以太坊:干货 | 再议有效性证明 vs. 错误性证明_比特币

作者:?AvihuLevy&UriKolodny

翻译&校对:?安仔C1int&阿剑

来源：以太坊爱好者

-图源来自?Unsplash?的?ArturTumasjan-

导语

近几个月以来，越来越多关注的目光放到了OptimisticRollup(OR)这个基于错误性证明的拓展框架上。我们StarkWare则采用有效性证明，因为它比错误性证明更安全。本文将在安全性讨论之外，列举一些VP较OR的额外优势，同时纠正大众对有效性证明的常见误解，最后介绍StarkEx——StarkWare开发、基于STARK和有效性证明的拓展引擎。

在此特别说明，和OR比较，VP具有以下优势：

从根本上更安全

撤款时的资本效率高1000倍

观点：狗狗币4天飙涨5倍，若马斯克不再继续带货仍有崩盘风险:2021年年初以来，狗狗币最高涨幅逼近100倍。业内专家提醒，狗狗币现在的用处，大多用在小费和打赏上。如果未来马斯克不再继续带货，狗狗币有崩盘风险。除马斯克带货外，近日狗狗币的上涨，还与另外两则消息有关。一则消息是美国加密货币平台第一股Coinbase上市；另外一则是美国肉类零食品牌商与狗狗币的联动营销。（金十）[2021/4/17 20:31:00]

可拓展性更强

在计算方面，至少能达到相同的效率

安全性

在上一篇分析中，我们比较了VP和OR，前者只会在某状态转换被严格证明有效的情况下执行该状态转换，而后者则允许任意的状态转换，参与方可以针对无效的状态转换提交错误性证明。我们的上一篇文章聚焦安全性分析，明确指出了一种能在OR中实施、且会导致OR中所有资金被盗的攻击手段。区块链上的基础架构解决方案必须足够健壮，要能支撑来自金融世界、每天万亿级别的资金交互负载。VP和OR分别怎样胜任？由于在OR中窃取资金的成本和收益大小无关，所以一旦系统承载了足够多的资本，使得破坏系统变得有利可图，那理性的参与者肯定会想方设法通过攻击牟利。与OR相反，VP不会转换到任何无效的状态，使得无论承载多少资金都不会被盗。对于大规模的金融系统，VP更健壮，而OR更脆弱。

观点：以太坊2.0推出过程并不一定顺利，用户质押前需注意三点:11月24日消息，今日以太坊2.0存款合约地址余额成功达到524288枚ETH，达成启动以太坊2.0创世区块的最低要求，未来质押ETH变得更加有趣，外媒Cryptomode网站发文对此提出了三点注意事项：第一，质押资金将被长期锁定，在第1阶段启动之前，将不可能移动任何抵押的ETH，可能需要几个月甚至几年的时间；第二，最高奖励不会持续很长时间，随着越来越多的验证器在网络上运行，奖励将不断减少，一旦投入一百万个以太坊，奖励将从每年22.95％下降到16.62％；第三，选择信任第三方以太坊2.0验证程序的用户可能面临更多问题，资金不受控制，加收服务费等。总而言之，即使达成创世区块最低要求，以太坊2.0的推出过程并不一定像人们最初想象的那样简单。（Cryptomode）[2020/11/24 21:57:32]

也可以站在数据集一旦遗失的角度分析系统的安全性。和VP相比，OR中的数据更为敏感。一旦数据遗失，OR中的资金就可能被盗——也正因如此，目前的设计方案都集中在链上数据可用性挑战上。而对于VP，由于采用了链上数据，资金就跟存在Layer-1中一样安全。至于VP的链下数据部分，资金最多被冻结，而不会失窃。

观点：股市将在未来两到三个月调整，或导致比特币价格大幅回调:根据Santiment数据分析师Vlad Antonov的说法，比特币与股票之间的正相关关系日益增长，这可能最终导致市场崩溃。 Antonov解释说，PayPal宣布提供比特币服务是当前比特币价格反弹至15,000美元以上的主要催化剂。但是，持续的价格上涨可以主要归因于比特币与股市的相关性。

他指出，每日活跃地址和价格之间的差距越来越大。Antonov称这为熊市回调敲响了警钟。他表示，尽管无法预测何时会发生，但这种高分化表明市场即将出现严重而迅速的回调。Vlad Antonov表示，市场对新冠疫苗试验的积极反应以及乔·拜登的成功竞选总统都在提振比特币的价格。 他最后预测，股市将在未来两到三个月内经历一次调整，这将导致比特币价格大幅下跌四分之一或更多。（Crypto globe）[2020/11/20 21:31:31]

资金效率

数字货币世界中流动性的一大痛点在于资金取款时的延迟。在OR中，标准取款窗口期大约为1周时间——这是给提交错误性证明的有效窗口时间。在VP中，标准取款窗口大约为10分钟——这是针对上一次计算结果来生成有效性证明的时间。因此OR的标准取款窗口时间要比VP长1000倍。使用OR就要承受这样1000倍的不便，这不仅是时间上的延迟，也是资金效率的降低。

观点：比特币波动率或在较长时间内保持较低水平:Cointelegraph发文称，尽管比特币在过去24小时内增长了3%，但仍然面临着11000美元左右的重要阻力位。加上期货市场未平仓合约的减少和现货市场交易量的停滞，可能会导致比特币的波动率在较长时间内保持较低水平。数据显示，过去一个月，比特币期货市场的未平仓合约总额从57亿美元下降至38亿美元。比特币现货量也显示出类似的趋势，过去一个月的大部分时间里一直低于5亿美元。[2020/9/15]

我们先前描述过一个免信任的快速提款机制：想要立刻提款的用户需要给流动性提供商打一份链下资产的欠条，即签名了的条件支付交易，然后流动性提供商从自己的“存钱罐”智能合约中垫付这笔资金，在链上把欠条金额上的资金转给提款用户，整套操作需要的时间和区块链网络的转账时间差不多。流动性提供商会定期把累积的链下资产转移到链上的“存钱罐”中。

VP和OR都能应用快速取款机制。但在OR系统中，流动性提供商需要在“存钱罐”中准备1000倍的资金，因为他们收到链下资产等待的时间窗口要长1000倍。这个1000倍的比例和“存钱罐”流动性算法中的各种假设都无关：无论是基于取款金额期望值，或提款-存款差额，再或者是峰值流动性需求、平均撤款金额等等，OR需要的储备金数量都是VP的1000倍。

观点：股东大会等场合可以利用区块链实现电子投票:纳斯达克CSD产品管理市场技术负责人Andreas Lundell最近发文分享他对于基于区块链的电子投票（eVoting）的看法。他表示，每年这个时候，通常会举行年度股东大会（AGM）以及公司、关键市场基础设施组织和托管机构的其他类型董事会和股东大会。除了成本高昂外，这些活动的股东投票率往往很低，因为亲自参与很费时，甚至对当地和国家投资者来说也是如此。对于国际股东来说，出席会议特别麻烦，随着跨境投资的增加，在保持强大的公司治理文化的同时，与他们接触变得更具挑战性。目前，亲自聚会特别受到新型冠状病大流行的限制。全球各地的公司和中央证券托管机构（CSD）必须找到并实施创造性的方式，远程举办聚会，或将聚会全部推迟。他指出，通过开发基于区块链的创新应用程序，CSD可以抓住增长机会，转变并证明其商业模式。（纳斯达克）[2020/4/29]

然而，有时根本无法使用快速撤款。对于非同质化资产就没法使用：

非同质Token：正如早先由Vitalik介绍那样，如果一只名叫Mitzi的名贵CryptoKitty存在了链下，他的所有者没法要求在链上再收到一只Mitzi，因为世界上有且只有这一只叫Mitzi的CryptoKitty。

隐蔽交易：Zerocash风格的承诺在某种程度上也是非同质化的。要想把隐蔽交易中的资金快速提到主链，用户必须要向流动性提供商揭露承诺中的数据，破坏隐蔽性。

在这种快速撤款机制无法应用的场景下，用户只能选择等待标准撤款窗口结束，VP则要比OR快1000倍。

可拓展性

在这一部分我们将对比不同的rollup系统，由于同类事物间的比较才有意义，因此我们只比较提供链上数据可用性的rollup系统，即：ORvs.STARKZK-Rollup。虽然我们不想，但是所有在链上存储数据的rollup系统都将随着rollup交易的增多而线性增大消耗的资源量。链上数据包含一些?状态以及?见证数据。OR和StR的区别在于随着交易量的增加，前者的见证数据线性增长，而后者把这些见证替换成了一个证明，这个证明的大小只会多项式对数级别增长。划重点，对于足够大、足够多的批量交易，StR的链上数据指纹要比OR小很多...

从细节出发：在StR中，见证数据能核实rollup运营者所进行的查验，因此一批计算只需要一则见证，而不需要在每一份交易后面都附一份证明。更优秀的是，在现代zkp系统中，这个证明的大小是固定的。因此随着批量交易的增大，分摊到每一条交易头上的资源消耗反而减少。在OR中，每一条交易都必须附上一则见证，使验证人能核实交易的正确性。因此对于大批量的交易，并没有均摊减少的优势。更重要的是。OR中的见证要比交易本身大很多：比方说OR见证需要包含所有用户的签名?1，而VP不需要。在单纯的支付中，见证要比支付的数据量大3到5倍；而对于复杂的应用场景，见证通常会比状态的数据大10倍以上，有时甚至更多。

总的来说，OR明显要消耗更多的链上资源，也因此比StR更快地顶到拓展性天花板。

通用计算开支

人们常常拿VP和OR的通用计算开支做对比：即对于一个给定的链下计算任务，两种不同的系统额外需要做哪些工作？下文我们将围绕StarkWare的STARK展开，因为这是我们目前应用的VP框架。

OR：由于100个验证者互相监督基本上能够保证整个计算的正确性，因此当提到OR，验证者的数量都数以百计。到了验证阶段，每一个验证人都需要进行一遍计算任务，因此在OR中做通用计算的开支是原任务的100倍。

有必要说明，验证人集合越小或者越多预先指派的情况，验证人就越容易互相勾结，或者受到外界的贿赂、攻击。

STARK：由于验证过程的计算开支微不足道，它只需要一个实体——证明者——进行大量的计算。验证的计算开支有多微不足道呢？现在我们甚至可以用一台简单的智能手机对一大批计算结果做验证，因此可以忽略验证的计算消耗。人们常说证明者的计算开支是原有任务的10000倍，因为证明需要消耗大量的计算来生成。但实际上StR需要的计算开支仅仅是100倍，因此额外的计算开支和OR大致相当。之所以说StR的计算开支仅有100倍，是基于以下理由：

对于算数/几何运算操作，我们已经达到了少于100倍的计算开支。目前应用的Pedersen哈希函数仅仅比原来的操作增加了20倍计算消耗：即用STARK来证明一个Pedersen哈希值的正确性仅仅比直接计算Pedersen慢20倍。

对于那些像SHA-256那样众所周知计算开支很大的操作，我们正试着把那些函数换成对STARK友好的操作。我们目前受以太坊基金会的资助来进行这些研究，而且在2020年第一季度，许多密码学大牛会提交给我们他们的替代方案建议。估计对STARK友好的哈希函数在证明时仅比某些高效的哈希算法的直接计算慢100倍。

最后，很多人之所以称道OR是因为它能用到通用计算中，并且将支持EVM代码，而VP不具备这一特性。对于将STARK用到通用计算中，我们持乐观的态度。

感谢DanRobinson,JohnAdler以及VitalikButerin对本文的反馈。

1?BLS通常被认为是一种高效的聚合签名机制。我们相信BLS不会只应用在这个用例中，因为它是整合多个签名到一则消息中的最佳方式。在OR的用例中，许多消息都需要由交易收/发方签名；而BLS签名的验证耗时10ms/签名，这不仅是验证人的负担，主链在判别欺诈时也需要处理这种消耗。

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