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什么是卷叠?

卷叠已成为扩展区块链网络容量的主要架构之一,同时又不完全放弃主链的安全属性。它的出现回应了去中心化网络扩张过程中伴随的结构性问题。随着用户、交易和应用数量增长,基础设施必须处理更多操作,而成本和确认时间不能大幅上升。卷叠提出的方案,是在主链之外执行交易,然后把验证结果所需的信息传回主链。

基本思路

其基本思想是把交易处理与最终结算分开。像以太坊这样的区块链可以充当参考层,负责提供安全性、数据可用性和争议解决,而外部基础设施负责处理大量操作。卷叠不把每一笔交易都直接记录在主链上,而是把大量操作进行分组,并向主链发布其紧凑表示。这就是“卷叠”这一名称的来源,它与把许多交易集中或卷入一个结构的思想有关。

这种架构可以大幅减少必须由主层直接处理的数据量和操作数量。目标并不只是创建另一条更快的区块链,而是利用次级系统的执行能力,同时结合参考网络提供的保障。最终形成的是多层基础设施:主链在安全和结算方面保持核心角色,而卷叠承担大部分执行工作。

tx tx tx tx tx 大量用户交易 卷叠 执行交易并打包成批 压缩后的批次 主链(第一层) 保存数据,使结果可被验证
卷叠在主链之外处理交易,并把验证结果所需的数据发布到主链上。

运作方式

要理解其工作方式,需要区分执行、数据和验证。当用户在卷叠内执行操作时,可能由管理第二层网络的节点或排序器处理。交易被排序、执行并分组为批次。随后,系统向主链发布某些数据,并提供证明卷叠新状态与已执行操作一致的信息。这样,主区块链就不必对每笔交易重复执行全部计算,也能够维持对该系统的可验证参考。

排序器是最重要的组成部分之一。在许多当前实现中,这一职能相对集中,由一个实体或少数运营者承担。排序器接收交易、决定其顺序,并生成之后发布的批次。这种集中可以提高性能并简化基础设施,但也带来了审查、可用性和去中心化方面的问题。卷叠的发展包含专门减少这些依赖的工作,并逐步把某些职能分散给更多参与者。

乐观卷叠

卷叠主要有两大类型,通常称为乐观卷叠和零知识卷叠。虽然两者追求类似目标,但保证网络状态正确性的机制不同。乐观卷叠从“已发布批次有效,除非有人证明其无效”这一前提出发。当新状态被记录后,如果发现错误转换,在一段时间内参与者可以提交欺诈证明。

这种模型使处理过程相对高效,因为主网络不必立即通过复杂密码学证明验证每项操作。安全性在一定程度上依赖于对欺诈状态转换存在有效挑战的可能性。一个实际后果是,当涉及欺诈证明机制时,把资金提取回主链的某些操作可能需要较长等待时间。具体运行方式取决于每个协议及其安全设计。

零知识卷叠

零知识卷叠则采用不同方法。它不是先假设状态转换正确、之后允许挑战,而是生成密码学证明,证明一组交易已经正确执行。这些基于零知识证明技术的证明,可以由主链验证,而无需主链重新执行整个计算。这里“零知识”具有特定含义:证明能够证明某个结果有效,而不一定披露构造该结果时使用的全部信息。

这项技术的潜力推动了越来越复杂的系统发展,这些系统可以把大量活动压缩成相对较小的证明。然而,这种效率也带来了显著的密码学和工程复杂度。生成证明可能需要大量计算资源,尤其是在处理大规模工作负载时。因此,专用硬件、算法和架构的发展成为卷叠生态的重要组成部分。

数据与安全

这些网络的一个关键特征是,安全并不只取决于处理交易的代码。还必须确定用于重建状态和验证活动的数据存储在哪里。数据可用性非常重要,因为有效性证明可以保证状态转换正确,但用户仍然需要获取理解和重建相应状态所需的信息。因此,数据可用性设计是任何基于卷叠的扩容架构的核心组成部分之一。

卷叠与主区块链之间的关系,也使它区别于传统侧链。虽然两种方案都在主链之外处理操作,但它们的安全模型并不一定相同。侧链通常拥有自己的共识系统和独立验证者集合。而卷叠则被设计为直接依赖主链来提供安全和结算等基础属性。这一区别解释了为什么不能把两者简单视为同一种技术的不同变体。

挑战

卷叠的增长也伴随着区块链设计理念的变化。现代架构不再试图让一条链直接处理所有操作,而趋向于模块化设计,由不同层完成不同任务。执行可以转移到专业环境,而主层保留结算、共识和数据可用性等功能。这种方法可以在不要求所有操作运行于相同基础设施上的情况下,提高系统容量。

其潜在收益很大,但并不能消除可扩展性问题。卷叠可以通过批量处理大量操作降低交易成本,但最终价格取决于主链费用、发布数据大小、压缩机制以及网络活动水平等因素。同样,卷叠架构也不会自动保证完全去中心化。排序器分布、合约升级机制、审查可能性以及管理函数,仍然需要单独分析。

互操作性也是一个挑战。如果多个卷叠运行在同一条区块链上,用户可能面对分散在不同环境中的生态。不同卷叠之间转移资产需要桥、互操作机制,或能够传递不同网络状态的系统。这可能增加复杂性,在某些情况下还会创造新的风险面。长期目标是让最终用户几乎感觉不到这些多层结构的存在。

从技术角度看,卷叠代表了区块链可扩展性设计的一次重要演进。它们并不一定试图取代主链,而是通过把大量执行放在链外的架构扩展主链能力。用专业分析师可能会采用的表达来说,根本变化在于:把通用区块链转变为安全和结算层,在其上可以运行众多专业执行基础设施。

总的来说,卷叠是一种在主链之外对交易进行分组和执行,并利用主链来保障、发布或验证结果的系统。它的重要性在于能够提高处理能力,同时不完全放弃成熟区块链的安全基础设施。乐观卷叠和零知识卷叠代表了实现这一目标的两种不同路径,各自有其优势、成本和权衡。随着网络从主要管理数字资产转移,逐步扩展到支持金融应用、市场、电子游戏、数字服务以及其他大规模经济活动,卷叠的演进将对去中心化网络的未来架构产生决定性影响。

参考资料