技術復雜性與挑戰(zhàn)性 探索比特幣Layer2 Rollup方案
探索比特幣Layer2 Rollup方案的復雜性與挑戰(zhàn)
在比特幣的生態(tài)系統(tǒng)中，Layer2 Rollup是一種備受關注的擴容解決方案。盡管它帶來了許多潛在的優(yōu)勢，但也面臨著技術和復雜性方面的挑戰(zhàn)。本文將深入探討這些挑戰(zhàn)，并分析如何應對和克服它們。
首先，Layer2 Rollup涉及到復雜的交易處理和驗證機制。在Rollup中，交易被打包并放在鏈下，然后定期被“壓縮”到鏈上。這需要高效的數(shù)據(jù)結構和驗證方法，以確保所有交易的有效性和正確性。此外，Rollup還需要處理可能的沖突和雙花攻擊，這增加了技術的復雜性和實現(xiàn)的難度。
其次，Rollup需要大量的計算資源和存儲空間。由于交易被壓縮到鏈上，這增加了區(qū)塊的大小和驗證的復雜性。此外，為了確保安全性和去中心化，Rollup需要大量的節(jié)點參與驗證，這增加了網(wǎng)絡的運營和維護成本。
為了克服這些挑戰(zhàn)，我們需要采用一些策略和技術：
1、優(yōu)化數(shù)據(jù)結構和驗證方法：通過改進數(shù)據(jù)結構，提高Rollup的效率和可擴展性。同時，引入更有效的驗證方法，以降低沖突和雙花攻擊的風險。
2、優(yōu)化存儲和計算資源：通過采用分布式存儲和計算技術，降低Rollup對中心化存儲和計算資源的依賴。這可以通過利用云計算、邊緣計算等技術實現(xiàn)。
3、促進網(wǎng)絡去中心化：通過推廣節(jié)點參與和建立公平的激勵機制，促進Rollup網(wǎng)絡的去中心化。這將有助于降低運營和維護成本，提高網(wǎng)絡的安全性和穩(wěn)定性。
盡管比特幣Layer2 Rollup方案面臨技術和復雜性方面的挑戰(zhàn)，但通過采用適當?shù)牟呗院图夹g，我們可以克服這些挑戰(zhàn)并實現(xiàn)更好的擴容效果。這將有助于比特幣生態(tài)系統(tǒng)的長期發(fā)展，并促進區(qū)塊鏈技術的進一步創(chuàng)新和應用。
以太坊從Plasma到Validium再到主流Rollup，比特幣從側鏈到狀態(tài)通道再到客戶端驗證，Layer2本質上都在找一套兼顧安全、可擴展性、去中心化的Tradeoff方案?；诖?，我對比了ZK-Rollup和最近熱議的@BsquaredNetwork方案，從DA實現(xiàn)、可交互操作性、安全挑戰(zhàn)等技術實現(xiàn)方面，探討下比特幣layer2的差異性和復雜性。
為了更好地做同比參考，可以先模糊“定義”一組對應關系：
ETH Plasma = BTC 狀態(tài)通道；ETH Validium = BTC 側鏈；ETH Rollup = BTC 客戶端驗證。
不難看出，以太坊Plasma對應比特幣生態(tài)Lightning Network，承接了BTC的安全性性，但HTLC合約目前受限于小額支付Payment方向；以太坊Validium對應比特幣生態(tài)的側鏈，擴展性很強悍，但一套獨立的共識讓它始終不受主流認可；以太坊Rollup我傾向于對應比特幣生態(tài)的客戶端驗證，安全性、可擴展性，去中心化特性會取綜合權衡點，以太坊Rollup也正因為此成了一條主流焦點賽道。
順著以太坊ZK-Rollup的思路，我們以比特幣客戶端驗證為突破口，比特幣layer2 Rollup方案該如何構建呢？以@BsquaredNetwork為例探討下：
1）客戶端驗證部分：
在一個完整的以太坊ZK-Rollup中，鏈下環(huán)節(jié)包括Sequencer收集并batch交易，會生成ZK SNARK證明和Merkle樹等打包同步到主網(wǎng)Calldata，然后鏈下會把ZK SNARK證明經(jīng)過Prover系統(tǒng)的驗證，將最終的State diff上傳到主網(wǎng)，主網(wǎng)根據(jù)State root根再結合Calldata中的區(qū)塊數(shù)據(jù)，驗證數(shù)據(jù)的完整性和一致性，最終完成Finality狀態(tài)確認。
Bsquare的客戶端部分，主要包含Rollup layer 和DA layer兩大部分，Rollup layer的工作流程大致為：Sequencer 收集并Batch交易，先同步到去中心化存儲環(huán)境下一份，然后經(jīng)zkEVM生成Proof證明，與此同時把交易Raw data，Merkle樹以及Bitcoin state等數(shù)據(jù)匯總成Aggregator聯(lián)合Proof證明一起同步給DA layer的B²nodes。
過程中有兩個差異，一方面比特幣需要將TXs原始數(shù)據(jù)同步到去中心化存儲環(huán)境下，而zk-Rollup默認了本地環(huán)境存儲；另一方面以太坊可以直接把數(shù)據(jù)匯總同步到主網(wǎng)Call Data，但比特幣主網(wǎng)存儲量有限，驗證能力缺失，因此Bsquare將這些數(shù)據(jù)同步到了客戶端環(huán)境下的B²nodes。
2）Data Availability部分
在以太坊系統(tǒng)中，主網(wǎng)來給Rollup鏈輸出DA能力，Rollup把數(shù)據(jù)同步到Calldata的操作目的正為主網(wǎng)的DA驗證能力，鑒于比特幣主網(wǎng)不具備驗證能力，DA功能由客戶端環(huán)境下構建的DA layer來承擔。
DA layer中的B²nodes在收到這部分Rollup匯總數(shù)據(jù)后，會進行電路編譯操作，將數(shù)據(jù)壓縮后以Inscription銘文的方式上傳到比特幣主網(wǎng)。與此同時B²nodes也會運轉Prover系統(tǒng)對ZK證明進行去中心化驗證生成比特幣Commitment承諾，該承諾會連同Rollupdata等匯總數(shù)據(jù)一同去刻銘文。
這里會產生兩個疑問：
1、為何不直接用Celestia這類第三方DA而選擇自己構建，這正是比特幣生態(tài)的特殊性所決定，B²node需要配備indexer索引器對inscribe到比特幣主網(wǎng)的銘文進行去中心化解析和索引，同時生成的ZK Proof會議Commitment的形式上傳到主網(wǎng)，在刻銘文的時候還需要對數(shù)據(jù)進行Circuit電路預編譯壓縮，以確保降低對主網(wǎng)存儲空間的占用。
2、既然DA并非由主網(wǎng)提供，為何要把各類Rollup數(shù)據(jù)以銘文形式同步到主網(wǎng)，這其實是在主網(wǎng)保留一個不可篡改的交易記錄，為后續(xù)的Challenge過程提供基礎。
3）Challenge 部分
在ZK-Rollup中，主網(wǎng)Rollup合約的可通過Calldata中的打包數(shù)據(jù)和Prover上傳到主網(wǎng)的State diff二次校驗確保交易的完整性和一致性，這是主網(wǎng)具備驗證能力，ZK技術的優(yōu)勢。
然而在比特幣的Rollup環(huán)境下，由于主網(wǎng)缺乏驗證能力，ZK技術價值本質在于SNARKs數(shù)據(jù)簡潔壓縮同時確保一致性，倘若在鏈下環(huán)境的Sequencer收集交易過程中就存在數(shù)據(jù)作假，整個鏈條的數(shù)據(jù)都是假的，F(xiàn)inality狀態(tài)確認并無法拒絕作假的數(shù)據(jù)，因此要設計一套機制要對“作假”行為進行挑戰(zhàn)。
要如何做呢？大家回看我關于BitVM的文章就會知道，BitVM
是一種理論假設下可以讓比特幣實現(xiàn)圖靈完備計算的方案，只不過其預編譯電路向比特幣主網(wǎng)傳輸TXs的Taproot Tree方式過于消耗礦工費而不現(xiàn)實，如果借鑒BitVM的實現(xiàn)邏輯來進行挑戰(zhàn)機制設計就不一樣了。
挑戰(zhàn)機制會在主網(wǎng)UTXO中鎖倉BTC，一旦用戶以BitVM的形式向layer2鏈發(fā)起挑戰(zhàn)，就可以拿走提前鎖倉在比特幣主網(wǎng)的資產。而刻錄在比特幣主網(wǎng)的銘文以及公開透明的B²nodes等Raw data、Merkle樹、Commitment承諾等都會成為用戶發(fā)起挑戰(zhàn)的證據(jù)，一旦挑戰(zhàn)結果證明B²nodes中的一系列數(shù)據(jù)和主網(wǎng)銘刻的Inscription數(shù)據(jù)存在不一致問題，B²nodes的節(jié)點不僅會失去鎖在主網(wǎng)UTXO中的資產，還需要將交易回滾，重新更新索引器和歷史數(shù)據(jù)。
以上不難看出，比特幣生態(tài)的layer2 Rollup方案有相當?shù)募夹g復雜性和特殊性：比如客戶端驗證環(huán)節(jié)要基于去中心化存儲將Sequencer產生的一切數(shù)據(jù)都留底，為了確保數(shù)據(jù)可追溯；又比如DA環(huán)節(jié)要在鏈下環(huán)境構建一套去中心化數(shù)據(jù)驗證系統(tǒng)，并且通過Commitment承諾和刻錄銘文的方式來保證DA數(shù)據(jù)的一致性；又比如即使采用了ZK技術，也需要配備公開透明的挑戰(zhàn)機制以確保安全；整個過程要權衡一套去中心化、安全、可擴展性三個矛盾點得到一個公允的方案出來。
探索的雛形答案顯而易見：既然比特幣主網(wǎng)無法驗證，無法DA，那就利用銘文向主網(wǎng)刻錄受限的DA+一套基于BitVM電路的圖靈完備挑戰(zhàn)系統(tǒng)來實現(xiàn)Rollup鏈的透明性和安全性。以ZK技術+BitVM挑戰(zhàn)系統(tǒng)來彌補比特幣缺失的DA和驗證能力。
既然以太坊Rollup也還存在Rollup合約可Update的多簽合約治理隱患，也不能百分百確保安全，大家相信的其實是一套相對透明公開的合約交互機制，那現(xiàn)在做不到絕對BTC共識安全，擺在面前是一套基于BitVM的透明公開挑戰(zhàn)機制，雖然技術實現(xiàn)復雜太多，邏輯似乎也Make Sense。
比特幣Layer2這套ZK技術+客戶端驗證+DA銘刻+BitVM挑戰(zhàn)的范式若逐漸得到市場認可，你覺得會成為新一輪的比特幣layer2 Rollup標榜嗎？
以上就是技術復雜性與挑戰(zhàn)性 探索比特幣Layer2 Rollup方案的詳細內容，更多關于探索比特幣Layer2 Rollup方案的復雜性與挑戰(zhàn)的資料請關注腳本之家其它相關文章！
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