Vitalik Buterins neuer Artikel: Was ist der Unterschied zwischen Ethereum L2 und Execution Layer Sharding?

Originaler Artikel: Wie Schichten 2 Sekunden wirklich von der Ausführungs-Sharding unterscheiden?

Zusammengestellt von: Odaily Planet Daily Asher

Einer der Punkte, die ich vor zweieinhalb Jahren in meinem „ Endspiel ” Artikel war, dass , zumindest technisch gesehen, sahen die verschiedenen Wege zur Weiterentwicklung der Blockchain auffallend ähnlich aus.

In beiden Fällen gibt es eine große Anzahl von Transaktionen in der Kette, und die Verarbeitung dieser Transaktionen erfordert: (i) viel Rechenleistung; (ii) viel Datenbandbreite. Gewöhnliche Ethereum-Knoten, wie der 2 TB reth-Archivknoten Die auf dem Laptop, auf dem ich diesen Artikel geschrieben habe, ausgeführten Programme sind nicht leistungsstark genug, um eine so große Datenmenge und Berechnung direkt zu überprüfen, selbst bei exzellenter Softwareentwicklung und Verkle-Bäume . Stattdessen im L1-Sharding und Rollup-zentriert Welt, ZK-SNARKs dienen zur Überprüfung der Berechnung und DAS werden verwendet, um die Datenverfügbarkeit zu überprüfen. In beiden Fällen sind DAS und ZK-SNARKs dieselbe Technologie, mit der Ausnahme, dass es sich in einem Fall um Smart-Contract-Code und im anderen Fall um eine heilige Funktion des Protokolls handelt. Im wirklich technischen Sinne führt Ethereum Sharding durch und Rollups führen Sharding durch.

Dies führt natürlich zu der Frage: Was ist der Unterschied zwischen diesen beiden Welten? Eine Antwort ist, dass die Folgen von Codierungsfehlern unterschiedlich sind: In der Rollup-Welt gehen Münzen verloren, während es in der Sharded-Welt zu Konsensfehlern kommt.

Es ist jedoch zu erwarten, dass mit der Verfestigung von Protokollen und der Verbesserung formaler Verifizierungstechniken die Bedeutung von Fehlern abnehmen wird. Was sind also die Unterschiede zwischen diesen beiden Visionen und können wir davon ausgehen, dass sie langfristig Bestand haben werden?

Vielfalt der Ausführungsumgebungen

Eine Idee, die 2019 bei Ethereum kurz diskutiert wurde, war Ausführungsumgebungen Im Wesentlichen hätte Ethereum verschiedene „Zonen“, die unterschiedliche Regeln für die Funktionsweise von Konten (einschließlich völlig unterschiedlicher Ansätze wie UTXO), die Funktionsweise der virtuellen Maschine und andere Funktionen haben könnten.

Dies ermöglicht unterschiedliche Ansätze in verschiedenen Teilen des Stacks, was schwierig zu erreichen wäre, wenn Ethereum versuchen würde, alles alleine zu machen.

Am Ende wurden einige der ehrgeizigeren Pläne aufgegeben, sodass nur noch das EVM übrig blieb. Man kann jedoch sagen, dass Ethereum L2 (einschließlich Rollups, Valdiums und Plasmas) letztendlich als Ausführungsumgebung diente.

Heute liegt der Schwerpunkt häufig auf L2-Äquivalenten zum EVM, wobei jedoch die Vielfalt vieler alternativer Ansätze außer Acht gelassen wird:

• Arbitrum-Stift : fügt der EVM eine zweite WASM-basierte virtuelle Maschine hinzu;

• Kraftstoff : verwendet eine UTXO-basierte Architektur ähnlich wie Bitcoin (aber umfassender);

• aztekisch : Führt eine neue Sprache und ein neues Programmierparadigma ein, das auf datenschutzerhaltenden Smart Contracts auf Basis von ZK-SNARKs basiert.

UTXO-basierte Architektur Quelle: Fuel-Dokument

Der Versuch, aus der EVM eine Super-virtuelle Maschine zu machen, die alle möglichen Paradigmen abdeckt, würde die Implementierung jedes einzelnen Konzepts gefährden. Es wäre besser, diese Plattformen spezialisieren zu lassen.

Sicherheitskompromisse: Umfang vs. Geschwindigkeit

Ethereum L1 bietet wirklich starke Sicherheitsgarantien. Wenn sich bestimmte Daten in einem auf L1 abgeschlossenen Block befinden, sorgt der gesamte Konsens (in Extremfällen auch der soziale Konsens) dafür, dass diese Daten nicht so bearbeitet werden können, dass die Regeln der Anwendung verletzt werden, die diese Daten in den Block eingefügt hat. Außerdem sorgt er dafür, dass eine durch diese Daten ausgelöste Ausführung nicht rückgängig gemacht werden kann, und dass auf diese Daten zugegriffen werden kann.

Um diese Garantien zu erreichen, ist Ethereum L1 bereit, hohe Kosten in Kauf zu nehmen. Zum Zeitpunkt des Schreibens sind die Transaktionsgebühren relativ niedrig: L2-Transaktionen kosten jeweils weniger als 1 Cent , und sogar L1 kostet weniger als $1 für eine einfache ETH-Überweisung. Wenn die Technologie schnell genug voranschreitet und das Wachstum des verfügbaren Blockplatzes mit der Nachfrage Schritt hält, könnten diese Gebühren in Zukunft niedrig bleiben, aber das muss nicht sein.

Und für viele nicht-finanzielle Anwendungen wie soziale Medien oder Spiele ist sogar $0,01 pro Transaktion zu viel. Aber soziale Medien und Spiele benötigen nicht dasselbe Sicherheitsmodell wie L1. Es spielt keine Rolle, ob jemand sein verlorenes Schachspiel für eine Million Dollar wiederherstellen oder einen Ihrer Tweets so aussehen lassen kann, als wäre er drei Tage nach seiner tatsächlichen Veröffentlichung gepostet worden.

Daher sollten diese Anwendungen nicht die gleichen Sicherheitskosten tragen. L2-zentrierte Ansätze ermöglichen dies, indem sie eine Reihe von Datenverfügbarkeitsmethoden unterstützen, von Rollups Zu Plasma Zu validien .

Verschiedene L2-Typen eignen sich für unterschiedliche Anwendungsfälle ( Klicken Sie hier, um mehr zu lesen )

Ein weiterer Sicherheitskompromiß ergibt sich bei das Problem der Vermögensübertragung von L2 zu L2 . Es wird erwartet, dass in der Zukunft (5-10 Jahre) alle Rollups ZK-Rollups sein werden und hocheffiziente Beweissysteme mit Nachschlagefunktionen wie Binius Und Kreis-STARKs , gekoppelt mit einer Proof-Aggregationsschicht, ermöglicht es L2, in jedem Zeitfenster Endzustandswurzeln bereitzustellen. Derzeit kann es sich jedoch nur um eine komplexe Mischung aus optimistischen Rollups und ZK-Rollups unter verschiedenen Proof-Zeitfenstern handeln.

Wenn Execution Layer Sharding im Jahr 2021 implementiert worden wäre, wäre das Sicherheitsmodell zur Aufrechterhaltung der Ehrlichkeit der Shards optimistische Rollups gewesen, nicht ZK – also hätte L1 verwalten müssen systemisch komplex betrugssichere Logik in der Kette und eine einwöchige Auszahlungsfrist beim Verschieben von Vermögenswerten zwischen Shards. Aber wie der Codefehler war auch dieses Problem letztendlich nur vorübergehend.

Die Transaktionsgeschwindigkeit ist der dritte und dauerhaftere Aspekt des Sicherheitskompromisses. Ethereum hat alle 12 Sekunden einen Block und zögert, schneller zu werden, da dies das Netzwerk zu stark zentralisieren würde. Viele L2s testen jedoch Blockzeiten von einigen hundert Millisekunden.

12 Sekunden sind nicht so schlimm: Benutzer, die Transaktionen übermitteln, müssen im Durchschnitt etwa 6–7 Sekunden warten, bis sie in einen Block aufgenommen werden (nicht nur 6 Sekunden, weil der nächste Block sie möglicherweise nicht enthält). Dies ist vergleichbar mit der Wartezeit beim Bezahlen mit Kreditkarte. Viele Anwendungen erfordern jedoch höhere Geschwindigkeiten, und L2 kann diese bereitstellen.

Um diese höhere Geschwindigkeit zu erreichen, verlässt sich L2 auf einen Vorbestätigungsmechanismus: Die eigenen Validierer von L2 unterzeichnen digital ein Versprechen, die Transaktion zu einem bestimmten Zeitpunkt einzuschließen, und wenn die Transaktion nicht eingeschlossen wird, werden sie bestraft. Ein Mechanismus namens Einsatzsicher geht noch einen Schritt weiter.

L2 Vorbestätigung

Nun könnte man versuchen, all dies auf L1 zu implementieren. L1 könnte ein System schneller Vorbestätigungen und langsamer endgültiger Bestätigungen beinhalten. Es könnte verschiedene Shards mit unterschiedlichen Sicherheitsstufen beinhalten. Dies würde jedoch die Komplexität des Protokolls erhöhen. Darüber hinaus die gesamte Arbeit auf L1 zu erledigen, würde das Risiko bergen, Überlastung des Konsenses , weil viele Ansätze für größere Skalierung oder schnelleren Durchsatz ein höheres Risiko der Zentralisierung bergen oder strengere Governance-Formen erfordern. Würden diese strengeren Anforderungen auf L1 umgesetzt, hätten sie auch Auswirkungen auf andere Teile des Protokolls. Durch die Bereitstellung dieser Kompromisse auf Ebene 2 kann Ethereum diese Risiken weitgehend vermeiden.

Vor welchen Herausforderungen steht das L2-zentrierte Ökosystem von Ethereum?

Der L2-zentrierte Ansatz von Ethereum steht vor einer zentralen Herausforderung, mit der L1-zentrierte Ökosysteme nicht annähernd so konfrontiert sind: Koordination. Mit anderen Worten: Obwohl es viele Forks von Ethereum gibt, besteht die Herausforderung darin, seine grundlegende Eigenschaft beizubehalten, dass sich Ethereum ganz wie „Ethereum“ anfühlt und die Netzwerkeffekte von Ethereum hat, anstatt N unabhängige Ketten. Heute ist diese Situation in vielerlei Hinsicht unbefriedigend:

• Verschieben von Token von Ebene 2 in eine andere erfordert normalerweise zentralisierte Brückenplattformen und ist für den durchschnittlichen Benutzer sehr komplex. Wenn Sie Token auf Optimism haben, können Sie nicht einfach die Arbitrum-Adresse einer anderen Person in Ihre Brieftasche einfügen und ihr Geld senden.

• Unterstützung für kettenübergreifende Smart Contract Wallets ist weder für persönliche Smart Contract Wallets noch für Organisations-Wallets (einschließlich DAOs) besonders gut geeignet. Wenn Sie den Schlüssel auf einem L2 ändern, müssen Sie auch den Schlüssel auf jedem anderen L2 ändern.

• Eine dezentrale Validierungsinfrastruktur fehlt grundsätzlich. Ethereum bekommt endlich anständige Light-Clients, wie zum Beispiel Helios . Aber es macht keinen Sinn, wenn alle Aktivitäten auf L2 stattfinden, das seinen eigenen zentralisierten RPC benötigt. Im Prinzip ist es nicht schwer, Light Clients für L2 zu erstellen, wenn man erst einmal eine Ethereum-Headchain hat; in der Praxis wurde dem jedoch zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt.

Es werden Anstrengungen unternommen, um alle drei zu verbessern. Für Cross-Chain-Token-Swaps, der ERC-7683 Standard ist eine neue Option, die im Gegensatz zu bestehenden „zentralisierten Brücken“ keinen festen zentralen Betreiber, Token oder Verwaltungsorgan hat.

Bei Cross-Chain-Konten verfolgen die meisten Wallets den Ansatz, Cross-Chain-wiederholbare Informationen zu verwenden, um Schlüssel kurzfristig zu aktualisieren und Schlüsselspeicher auf lange Sicht. Es gibt immer mehr Light-Clients für L2, wie Beerus für das Starknet-Netzwerk. Darüber hinaus haben die jüngsten Bemühungen, das Benutzererlebnis durch Wallets der nächsten Generation zu verbessern, einige grundlegendere Probleme gelöst, beispielsweise, dass Benutzer nicht mehr manuell zum richtigen Netzwerk wechseln müssen, um auf Dapps zuzugreifen.

Rabby bietet eine umfassende Übersicht über die Vermögensbestände mehrerer Ketten (etwas, das Wallets bis vor kurzem nicht hatten)

Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass ein L2-zentriertes Ökosystem bei Koordinierungsversuchen bis zu einem gewissen Grad gegen den Strom schwimmt.

Für einzelne L2-Institutionen besteht kein natürlicher ökonomischer Anreiz, eine koordinierte Infrastruktur aufzubauen: Kleine L2-Institutionen haben keinen Anreiz, da sie nur einen kleinen Teil des Nutzens aus ihren Beiträgen ziehen können; große L2-Institutionen haben keinen Anreiz, da sie durch die Stärkung ihrer eigenen lokalen Netzwerkeffekte genauso viel oder mehr gewinnen können.

Es ist nicht so, dass es eine magische perfekte Lösung für dieses Problem gibt. Es ist nur so, dass das Ökosystem stärker erkennen muss, dass die Cross-L2-Infrastruktur eine Art Ethereum-Infrastruktur ist, genau wie L1-Clients, Entwicklungstools und Programmiersprachen, und dass sie geschätzt und finanziert werden sollte. Derzeit gibt es die Protokollgilde , und vielleicht die Basic Infrastructure Guild.

Zusammenfassung

In öffentlichen Diskussionen werden Ethereum L2 und Execution Layer Sharding oft als zwei gegensätzliche Strategien zur Skalierung von Blockchains beschrieben. Bei der Betrachtung der zugrundeliegenden Technologie ergibt sich jedoch ein Rätsel: Die eigentlichen zugrundeliegenden Skalierungsmethoden sind genau dieselben, Der Hauptunterschied besteht darin, wer für den Aufbau und die Aktualisierung der entsprechenden Komponenten verantwortlich ist und wie viel Autonomie diese Personen besitzen.

Das Ethereum L2-zentrierte Ökosystem ist Sharding im eigentlichen technischen Sinne, aber innerhalb von Sharding können Sie Ihren eigenen Shard mit Ihren eigenen Regeln erstellen. Dieser Ansatz ist sehr leistungsstark und ermöglicht viel Kreativität und autonome Innovation. Er bringt aber auch einige wichtige Herausforderungen mit sich, insbesondere in Bezug auf die Koordination.

Damit ein L2-zentriertes Ökosystem wie Ethereum erfolgreich sein kann, muss es diese Herausforderungen verstehen und sie direkt angehen, um möglichst viele Vorteile aus einem L1-zentrierten Ökosystem zu ziehen und das Beste aus beiden Welten so nah wie möglich zu erreichen.

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