观点 | 以太坊扩展解决方案和权衡

Ajian   |     |   1874 次阅读

编者注:原文写作于 2018 年 2 月。

-来自 Simone HutschUnsplash -

2018年是以太坊的扩展年,这里有一些解决方案以及相应的权衡。

首先,如果您对各种虽然深入但容易理解的扩展技术感兴趣,请阅读 Josh Stark 关于第2层扩展解决方案的内容(编者注:中译本见文末超链接)。

我也会在这里介绍/总结它们,但您应该大致了解交易分片、状态分片、状态通道(支付通道是其子集版本)、Plasma 和 Truebit。


太长不看版:第 2 层还没有来,并且再等 6-12 个月也不会。我们 现在 可以做的最好的事情是修复区块链网络的用户体验,即“信任但验证”积极的状态转换

在 XLNT 我们正在与 gnarly 一起解决这个问题。 欢迎来到 XLNT.chat 的 #gnarly 频道进行讨论。

首先,从哪儿开始扩展?

我们已经理解了第一层,第二层和第 n 层扩展解决方案的概念。

第一层解决方案是核心协议级别扩展,如各种分片方法,它们必须是共识协议的一部分才能正常运行。

第二层协议差了一个维度,它通过利用第一层协议(如以太坊)进行操作,并允许用户在客观上没有第一层安全的环境中进行交易,但其安全性由第一层解决方案支持。例如,如果状态通道中存在欺诈,则用户可以提交由第一层网络验证的欺诈证明。同样在 Truebit 中,如果对解算器(solver)提出的链下计算解决方案存在分歧,那么质疑者可以通过在以太坊上玩验证游戏“将解算器带到法庭上”。 在乐观的情况下,我们使用可以被整体信任的网络子集来计算信息,即便悲观的情况下,我们已经恢复到第一层共识的安全性,最终仍然能得到一个正确的答案。

第 n 层解决方案是我们创建的这些想法的延伸,例如,从以太坊分支的 Plasma 链,我们可以创建更多的 Plasma 链,将第一个 Plasma 链作为基链。如果 n 级 Plasma 链被驱逐,它可以恢复到其根链的安全性,如果根链也受到攻击,它 可以恢复到 其基链 的安全性,如此一直回溯到以太坊主链。

第一层和第 n 层解决方案之间的区别在于提供的不同安全属性。最佳解决方案是第一层,因为它可以保证(在矿工看来)所有状态转移的安全性,而不会有任何妥协。也就是说,你的所有内容都将在此安全环境中计算,因此你的状态转换会相对区块确定性的失败或成功(因为你的状态转换是共识机制的一部分)。

而对于第二层解决方案来说,由于状态转移不是第一层区块链的共识机制的核心,因此第二层方案依赖于其它的安全保证。例如,第二层 Plasma 链可以在权益证明或权威证明下运行,在此环境中以牺牲部分安全性为代价允许更高的交易吞吐量。

第二层解决方案的主要优势在于,一旦我们确定可以回退到较低层级的安全环境,攻击就会变得不合逻辑,我们将看到唯一的攻击类型是来自具有恶意,但不理性的攻击

第二层解决方案的主要缺点是,当发生攻击或欺诈时,恢复到主链安全性的过程代价非常高,并且通常用户体验非常差。例如,在 Truebit 中,因为要花 O(log(n)) 步来定位解算器的错误,因此就要在 O(log(n)) 个以太坊区块之后才能揭晓。每步 15 秒,意味着在最坏情况下可能需要花费 数小时和数千美元 来挑战解算器。通常来说,攻击第 n 层解决方案代价非常高,但恶意用户可能会愿意支付该成本以破坏网络。同样,许多第二层解决方案依赖于经济上的安全性,这种安全性基于“花钱来攻击系统不划算”的想法,但如果其中的经济要素没有得到完美模拟,这肯定会是一个缺点。

其次,你要扩展什么?

“扩展”涵盖了很多方面,分布式区块链的不同方面都可以扩展,每个方面都需要不同的技术、架构和权衡。

事务(Transaction)扩展

一种主流的方法是事务分片,比如 Zilliqa。通过并行执行交易,允许更高的吞吐量。值得注意的是,这种技术并没有像许多 Casper 实现那样尝试分割区块链的状态。据我所知没有一个成功实现事务分片的生产环境网络。

区块链空间扩展

这会使区块链变得非常大。如下图所示。

-来源:https://twitter.com/alistairmilne/status/963098653668904963 -

数据非常大。Casper 及其变种试图对区块链的状态进行分片,因此独立的节点可以是完全的(full)、验证节点(validating node),且无需存储臃肿的状态。

还原状态转换扩展

状态通道

假设我们有某种状态,如两个不同用户的余额,经历了许多频繁的小变化。如果我们可以完全在链下协商并且快速交易,然后只有在各方满意时才提交最终状态,那就很酷了。这就是状态通道(针对支付的用例被称为“支付通道”)。

状态通道的主要缺点是,它要求你与所有想要进行状态转换的人“打开一个通道”。 因此,如果我想付钱给你,我必须开一个状态通道,这需要质押金钱(还是加密经济安全性),然后关闭通道(成本还更高)。在简单的情况下,额外工作并没有提供任何好处,但它确实提高了效率,将多个状态转换压缩到单个状态转换,可以支持小额支付或点对点游戏逻辑。你也可以像雷电或闪电网络那样通过中间人使用状态通道,这可能会缓解大部分不利因素。

一般而言,状态转换具有最终确定性,但该确定性是以“质疑期(Challenge period)”为代价的(仅在单边退出的情况下)。质疑期让一位参与者有时间窗口提交另一位参与者的欺诈证明,从而使双方提议的状态变化无效。从用户体验的角度来看,这个质疑期非常烦人,因为要渡过质疑期,状态通道关闭的最终状态才能实际使用

闪电和雷电网络正在开发针对支付的通道。 Counterfactual 正致力于以太坊的通用状态通道实施。 观看他们最近在 ETHDenver 2018上的演讲,了解一些很棒的信息。

https://www.youtube.com/watch?v=kZH_ty82jKY&feature=youtu.be

状态通道还没有完成,周期可能要 6-12 个月,因为整个生态系统并没有意识到这些东西实现起来比听起来更难。

Plasma

从比较抽象的角度看,Plasma 是区块链的经典实现,当需要更高级别的安全性时,它能够在攻击的情况下以“基链”的视角重放其状态转换(主要的就是如果 Plasma 链发布了无效的状态转换)。它允许不同的参与者加入和离开 Plasma 区块链,这意味着它对于多方通信更合理。它与状态通道有类似的缺点,因为基础链的逐出过程需要大量计算与时间,会极大地破坏网络以及用户的网络体验。

理想情况下,一旦我们证明驱逐有效,理性的恶意参与者就不会发动攻击,但恶意用户仍然可以攻击网络。由于防御机制,这种攻击因为成本太高而不可行,但该防御机制也增加了普通用户的使用负担。L4 的文章中还包含许多其他攻击面和缓解措施。

Plasma 的主要缺点是它还需要一个“挑战期”来敲定由 Plasma 区块链管理的状态,但是,因为它设计的时候考虑多方,状态转换要在挑战期结束之后才能最终确定,导致额外的不确定性。

从开发时间上来说,Plasma 要花的时间远远超过状态通道,并且实际上在接下来的 10-16个月内都不能用于生产。OmiseGo 以及以太坊基金会是 Plasma 的管理者,并正在开发它以用于去中心化交易协议。还提出了“最小可行 Plasma”,一些团队正在研究它,但时间表尚不确定。

通用计算扩展

Truebit 扩展了交易的“大小”,因为它允许部分计算由网络的一个非常小的子集完成,但这是由于全网都信任协议的加密经济属性。这主要适用于非常昂贵的交易,例如工作量证明的验证,概率视频编码验证,Bulletproof 验证, Plasma 状态转换验证等。

与 Plasma 类似,Truebit 可以回退到根链的安全环境,允许它乐观地离线执行通用计算,但在链上验证结果。这个过程既缓慢又昂贵,并且与之前的第二层解决方案具有相同的缺点。

修复第一层的体验,如何?

扩展分布式区块链网络非常困难(正如我们在过去 2 年时间看到的那样,扩展是一个热门话题)。我们现在可以实现的修复,只是提供比现有第一层解决方案更好的体验。这是 gnarly 的目标,它提供了用于面向用户的应用程序的积极状态转换。

您可以通过下面的链接详细了解 gnarly 的技术细节,但我们将主要讨论它为创建面向用户的应用程序提供的属性。

https://medium.com/xlnt-art/solving-severe-asynchronicity-with-gnarly-51f5310e5543

Gnarly:

  • 启用声明式、响应式客户端,
  • 具有置信区间的“即时”更新,即积极状态转换,
  • 积极的 UI 模式,即时因应预期的变化,但一旦获得可信来源响应就会恢复内容,客户端只需要知道 当前 状态是正确的,并且具有适当的信心以便开展业务,
  • 友好的错误管理意味着(i)开发人员获得合理的错误环境,且(ii)消费者获得有关错误的解释
  • 友好的错误管理允许任何人知道(i)发生的事情和(ii)发生的原因以及(iii)该错误如何影响他们的行为,
  • 支持从任意块重放到(i)引导稳定状态和(ii)在失败后恢复,
  • 默认输出是针对 graphql 消费者客户端的

gnarly 方法的主要优点是用户可以获得状态转换的即时更新。他们不必担心交易,他们不需要停止手上的事情来等待确认,他们可以立即对新信息进行操作,并且通常只需使用app。

(也不需要在计算机科学和协议设计方面有什么突破😜)

Gnarly 方法的主要缺点是 太乐观。 Gnarly 无法在交易提交给网络时知道交易是否会被最终确定。 充其量,它可以模拟其对该交易成功的信心,并将该信息传达给用户。 任何依赖于某个先前状态的未来交易也必须等到该状态最终确定,以太坊中的排队交易并没有应有的那么容易,并且可能会产生串联式故障,从而导致可怕的用户体验。 例如,如果用户将游戏中的物品交易给另一方,他们将立即看到他们的帐户多了一些钱、且该物品从他们的帐户中移除,但是与一般情形无二,在状态转换完成前,他们还无法使用这些钱。

好了,这就是我理解的关于以太坊的扩展各种情况。

请点击👏给我加分。也可以在 twitter/mattgcondon 上关注我,有很多烧脑好玩的东西,有关加密的一些梗,还有一些恶搞。


原文链接: https://medium.com/xlnt-art/ethereum-scaling-solutions-and-tradeoffs-5713b3a7223b
作者: Matt Condon
翻译&校对: Pony 小马 & Elisa

本文由作者授权 EthFans 翻译及再出版。


你可能还会喜欢:

干货 | 理解以太坊的第 2 层扩展方案
引介 | 探讨以太坊的短期扩展解决方案
干货 | 温和的加密货币大师:尼克·萨博,Part-2

 
0 人喜欢