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编者注：本文为 EthWorks 撰写的一份对于零学问解释和区块链扩展有谋划关联的呈报；对可扩展性问题、零学问解释和 ZK rollup 扩展有谋划齐作念了圣洁的先容。本译稿的校对得到了安比实验室的放荡复旧，他们对原呈报解释不及及有所苟且的所在作念了越过多的讲明（后文括号以 “安比按” 来源的文段即他们补充的内容）。在此对他们致以诚笃的谢忱。 1. 小序 1.1 可扩展性问题 你可能照旧很了解区块链的历史了（但我如故多妄言一下）。2017 年，比特币出手登上主流媒体的头版头条，激起了前所未有的关切，全球东谈主民齐看到了该时间所濒临的挑战。跟着比特币日趋流行，比特币走动亦巨额发生，收集拥挤达到了前所未有的进程。走动手续费的暴涨使得比特币转账变得脱离本体。最近，以太坊也显清楚了通常的问题。比较低峰时期，以太坊上的矿工费（Gas Fee）照旧增长了 30 至 50 倍。

所有这些表象反应出的问题是所有这个词社区早就心知肚明的：比特币区块链的开动想象并不符合大领域普及。由于比特币每秒的最大走动处理量只好数笔，远远比不上 Visa 或 PayPal 等主流支付收集。咱们频繁将这个局限性称为区块链可扩展性问题。

在最近一次的训练中，利物浦的球星萨拉赫突然发生了意外，不慎受伤。据悉，这一幕是由于他在训练时与队友发生了争执，最终导致了摔倒受伤。尽管萨拉赫的团队方面并没有透露他的具体伤情，但球迷们对他的健康都十分关注，希望他能够尽快恢复，并在接下来的比赛中展现出更加出色的表现。

以太坊的目标是比比特币更快地说明走动，然而远不及以措置这个问题。以太坊的走动婉曲量 —— 高于比特币，然而每秒走动处理量只好十数笔 —— 还不及以让该收集完了大领域给与。以太坊也会出现拥挤情况，即使是很苟简的智能合约操作也需要破耗数好意思元。

边注：区块链的本体婉曲量

鉴于比特币的想象，其走动婉曲量从表面上来说只好每秒 7 笔。本体上，由于空块、复杂的输入和输出走动等问题，婉曲量平均只好每秒 3 笔。当比特币收集于 2017 年通过软分叉更新荫庇见证条约后，婉曲量增至 4.6 笔，如故连每秒 7 笔齐够不上。

通常地，以太坊的想象走动婉曲量是每秒 15 笔。不外，这个限制是动态变化的（取决于矿工所设定的区块 Gas Limit）。假定刻下收集将区块的 Gas 上限设为 1200 万，本体婉曲量将达到每秒 36 笔以上。然而，这一延迟仅符合于区块中只好以太币转账走动的情形，因为代币转账的本钱要越过 2.5 倍，更别提与智能合约进行更复杂的交互了 —— 其本钱频繁会高得多。

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在区块链行业，照旧有许多可扩展性神志惨遭失败。还有的神志只是停留在白皮书阶段，或因噎废食、曲解区块链的内涵来骗取关切。咱们有原理觉得，可扩展性问题莫得最终的措置有谋划，新的措置有谋划总会加多复杂性和难度。

即使咱们罗致了这个事实，已往几年间可扩展有谋划领域的弘扬仍然令东谈主不振。然而，昏黑的特别是光明，咱们行将迎来转机。

本年早些时候，一位客户条款咱们探询可扩展性有谋划的商场时，咱们似乎听到了一场翻新的军号。最近，几个远景光明的团队照旧秘书了神志里程碑。以太坊社区又出手蠢蠢欲动起来。

咱们知谈，过多的信息可能反而会起误导作用，让东谈主难以把捏全貌，因此咱们决定帮各人梳理一下。通过本文，咱们念念要共享咱们与区块链设备者乃至所有这个词区块链社区进行可扩展性研究所得出的收尾。咱们折服，本文将匡助各人了解零学问解释和二层可扩展性有谋划的后劲，同期更真切地清爽这些时间。 1.2 呈报内容 比起以往，可扩展有谋划的商场照旧有所发展，无数辛苦于设备此类有谋划的公司割据一方。面对如斯海量的措置有谋划，咱们很容易感到迷失，难以鉴别哪些有谋划最有远景。

因此，咱们决定雅致分析并比较这些措置有谋划，找出那些最有后劲的有谋划、匡助企业家和设备者作念出正确聘用。咱们主要关切基于零学问解释的二层有谋划，因为咱们发现这些有谋划具有很高的安全性和相对较短的资金退出时期，因此从永恒角度来看后劲最大。

还有至少两类远景雅致的有谋划本文莫得波及：optimistic rollup 和气象通谈。这两类有谋划齐不是基于零学问解释构建的，因此不在本文的考虑范围内。

边注：什么是二层措置有谋划？

二层可扩展性措置有谋划的贪图是在现存区块链的基础上加多特等的条约，进步以太坊的最大婉曲量（即，处理走动的速率）并减少结尾用户所需支付的走动费。不同于 ETH 2.0 等一层有谋划，二层有谋划将基础条约看成一个去中心化的安全层，然后在上头构建另一层（不改造以太坊的共鸣算法或其他任何中枢宗旨）。

二层有谋划将正本由以太坊实行的规画更动到了链下，将以太坊看成安全性保险。由于规画被更动到了链下，需要存储在链上的数据量大幅减少，在裁汰走动本钱的同期加速了走动速率。

2. 零学问解释 2.1 简介 本文详确先容的措置有谋划使用零学问解释密码学来确保走动安全性并完了链下规画。因此，在真切研究可扩展性措置有谋划之前，咱们需要对零学问解释时间有个基本的了解。

零学问解释（简称 ZK）是密码学的分支，是区块链社区连年来追赶的热门之一。通过零学问解释，一方（解释者）不错向另一方（考据者）解释他领有一些学问，然而无需表现学问自己越过它不错用来破解这些学问的信息。解释者只需向考据者传达并解释的信息是，他照实领有这些学问。

听不懂也不要害。咱们来举个苟简的零学问解释的例子： 2.2 实际生涯中的例子 对于零学问解释是若何运作的，Konstantinos Chalkias 举过一个绝妙的例子。假定有两个好一又友 Victor 和 Peggy，他们齐可爱在双休日去公园玩杂耍球。Victor 是红绿色盲症患者。对他来说，这些球的神志齐一样。

两东谈主决定像往常一样去中央公园（Central Park）玩杂耍球。Peggy 我方带了一个红球和一个绿球。红绿色盲症患者 Victor 无法看出这两个球的区别。

为了向 Victor 解释两个球的区别，Peggy 让 Victor 一手抓着一个球藏在背后，然后反复交换手中的球。每次交换事后，Victor 齐会向 Peggy 展示恣意一个球，问她这个球是否与上个球不同。

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每当 Victor 交换过手中的球，Peggy 齐能鉴别出他展示的球是否与上一次不同，因为她分得清红色和绿色。这么一来，Victor 就不错细目 Peggy 知谈这两个球的不同，同期他又无法知谈这两个球的神志。这即是零学问解释。

尽管 Peggy 有高达 50% 的概率不错猜中一两次，然而跟着他们重叠的次数越多，猜中的概率就会无限趋近于零。因此，Victor 弥散不错细目这两个球的神志是不同的。

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- Vitcor（考据者）眼中的寰宇 -

 

- Peggy（解释者）眼中的寰宇 - 2.3 零学问解释和区块链 零学问解释不错用来生成对于某个规画照旧按照预定例则实行的密码学解释。这类解释不错用编好的规画机步调来生成，并不错自动考据。

零学问解释之是以有助于措置可扩展性问题，是因为零学问解释自己比其所代表的数据小得多，零学问解释不错用来完了走动的匿名化。

（安比按：不是所有的零学问解释时间生成的 proof 齐比 statement 小得多。零学问解释时间仅必须温存三种条款：完备性（completeness）、可靠性（soundness）、零学问性（zero-knowledgeness），并不条款一定要具备这种小体积性。）

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边注：基于零学问解释的可扩展性有谋划并不会从根柢上改造区块链的扩展性，新2客服只是改造区块链的用法：袖珍规画全部从链上更动到链下实行，区块链只需考据大齐规画收尾即可。

通过二层扩展有谋划生成的零学问解释领先需要征服一组预界说司法。若是是走动系统，这组司法可能访佛区块链的共鸣司法，举例，每个走动必需署上正确的签名，或者用户不得透支等。二层系统将司法回荡成了一连串数学抒发式（电路和多项式），然后使用这些数学抒发式来创建零学问解释生成进程所必需的两个规画机步调：解释者与考据者。

只消有了解释者和考据者，咱们就不错使用该系统生成并考据走动。假定 Alice 的钱包里有 3 ETH ，她念念向 Bob 转一笔账。她签署了走动，走动数据被提交到了解释者手里。解释者使用该数据生成了一个零学问解释，然后发送给考据者。面前让咱们筹商以下两个场景。

2.3.1 生成一个灵验的零学问解释

考据者不错在弥散不知谈走动信息的情况下考据 Alice 是否按照预界说司法实行了走动。其中一条司法是 Alice 不行透支，因此若是她念念转账 2 ETH ，考据者会答允该走动。

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2.3.2 生成一个虚假的零学问解释

面前，假定 Alice 念念要发送 5 ETH 。按理说，该走动在解释者阶段就会遭到拒却。即使解释者犯科，该走动也得不到许可，通不外考据者的考据，因为它莫得按照规矩实行。

慕容深和荣清欢出差，是为了西部一个太阳能新项目的宣传。两天之后，宣传和录制结束，荣清欢本来还想继续和慕容深在R市待一天的，但是却没料到，回答她的，是慕容深秘书递过来的机票。

内容简介：最强妖孽都市行，无人能及拳下形。一代天骄重回都市，接管家族集团，清蛀虫、扫龙城、平四方。对美女敢爱敢恨，即便是未婚妻，亦是如此。顺我者昌，逆我者亡。

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（安比按：读者应该把稳到了，2.3.1 章节和 2.3.2 章节分别即是零学问解释属性中的 “完备性” 和 “可靠性”：正确的解释必定约略通过考据；演叨的解释必定不行通过考据。这里并莫得用到零学问解释的 “零学问性”。因此，若不需要温存秘密条款，只是是为了进步可扩展性，则任何温存完备性、可靠性、圣洁性（解释体积小）、考据速率快的解释系统，本体上齐能用作通常的用途。因此，Vitalik 就曾提议 “以 snarks 替换掉 ZK rollup 的 ZK 前缀”，或者更精湛的定名比如 “Validium”，因为这些有谋划本体上齐莫得用到零学问属性。包括 StakWare 也一直在强调我方是在应用解释系统（proof system）完了规画完好意思性（computational integrity）解释。但在 “ZK rollup” 真切东谈主心的情况下，AZTEC 使用零学问解释（提供秘密性）的 rollup 有谋划，只好定名为 “ZK-ZK-rollup”。令东谈主唏嘘） 2.4 SNARK vs. STARK 面前为止，照旧有许多基于零学问解释的密码学解释兴起，其中最著名的莫过于 SNARK 和 STARK 。它们之间有着相称迫切的谋划。

SNARK 代表的是： 简明性（succinct）：该解释远小于其所代表的数据，而且不错速即考据。 非交互式（non-interactive）：解释者只会发送一组信息给考据者，因此二者之间不需要往复交互。 学问论证（argument of knowledge）：从规画层面来说，咱们觉得该解释是完备的 —— 坏心解释者无法乱来系统，除非 TA 照实掌捏该学问的具体内容，以此复旧 TA 建议的解释。 （安比按：密码学中对 proof（解释有谋划）和 auguement（论证有谋划）还有折柳。有谋划的可靠性（soundness）要能达到对抗具备无限大规画资源的解释者，才能称为 proof；而 arguement 只需能起义规画才调为多项式的坏心解释者即可，不需要能起义规画才调无尽大的坏心解释者。）

可扩展性措置有谋划所使用的 SNARK 需要在解释者和考据者之间构建真正开动化（trusted setup）。 真正开动化是一组访佛游戏司法的开动全球参数，由一群志愿参与者在指定时期实行集会规画，即，所谓的真正开动化典礼（trusted setup ceremony），来生成。只消有至少一位参与者是敦朴的，就能安全地生成参数。因此，参与者东谈主数越多，机制的真正度就越高。

STARK（举例 StarkWare 设备的 FRI-AIR STARK）不需要真正开动化 —— 因此，此处的 “T” 代表 “透明的（transparent）” 。这就为所有这个词系统摒除了单点故障的隐患。诚然 STARK 解释的数据量较大，但对大齐次的走动不错平摊规画本钱。因此，STARK 约略进步可扩展性。

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边注：就基于早期 SNARK 时间（即，Groth16）的措置有谋划而言，每当 Groth16 上线新的版块，齐要实行真正开动化典礼。因此，下文所述的 Loopring 昨年上线最新版块时，也需要实行该机制。SNARK 还有一种变体称为通用 SNARK（Universal SNARK）或 SNORK（举例，PLONK 和 SONIC）。该时间使用的是通用真正开动化（universal trusted setup）。举例，zkSync 的创建者无需在上线新版块时实行真正开动化机制：他们复用了昨年包括 Vitalik 在内的 200 多位著名东谈主士一齐实行的多方规画的实行收尾。通过通用真正开动化，不错扩展或更新条约中所使用的零学问解释有谋划，而无需实行一个新的典礼。

（安比按：SNORK = Succinct Non-interactive Oecumenical (Universal) aRguments of Knowledge （圣洁的非交互性通用学问论证），本体上即是带有通用且可升级的真正开动化配置的 SNARK。）

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- 不同的密码学解释有谋划之间关联的默示图（来源：Alex Gluchowski） - 3. 架构 本文所述措置有谋划的共同点是齐使用了零学问密码学。它们之间的互异性则源自数据可用性问题。 3.1 数据可用性问题 用户余额谋划的走动数据和信息不错存储在底层区块链上，也不错不存在区块链上，这就要在可扩展性和安全性之间进行基本的量度弃取。

链上存储数据的安全性访佛于径直将钞票存储在以太坊上，而无需用户实行特等的操作。用户不错随时获取数据。这少许相称迫切，尤其是在可扩展性措置有谋划提供商的劳动器被破裂或犯科的情况下。链上数据可用性不错让用户创建一个解释来解释他们持有一定数目的代币，无需与二层系统进行交互就不错径直将这些代币从智能合约中取出。将数据存储在链上的基于零学问解释的措置有谋划被称为 zkRollup 。

将数据存储在链下的可扩展性有谋划引入了数据可用性问题，因此会收缩二层有谋划的安全性。一朝某个可扩展性措置有谋划提供商隔断互助，平日用户就无法取出他们的资金，除非他们能得回代表其余额的数据。这类措置有谋划被称为 Validium 。为了缓解数据可用性问题，这类有谋划或将引入一个多方委员会（multi-party committee），由这个委员会负责存储数据副本，并在提供商犯科或隔断劳动的情况下将数据副天职享给用户。

然而，将数据存储在链下有一个很大的上风：更高的可扩展性。给与链下存储的措置有谋划无需受制于区块链的局限性。因此，比较给与链上存储的措置有谋划，这类有谋划更有助于进步走动婉曲量。

最近，StarkWare 建议了一种混杂式措置有谋划，不错让用户解放聘用将数据存储在链上如故链下。用户每发起一笔走动齐不错聘用一次，因此他们的聘用是动态变化的。这种可扩展性措置有谋划被称为 Volition。

 

- 来源：https://medium.com/starkware/volition-and-the-emerging-data-availability-spectrum-87e8bfa09bb -（未完）

原文联贯: https://ethworks.io/ethereum-scaling-report.html 作家: EthWorks 翻译&校对: 闵敏 & 安比实验室

本文由作家授权 EthFans 翻译及再出书开云三公。