多链宇宙疯狂,OP Stack更疯狂

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前言

ETH的发展方向已经从Layer1转向了Layer2。如果我们仍然将其理解为“一键发币”的ERC-20叙事,我们可以大胆地拓展想象,一场属于“一键发链”的疯狂即将到来!凭借其无人能及的生态和居高不下的总锁仓价值(TVL),Arbitrum一直引领着Layer2之间的竞争。但这种暂时的胜利能持续多久呢?与Arbitrum Orbit(上一层的Layer3方案)不同,OP Stack则是可以一键创建Layer2的“超级链”。本文将全面解析OP Stack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”

下一轮牛市从何处开始?是从高性能的Layer1,继续堆砌的Layer3,ZK系列的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。尽管在众多公链中,以太杀手这个称号依然是不可逾越的究极目标,但在庞大的以太坊巨人中,暗藏着很多不可忽视的超级内核,其中之一便是OP Stack。

什么是OP Stack?

OP Stack是一组开源软件组件,使任何人都可以使用乐观回滚(Optimistic rollups)在以太坊之上构建自己的Layer2区块链。OP Stack的目标是将大部分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。从技术角度来看,Optimism主要体现在为用户节省大量链上费用上。OP Stack由四个主要组件组成:

  • 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相兼容;
  • 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)以及规范交易链(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的区块链开发、测试、部署、监控和调试。

超强的开放性

OP Stack将被打造为可分叉模块化扩展区块链的基础设施。为了实现这一愿景,各类Layer2需要整合成一个单一的超级链(Superchain),将原本相互孤立的Layer2集成到一个具备互操作性和组合性的系统中。启动Layer2就像今天将智能合约部署到以太坊一样简单,让叙事由“一键发币”走向“一键发链”。本质上而言,超级链是一个可横向扩展的区块链网络,与各链之间共享以太坊的安全性、通信层以及开发套件。

OP Stack设计原则

  • 效能:可以使用OP Stack构建任何东西,并一键发行区块链。
  • 简洁:利用可复用的代码和现成开发工具,以增强安全性并降低维护复杂性,提高整体门槛。
  • 可扩展:Optimism Collective将完整开源OP Stack的主要代码。

在架构上,OP Stack可自下而上分为六层,分别是数据可用层(DA Layer)、排序层(Sequencing Layer)、衍生层(Derivation Layer)、执行层(Execution Layer)、结算层(Settlement Layer)和治理层(Governance Layer)。每一层都是模块化的API组件,可以自由组合和解耦。其中,数据可用性层、执行层和结算层是OP Stack的主要工作流程。

  • 数据可用层(DA数据可用性层):作为OP Stack的原始数据来源,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数据可用性层,但未来也有更多的链加入进来。
  • 执行层:作为OP Stack中的状态构造,为EVM或其他VM提供可能性,支持在以太坊上发起的Layer2交易,并为每笔交易增加额外的Layer1数据费用,从而提高向以太坊发布交易的综合成本。
  • 结算层:作为OP Stack上Layer2交易数据的去向,确认Layer2后,将信息发送到目标区块链以完成最终结算。未来也有望接入零知识(ZK)等有效性证明机制,以打通不同链之间的隔阂。

观察到近期OP生态发展出一些带有ZK元素的项目,不妨大胆想象一下,比如某个Optimistic rollup想将自己改造成ZK rollup,只需将其欺诈证明模块换成结算层的有效性证明模块即可。如果某条链想将Celestia用于其数据可用性层,只需将以太坊换成Celestia。而要将执行层的EVM换成另一种虚拟机,则这只能是OP Stack的一个可能性。正如这种超级链局面的出现而诞生出一个热梗:“Polygon:我要做ZK Layer2的Cosmos!Optimism:我要做OP Layer2的Cosmos!Cosmos:那我是谁?”

OP Stack里的ZK元素

OP Stack是一个完全开放的架构,它让生态中出现了zkvm、zkmips、zkwasm、zkevm等元素。与“正统的ZK”相比,OP Stack里的ZK元素有所不同。这让我们不禁联想到,也许在不久的将来,OP rollup和ZK rollup会梦幻联动。

为OP实现零知识证明(ZKP)

根据最新进展,Mina团队计划采用他们自己的plonk系统 + kzg承诺 + folding算法nova,实现OP Stack上的zkmips虚拟机支持。虽然该提案仍处于早期阶段,但也是非常值得我们探索的。该项目旨在通过零知识证明(ZKP)来实现安全低延迟的跨链通信。这是一种适用于良好支持的ISA(指令集架构)的ZKP,它可以证明Optimism容错程序的行为,为任何基于OP Stack的区块链系统的证明奠定基础。

去中心化排序器的尝试

Espresso Systems在2023年7月21日宣布,他们关于构建OP Stack领导者选举的去中心化排序验证的提案已被接受,并成为OP Stack和超级链的贡献者。该项目的主要协议HotShot是一种高速共识协议,可以通过重新抵押来扩展以太坊验证者集。该项目还开发了Espresso Sequencer,与功能齐全的ZK rollup集成,特别是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下一个规范状态转换的能力。在区块链中,领导选举可以使不同的区块生产者在不同时刻生成区块。在以太坊的Gasper中,无竞争性领导选举算法是指在特定时间点只有一个已知的单位,并没有其他方式让另一个潜在单位在那个时间成为领导者。

我们很难理解不同的OP Stack链之间领导选举机制的各种二阶效应。目前而言,将领导选举作为一种机制是最受欢迎的,因为它可以使排序更具去中心化特性。然而,为了解决可能存在的去中心化排序器问题,必须小心谨慎地评估各种解决方案。

Rollup的安全性问题

以太坊的工作原理

以太坊的工作原理是,每个节点都存储并执行用户提交的每笔交易。这种高级别的安全性方式导致整个网络的成本极高,因此需要采取Rollup解决方案来扩容整个网络。简单来说,Rollup由Layer1的一组合约和Layer2的自身网络节点组成。即链上智能合约+链下聚合器。Layer2的网络节点由许多部分组成,其中排序器(Sequencer)是最重要的组件之一。它负责接收Layer2上的交易请求,决定其执行次序,并将交易序列打包成交易批次(Batch)发送给Layer1上的Rollup合约。

中心化的排序器问题

Layer2全节点需要获得排序器发布的交易序列,并与排序器保持状态同步,以确保一致性。没有信任的排序器,Layer2全节点无法验证交易的正确性。因此,排序器不仅负责将交易批次发送到Layer1的Rollup合约,还要将交易执行后的状态更新结果(StateRoot/StateDiff)传送至Layer1。Layer2全节点可以通过直接获取Layer1上Rollup的交易序列和初始StateRoot,来还原出Layer2的区块链账本,并计算出最新的StateRoot。如果Layer2全节点自己计算得到的StateRoot与排序器发布到Layer1的StateRoot不一致,就意味着排序器存在欺诈行为。

OP Stack与ZK Stack采用了不同的方式来解决排序器的欺诈问题。OP Stack依赖于Layer2内的诚实全节点提供欺诈证明(Fraud Proof),证明排序器在Layer1发布的数据是错误的。而对于没有欺诈证明的Optimism来说,若排序器运行者伪造交易指令,将Layer2的Token资产转移到自己的地址,然后通过Rollup自带的Bridge合约,将这些Token资产转移到Layer1,就能够盗取Layer2的用户资产。为解决这个问题,目前的解决方案主要依赖社区的舆论监督和OP作为官方的信用背书。

ZK Stack通过利用有效性证明(Validity Proof)解决排序器的欺诈问题。在ZK rollup网络中,存在一个专门负责为排序器发布交易批次和生成有效性证明的Prover节点。通过验证有效性证明,交易才能最终确认。在安全性方面,ZK rollup相对于Optimism更加可靠,但仍然存在一些挑战,比如延迟、速度和成本问题。

结尾:叙事走向

目前的Layer2扩容之战才刚刚开始。OP Stack和ZK Stack的出现为以太坊带来了更加强大的故事叙事。OP Stack已经得到了广泛的采用,许多明星公链都为其提供了支持,比如Coinbase、opBNB、Zora和Worldcoin等。此外,zkSync团队最近宣布推出了ZK Stack,这也被许多人认为是对OP Stack的杀手锏。在这个无硝烟的战争中,OP Stack和ZK Stack齐头并进。

尽管目前还有一些问题需要解决,比如有效性证明生成时间的减少、Danksharding方案的实施以及去中心化排序器等,但我们相信这些问题将随着技术的发展逐渐得到解决。随着时间的推移,Layer2的任何价值都可以积累到Rollup的代币中。超链和超扩展的故事叙事将继续发展,Layer2扩容之战还有很长的路要走。你对Layer2扩容的未来有何看法?