撰文：
VitalikButerin
该中文版本编译由链闻提供。
当前以太坊Layer2扩容解决方案正从理论走向实践。但与此同时，我们越来越明显的看到这些技术存在内在挑战，离成熟的以太坊扩容技术还有一定距离。
在很大程度上，以太坊是成功的，因为以太坊的开发者体验很不错：编写程序、发布程序、任何人都可以与之交互。另一方面，设计一个状态通道或Plasma应用，依赖于很多关于激励和应用特定用例开发复杂性的明确推理。状态通道适用于特定用例，例如在两个交易者或两个游戏玩家之间发生的多笔重复支付，但是更加通用的用例似乎依然存在一定难度。Plasma?可以用于支付场景，但想要实现通用用例存在一定程度的挑战：即使是部署一个去中心化交易所，也需要客户存储更多的历史数据，而且在Plasma上部署以太坊式通用智能合约似乎也非常困难。
但与此同时，一个被遗忘的「半Layer2」的协议类别再次出现了——这一类型虽然无法提升可扩展性，但能实现更加泛化和安全的模型。
在2014年发布的一篇博客文章中，我介绍了「影子链」的概念，它是一种在链上发布区块数据的架构，但在默认情况下并不会验证区块。相反，区块会被暂时接受，然后在一段时间之后才最终确认。在这两周内，临时被接受的区块可能会受到挑战，通过挑战验证区块，如果区块最终被证明是无效的，那么该区块所在的链将会被恢复，同时原始发布者的保证金会被扣除作为惩罚。合约不会追踪系统的完整状态，只会追踪状态根，用户自己也可以从头至尾处理提交给区块链的数据来计算状态。
而最近出现的一个叫做ZKRollup的提案，通过使用ZK-SNARKs验证区块的有效性，虽然没有挑战期，但是可以达到同样的效果。
上图：发布在链上的ZKRollup包剖析图。影响ZKRollup系统状态的数百笔“内部交易”被压缩成一个包，其中包含约占10个字节大小的每笔内部交易，以及用于证明相关转移过程全部有效性的SNARK，约100-300字节。
在上述情况下，主链用于验证数据可用性，但不会验证区块有效性或执行任何重要的计算。因此，这种技术在扩容上并没有什么关键优势，因为链上数据负载最终会成为瓶颈，但不可否认，它依然是一个非常重要的手段。数据比计算更便宜，而且市场上也有很多大幅压缩交易数据的方法——主要是因为交易中绝大部分数据都是签名数据，而且很多签名可通过多种形式的聚合压缩为单个签名。ZKRollup承诺每秒可以处理500笔交易，这个效率比以太坊本身提升了三十倍，这是因为它将每个交易压缩到了仅仅10个字节，交易有效性由零知识证明验证，因此不需要包含签名。另一方面，使用BLS聚合签名可以在「影子链」中实现类似的吞吐量。即将推出的伊斯坦布尔硬分叉会将数据的gas成本从每字节68个单位减少到每字节16个单位，同时还会将吞吐量提升四倍。
那么，相比于Plasma这样的链下扩容技术，像ZK/OptimisticRollup这种数据链上技有什么好处呢？
首先，ZK/OptimisticRollup无需「半可信」运营商。在ZKRollup中，因为交易有效性是通过加密证明来验证的，所以package的提交者其实没有太多办法「动坏心思」。在OptimisticRollup中，恶意提交者可以发布「坏区块」，但下一个提交者可以在发布自己的区块之前立即挑战该区块。在?ZKRollup?和?OptimisticRollup?中，会有足够多的数据会发布到链上，允许任何人计算完整的内部状态，需按顺序处理所有提交的delta即可，而且没有取消此属性的「数据扣留攻击」。也就是说，成为一个运营商可以是完全「无需许可」的，所需的保证金也仅仅是用于反垃圾邮件的目的而已。
其次，OptimisticRollup的实现更加泛化，OptimisticRollup系统中的状态转换函数可以在单个区块的gas上限中用来进行更加通用的计算。理论上，ZKRollup?也可通过相同方式实现通用计算，但实际操作中，将?ZKSNARKs?用于通用计算是非常困难的，至少到目前为止是这样。
再次，OptimisticRollup更容易构建客户端，因为它对Layer2网络基础设施的需求较少，只需扫描区块链即可完成很多工作。
不过，像?ZK/OptimisticRollup?的优势是什么呢？实际上，这是一个高度技术性的问题，也就是所谓数据可用性问题。
基本上，有两种方法可以在Layer2系统中「作弊」：第一种是将无效数据发布到区块链上，第二种是根本不发布数据。
发布无效数据其实很容易处理，因为一旦数据在链上发布，有许多方法可以确定它是否有效，并且将提交的无效数据标记为无效，提交者也会因此受到严厉的惩罚。另一方面，不可用数据相比而言会更难处理，因为即使遇到挑战也无法检测到不可用性，也无法精准确定这些未发布的数据到底是谁的错误，尤其是在数据被默认保留的情况下，仅当某些验证机制试图验证其可用性时才按需显示。这一点在「渔夫困境」中得到了说明，即在一个挑战响应游戏中，无法区分恶意提交者和恶意挑战者：
上图：渔夫困境。如果你仅在T3时刻开始观察给定的特定数据，那么就无法知道自己是在Case1还是在Case2里，因此也就不知道到底是谁的错。
通过将问题推给用户，Plasma和状态通道有效地解决了「渔夫困境」问题：如果你是一个用户，并且决定与另一个用户进行交互，假设该用户没有向你发送他们应该发布的数据，那么你就会退出，并转移到下一个交易对手/操作员。作为用户，你拥有所有以前的数据和由你签署的所有交易数据，这一事实使你可以在区块链中证明自己在Layer2协议中拥有的资产，从而安全地将这些资产带出系统。另外，你还需要有接收资产的操作证明，同时，没有其他人可以证明你把相关资产发送给其他人，那么你就获得了这笔资产。这个技术的确很优雅，但却依赖一个关键性的假设：每个状态对象都有一个逻辑「所有者」，而且在未经该所有者同意的情况下，对象状态是不能被更改的。
所以，该技术适用于基于未花费交易输出的支付交易，甚至可以用于去中心化交易所，但这种「所有者」的属性还远远不够。一些应用并没有自然所有者，即使在那些拥有所有者的应用程序中，也经常出现多个人可合法地对相关对象进行编辑。如果不引入拒绝服务攻击的可能性，就没有办法允许任意第三方退出资产，因为没有人能够证明发布者或提交者是否有过错。
此外，Plasma和状态通道还分别存在一些其他问题。对于那些还没有加入状态通道的用户，不允许进行链下交易。Plasma?要求用户用户存储大量的历史数据，当不同的资产相互交织时，这些数据会变得更大买单机制的去中心化交易所中发生的那样）。
因为数据链上计算链下（>的?Layer2?技术没有数据可用性问题，所以不存在上述弱点。ZKRollup?和?OptimisticRollup?会非常谨慎地在链上放置足够的数据，以便允许用户计算?Layer2?系统的完整状态，确保如果任何参与者消失，新的参与者可以轻而易举地顶替。Layer2?技术的唯一问题是不进行链上计算的情况下验证计算，但这其实是一个很容易解决的问题。而且，扩容会带来更大的效益：ZKRollup?中每个交易大约10个字节，通过使用BLS聚合签名，OptimisticRollup?也能达到类似的级别。理论上，每秒最高可达500次交易，而在伊斯坦布尔升级之后该指标数字可以达到每秒2000次。
但是，如果你想获得更高的可扩展性呢？
实际上，数据链上Layer2?和数据链下Layer2?协议之间存在很大的中间地带，许多混合解决方案较好地利用了两者的优势。举个简单的例子，通过在链上发布一个订单撮合映射，就可以防止部署在PlasmaCash上的去中心化交易所出现历史存储爆炸问题：
上图左：拥有一个代币的?PlasmaCash?用户需要存储的历史数据；
上图中：当拥有一个代币且该代币是通过原子交换获得时，PlasmaCash?用户需要存储的历史数据；
上图右：如果订单撮合被发布在链上，PlasmaCash?用户需要存储的历史数据；?
在去中心化交易所用例之外，为了减少用户需在?Plasma?中存储的历史数据量，则可以让?Plasma?链定期在链上发布每个用户的一些数据。我们还可以想象一个平台在某些状态有逻辑「所有者」的情况下像?Plasma?一样工作，或者在某些状态没有逻辑「所有者」的情况下，像?ZKRollup?或?OptimisticRollup?一样工作。Plasma开发人员已开始着手这些优化工作。
其实，现在有必要为?Layer2?扩容解决方案的开发者提供一个强有力的用例，让他们更愿意在链上发布每个用户的数据：这样会极大地提升开发便捷性、通用性和安全性，并减少了每个用户的负载。这么做也会提升效率，即使在完全链下的?Layer2?架构中，用户在不同交易对手方和提供商之间存、取款和转账也将是不可避免且经常发生的，因此，会产生大量的用户数据。显然，混合路由为实现在准?Layer2?架构内部快速部署完全通用的以太坊式智能合约打开了一扇门。
撰文：VitalikButerin
编译：链闻
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