撰文：Arkreen
翻译：白话区块链
比特币通过区块链技术的创新成功解决了在去中心化领域实现共识的挑战。随后，工程师们开始努力解决增强可扩展性的复杂任务，这是一项艰巨的挑战，因为可扩展性、安全性和去中心化之间存在固有冲突，这种困境通常被称为区块链三难题。可扩展性困境已被证明是阻碍区块链广泛应用的主要障碍。在确保安全性和去中心化这两个对于区块链完整性至关重要的方面之间取得平衡，构成了一个持续的挑战。如果不能保持这种微妙的平衡，区块链就有可能变得类似于中心化系统。此外，低可扩展性也会增加使用区块链的成本。因此，尽管具有潜力，但区块链的大规模应用在近年来受到了阻碍。
1、模块化区块链是什么？
近年来，工程师们一直在努力解决区块链三难题所带来的挑战，现在已经找到了一个可行的解决方案：模块化区块链。这种创新方法涉及将区块链划分为不同的模块和层，每一层专门处理特定的需求。通常，安全性和去中心化优先考虑在第一层（L1），而可扩展性则在第二层（L2）得到解决。
从概念上讲，L1 和 L2 可以被看作是相互连接但又不同的区块链。L1 负责确保 L2 的安全性和去中心化，所以节点状态在 L1 上解决。L1 主要执行交易并存储状态，本质上是作为骨干运作。值得注意的是，即使在所有 L2 节点离线的情况下，社区也可以通过存储在 L1 上的信息来恢复 L2，从而增强了这种模块化区块链解决方案的弹性。
在典型的模块化区块链中，关键模块驱动功能：
1）共识：这个模块至关重要，它决定了要包含在区块链中的交易，并建立它们的顺序。
2）执行：负责执行交易并获取后状态。
3）结算：决定共识状态。设计用于决定共识状态的这个模块，在状态发生分歧时介入，促进解决。
4）数据可用性（DA）：确保社区内对交易历史的普遍访问，这个模块对结算程序和区块链恢复工作至关重要。
2、Layer2（L2）是什么，以及以太坊为何需要它？
Layer2（L2）是区块链技术中的一个概念，指的是构建在主要区块链（通常是第一层，或 L1）之上的协议和解决方案，以提高可扩展性和效率。作为领先的区块链平台之一，以太坊需要 Layer 2 解决方案来解决其可扩展性限制和高交易费用问题。
以下是以太坊需要 Layer 2 的原因：
1）任务一：澄清交易细节和顺序
随着以太坊网络的增长，交易数量增加，导致拥堵和更高的费用。 Layer 2 解决方案可以通过在主要以太坊链之外处理交易来缓解这一问题。然后，这些交易被捆绑在一起，并定期在主链上结算，从而减少了拥堵和燃气费，同时仍然保持安全性。
2）任务二：传达交易执行后的最新状态，并且是否有一种验证其准确性的方法
在 Layer 2 上执行交易后，以太坊需要一种机制将最新状态传达回主链（Layer 1）。这通常涉及使用加密证明或承诺，以确保状态转换是有效且可验证的。验证机制，如欺诈证明或 zk-rollups，有助于在不影响安全性的情况下确认交易的准确性。
3）任务三：是否有指定的机制来促进跨链调用
为了让以太坊与其他区块链或 Layer 2 解决方案无缝交互，需要一种指定的机制来促进跨链调用。互操作性协议，如桥梁或跨链通信标准，使资产和数据能够在不同链之间安全高效地流动，从而扩展了以太坊的功能和生态系统。
总之，Layer 2 解决方案对于以太坊来说至关重要，可以解决可扩展性挑战，提高交易吞吐量，降低费用，同时保持与其他区块链的互操作性和安全性。
3、探索 Rollups 如何完成这三个任务
Rollup 被称为 L2；让我们看看它是如何工作以完成上述三个任务的。
1）任务一：数据可用性（DA）
首先，通过向 Layer-2（L2）网络发送指定数量的 ETH 来启动流程，以支付燃气费用。通过 L1->L2 跨链桥接器执行此步骤，称为「存款」。通常，L2 网络也将运行 L1 节点；只需等待包含存款交易的 L1 块的最终确认；一旦确认，存款将被安全地保留。
接下来，向 L2 序列器发送交易。L2 序列器节点将高效地管理这些交易。将其视为标准的区块链过程：序列器构建包含交易的区块，执行这些区块，并维护链的最新状态。通常，每隔两分钟或收集到足够数量的交易时，L2 序列器将压缩交易并安全地将它们提交到 L1 链。这种战略性的方法确保了 L1 完全了解 L2 交易及其特定顺序。完成任务一后，我们将整个过程称为「数据可用性（DA）」。
2）任务二：乐观 (OP) 和零知识 (ZK)Rollups
现在，L1 和 L2 节点都可以看到 L2 序列器执行的交易。这些交易经过了显著的压缩，仅存储在 calldata 中，导致最小的燃气成本。其他 L2 节点更喜欢从 L1 作为可信来源获取 DA（数据可用性）数据，而不是依赖于 L2 点对点网络，尽管它们也从 L2 接收到区块（虽然并不完全信任它）。通常，例如每小时，L2 序列器节点将 L2 状态的 Merkle 根提交到 L1 RollUp 合约。此操作确保了 L1 与 L2 的最新状态同步。但是，在此时，L1 并不自动信任这些信息。L2 采用了两种方法，OP 和 ZK，来说服 L1 其准确性——这些细节将稍后讨论。完成任务二后，让我们欢呼一声！
3）任务三：从 Layer 2 提款
一旦您在 L2 上完成了活动，并决定将您的 ETH 取回到 L1，这个过程称为「提款」。虽然它可能类似于其他场景中的跨链操作，但关键区别在于提款起源于 L2，导致其安全保障与其他跨链操作有所不同。在 L1 侧，必须谨慎处理提款操作。由于它起源于 L1 之外的外部世界，启动此操作会触发 L1 交易（例如，转移 Token）。如果此交易执行不正确，可能会导致 L1 状态的变更。
提款过程包括以下步骤：
1）在 L2 上启动提款交易，类似于其他跨链场景。
2）等待交易被滚动到 L1，涵盖数据可用性（DA）和状态。使用 OP 或 ZK 方法验证状态的准确性。
3）在 L1 上执行提款交易，类似于其他跨链场景。
4、OP 和 ZK Rollups
让我们深入了解 OP 和 ZK，以了解 L2 如何确保提交给 L1 的状态的准确性，这是 Rollups 安全性的基础。
OP 代表乐观。L1 乐观地假设 L2 序列器节点是真实的，但并不盲目信任它。它启动一个挑战窗口，通常持续七天。在挑战窗口内，任何 L2 节点都可以挑战所述根的正确性。挑战的交易然后在 L1 上重播，以确定序列器节点和挑战节点之间的正确性。成功的挑战会导致序列器节点受到惩罚，挑战者在 L1 上收到抵押的资金。状态根据正确值进行调整，但请注意，只修改状态根，而不是交易列表。
在典型的设置中，L2 DApp 运营商管理自己的 L2 节点，为潜在的挑战者打开了大门。从挑战的角度来看，如果序列器节点提供不准确的信息，成功的挑战可能会导致从 L1 上由序列器节点抵押的资金中获得显著的奖励。因此，在发生不正确状态时发起挑战是至关重要的。相反，从序列器节点的角度来看，如果它提交了错误的状态根，那么挑战是不可避免的，导致处罚，在 L1 上失去抵押的资金，并且不正确的状态根被还原。这样可以避免提交不准确的状态根，确保乐观解决方案的安全运行。
然而，OP 解决方案有一个缺点：7 天的挑战窗口。这意味着，如果您计划通过官方 OP 桥将 Token 提取到 L1，则必须在在 L2 上启动提取操作后等待 7 天。然而，对于提取可互换 Token（例如 ERC20Token）的用户，使用第三方 DApp 可以以最低成本加速该过程。
另一方面，ZK，即零知识，依赖于一种称为零知识证明的密码算法。序列器节点在 L2 上运行 zk-EVM，生成一个 ZK 证明，验证应用一组交易后 L2 状态从预状态到后状态的转换。这个证明可以在 L1 合约中进行验证，确保 L1 可以信任状态转换的正确性。生成 ZK 证明可能是具有挑战性的，需要几个小时。然而，验证过程很简单，只涉及在 EVM 上进行的简单交易。与 OP 相比，使用 ZK 的提取延迟通常以小时计，提供了一种更有效的选择。此外，通过更强大的计算机，延迟可以进一步缩短。
仔细研究 OP 和 ZK，显然两者都可以扩展 L1，只需在 L1 上的交易中信任，并消除对 L2 中任何内容的信任的需要。在考虑由 L1 和 L2 组成的 RollUp 系统时，安全性和去中心化与 L1 密切对齐，而可扩展性则延伸到 L1 和 L2 的综合潜力。将多个 L2 滚动到同一个 L1 上显著扩展了可扩展性。
ZK-Rollups 将交易打包成批次，Chainlink
5、开创大规模采用：Rollups 在 DePIN 实用性中的作用
通常，利用 Rollup 允许以太坊的 TPS 达到数千。然而，当前的瓶颈是数据可用性（DA）。尽管在将它们提交到 L1 之前有效地压缩了 L2 交易，但随着交易数量的增加，gas 成本也在上升。另一种方法是将交易提交到第三方去中心化存储服务，从而在 L1 区块中实现大量的燃气节省。这与其他解决方案结合起来，可能提供近乎无限的可扩展性。然而，这也伴随着一些权衡，因为必须考虑第三方去中心化存储服务对系统安全的影响。总之，区块链可以在保持安全和去中心化的同时实现巨大的可扩展性。区块链三难题被解决了。这一突破为大规模采用打开了潜力。因此，Rollup 成为 DePIN 实用性广泛采用的关键里程碑。
DePIN，即去中心化物理基础设施网络，利用区块链奖励来促进物理基础设施网络的发展。以 Arkreen 为例；它利用区块链奖励激励个人为构建清洁能源网络做出贡献。在这种情况下，矿工建造太阳能系统，收集发电数据，并将其提交到 Arkreen 网络。Arkreen 网络将识别和筛选出诚实和有价值的数据，并根据数据向矿工提供 Token 奖励。Arkreen 网络以去中心化的方式运行，目前拥有超过 12000 名矿工，并预计在不久的将来将增长到数百万。因此，它需要一个高度可扩展的区块链基础设施来容纳这个庞大的矿工群体。在过去，实现这种级别的可扩展性在技术和经济上都是具有挑战性的。然而，借助模块化区块链（如 Rollups）引入的可扩展性的支持，这变得可行了。
设想在模块化区块链（例如 Rollup）上构建的 DePIN 项目可以以最低成本实现高度可扩展性，同时仍然受益于像以太坊这样的基础区块链的安全性和去中心化性。DePIN 项目发行的 Token 称为 RWA（真实世界资产），其价值源于真实资产。这些具有链上流动性的资产为矿工产生资金，激励他们为 DePIN 网络的增长做出贡献，从而创造一个价值轮。多个 DePIN 项目可以在现实世界中合作，并在链上形成一个 DePIN 生态系统，进一步增加 DePIN 的价值。多个 DePIN 项目在现实世界中的合作建立了链上的 DePIN 生态系统，从而增强了总体价值。这种合作的方式使区块链能够为现实世界经济服务，促进了区块链领域的新增长。
6、总结
模块化区块链（例如 Rollup）有效地解决了区块链三难题，提供了提升的可扩展性，并为广泛采用铺平了道路。在 DePIN 项目的背景下，对高性能和成本效益区块链服务的需求在模块化区块链中找到了合适的解决方案。在模块化区块链的支持下，DePIN 项目有望获得巨大的价值。
