坊Danksharding方案可降低Rollup的数据成本,去中心化排序器难题也在解决中,目前尚不能满足所有需求,但是这是目前最优的解决方案。与其他公链相比,以太坊发展多年,其安全性是最值得信赖的。

ZK rollup还需要解决的问题包括Layer2节点向Layer1发布数据的延迟、生成有效性证明的速度较慢、降低整体成本以及市场不活跃时的排序器延迟问题。当前的解决方案是通过模块化来提供有效的解决方案,模块化等于更大的定制化。目前存在以下五种主要的模块化方式:

  • Single Sequencer & POA Based rollup
  • DVT x Sequencer
  • Shared Sequencer
  • Bootstrap a New Sequencer Set

我们相信以上问题将会在不久的将来通过技术得以解决。比如,降低有效性证明的生成时间,Optimism已承诺即将发布欺诈证明系统;以太坊的Danksharding方案将显著降低Rollup的数据成本;去中心化排序器难题也将得到解决。共同努力为上述问题提供有效的解决方案。

结尾:叙事走向

Polygon、Optimism和Cosmos

超链和超扩展一直是大家特别关注的区块链扩展方向。尽管目前各个项目仍处于早期发展阶段,但它们都为以太坊带来了更强大的叙事。现在我们已经看到OP Stack广受采用,包括Coinbase、opBNB、Zora、Worldcoin等名列前茅的公链都为OP Stack提供了良好的背书。最近,zkSync宣布推出用于构建定制ZK rollup的模块化开源框架ZK Stack,这也被许多人认为是zkSync团队在对抗OP Stack的杀手锏。

OP Stack和ZK Stack之间的竞争早已展开。无论是多链单选择的OP Stack还是多链多选择的ZK Stack,每个地方都在累积Layer2的价值,因此,Layer2扩容竞争才刚刚开始。对于这场没有硝烟的战争,你是如何看待的呢?

参考文献