探索比特幣Layer2 Rollup方案的復(fù)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(guān)注的擴(kuò)容解決方案。盡管它帶來(lái)了許多潛在的優(yōu)勢(shì)，但也面臨著技術(shù)和復(fù)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(yīng)對(duì)和克服它們。

首先，Layer2 Rollup涉及到復(fù)雜的交易處理和驗(yàn)證機(jī)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(jié)構(gòu)和驗(yàn)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(shù)的復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)的難度。

其次，Rollup需要大量的計(jì)算資源和存儲(chǔ)空間。由于交易被壓縮到鏈上，這增加了區(qū)塊的大小和驗(yàn)證的復(fù)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(diǎn)參與驗(yàn)證，這增加了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本。

為了克服這些挑戰(zhàn)，我們需要采用一些策略和技術(shù)：

1、優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和驗(yàn)證方法：通過(guò)改進(jìn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提高Rollup的效率和可擴(kuò)展性。同時(shí)，引入更有效的驗(yàn)證方法，以降低沖突和雙花攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。

2、優(yōu)化存儲(chǔ)和計(jì)算資源：通過(guò)采用分布式存儲(chǔ)和計(jì)算技術(shù)，降低Rollup對(duì)中心化存儲(chǔ)和計(jì)算資源的依賴。這可以通過(guò)利用云計(jì)算、邊緣計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

3、促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)去中心化：通過(guò)推廣節(jié)點(diǎn)參與和建立公平的激勵(lì)機(jī)制，促進(jìn)Rollup網(wǎng)絡(luò)的去中心化。這將有助于降低運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性。

盡管比特幣Layer2 Rollup方案面臨技術(shù)和復(fù)雜性方面的挑戰(zhàn)，但通過(guò)采用適當(dāng)?shù)牟呗院图夹g(shù)，我們可以克服這些挑戰(zhàn)并實(shí)現(xiàn)更好的擴(kuò)容效果。這將有助于比特幣生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期發(fā)展，并促進(jìn)區(qū)塊鏈技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新和應(yīng)用。

以太坊從Plasma到Validium再到主流Rollup，比特幣從側(cè)鏈到狀態(tài)通道再到客戶端驗(yàn)證，Layer2本質(zhì)上都在找一套兼顧安全、可擴(kuò)展性、去中心化的Tradeoff方案。基于此，我對(duì)比了ZK-Rollup和最近熱議的@BsquaredNetwork方案，從DA實(shí)現(xiàn)、可交互操作性、安全挑戰(zhàn)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面，探討下比特幣layer2的差異性和復(fù)雜性。

為了更好地做同比參考，可以先模糊“定義”一組對(duì)應(yīng)關(guān)系：

ETH Plasma = BTC 狀態(tài)通道；ETH Validium = BTC 側(cè)鏈；ETH Rollup = BTC 客戶端驗(yàn)證。

不難看出，以太坊Plasma對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)比特幣生態(tài)的側(cè)鏈，擴(kuò)展性很強(qiáng)悍，但一套獨(dú)立的共識(shí)讓它始終不受主流認(rèn)可；以太坊Rollup我傾向于對(duì)應(yīng)比特幣生態(tài)的客戶端驗(yàn)證，安全性、可擴(kuò)展性，去中心化特性會(huì)取綜合權(quán)衡點(diǎn)，以太坊Rollup也正因?yàn)榇顺闪艘粭l主流焦點(diǎn)賽道。

順著以太坊ZK-Rollup的思路，我們以比特幣客戶端驗(yàn)證為突破口，比特幣layer2 Rollup方案該如何構(gòu)建呢？以@BsquaredNetwork為例探討下：

1）客戶端驗(yàn)證部分：

在一個(gè)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(huì)生成ZK SNARK證明和Merkle樹(shù)等打包同步到主網(wǎng)Calldata，然后鏈下會(huì)把ZK SNARK證明經(jīng)過(guò)Prover系統(tǒng)的驗(yàn)證，將最終的State diff上傳到主網(wǎng)，主網(wǎng)根據(jù)State root根再結(jié)合Calldata中的區(qū)塊數(shù)據(jù)，驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性和一致性，最終完成Finality狀態(tài)確認(rèn)。

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(chǔ)環(huán)境下一份，然后經(jīng)zkEVM生成Proof證明，與此同時(shí)把交易R(shí)aw data，Merkle樹(shù)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(guò)程中有兩個(gè)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(chǔ)環(huán)境下，而zk-Rollup默認(rèn)了本地環(huán)境存儲(chǔ)；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(chǔ)量有限，驗(yàn)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(lái)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(yàn)證能力，鑒于比特幣主網(wǎng)不具備驗(yàn)證能力，DA功能由客戶端環(huán)境下構(gòu)建的DA layer來(lái)承擔(dān)。

DA layer中的B²nodes在收到這部分Rollup匯總數(shù)據(jù)后，會(huì)進(jìn)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(shí)B²nodes也會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)Prover系統(tǒng)對(duì)ZK證明進(jìn)行去中心化驗(yàn)證生成比特幣Commitment承諾，該承諾會(huì)連同Rollupdata等匯總數(shù)據(jù)一同去刻銘文。

這里會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)疑問(wèn)：

1、為何不直接用Celestia這類第三方DA而選擇自己構(gòu)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(duì)inscribe到比特幣主網(wǎng)的銘文進(jìn)行去中心化解析和索引，同時(shí)生成的ZK Proof會(huì)議Commitment的形式上傳到主網(wǎng)，在刻銘文的時(shí)候還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Circuit電路預(yù)編譯壓縮，以確保降低對(duì)主網(wǎng)存儲(chǔ)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(shí)是在主網(wǎng)保留一個(gè)不可篡改的交易記錄，為后續(xù)的Challenge過(guò)程提供基礎(chǔ)。

3）Challenge 部分

在ZK-Rollup中，主網(wǎng)Rollup合約的可通過(guò)Calldata中的打包數(shù)據(jù)和Prover上傳到主網(wǎng)的State diff二次校驗(yàn)確保交易的完整性和一致性，這是主網(wǎng)具備驗(yàn)證能力，ZK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

然而在比特幣的Rollup環(huán)境下，由于主網(wǎng)缺乏驗(yàn)證能力，ZK技術(shù)價(jià)值本質(zhì)在于SNARKs數(shù)據(jù)簡(jiǎn)潔壓縮同時(shí)確保一致性，倘若在鏈下環(huán)境的Sequencer收集交易過(guò)程中就存在數(shù)據(jù)作假，整個(gè)鏈條的數(shù)據(jù)都是假的，F(xiàn)inality狀態(tài)確認(rèn)并無(wú)法拒絕作假的數(shù)據(jù)，因此要設(shè)計(jì)一套機(jī)制要對(duì)“作假”行為進(jìn)行挑戰(zhàn)。

要如何做呢？大家回看我關(guān)于BitVM的文章就會(huì)知道，BitVM

是一種理論假設(shè)下可以讓比特幣實(shí)現(xiàn)圖靈完備計(jì)算的方案，只不過(guò)其預(yù)編譯電路向比特幣主網(wǎng)傳輸TXs的Taproot Tree方式過(guò)于消耗礦工費(fèi)而不現(xiàn)實(shí)，如果借鑒BitVM的實(shí)現(xiàn)邏輯來(lái)進(jìn)行挑戰(zhàn)機(jī)制設(shè)計(jì)就不一樣了。

挑戰(zhàn)機(jī)制會(huì)在主網(wǎng)UTXO中鎖倉(cāng)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(cāng)在比特幣主網(wǎng)的資產(chǎn)。而刻錄在比特幣主網(wǎng)的銘文以及公開(kāi)透明的B²nodes等Raw data、Merkle樹(shù)、Commitment承諾等都會(huì)成為用戶發(fā)起挑戰(zhàn)的證據(jù)，一旦挑戰(zhàn)結(jié)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(wèn)題，B²nodes的節(jié)點(diǎn)不僅會(huì)失去鎖在主網(wǎng)UTXO中的資產(chǎn)，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(dāng)?shù)募夹g(shù)復(fù)雜性和特殊性：比如客戶端驗(yàn)證環(huán)節(jié)要基于去中心化存儲(chǔ)將Sequencer產(chǎn)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(gòu)建一套去中心化數(shù)據(jù)驗(yàn)證系統(tǒng)，并且通過(guò)Commitment承諾和刻錄銘文的方式來(lái)保證DA數(shù)據(jù)的一致性；又比如即使采用了ZK技術(shù)，也需要配備公開(kāi)透明的挑戰(zhàn)機(jī)制以確保安全；整個(gè)過(guò)程要權(quán)衡一套去中心化、安全、可擴(kuò)展性三個(gè)矛盾點(diǎn)得到一個(gè)公允的方案出來(lái)。

探索的雛形答案顯而易見(jiàn)：既然比特幣主網(wǎng)無(wú)法驗(yàn)證，無(wú)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(lái)實(shí)現(xiàn)Rollup鏈的透明性和安全性。以ZK技術(shù)+BitVM挑戰(zhàn)系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)比特幣缺失的DA和驗(yàn)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(shí)是一套相對(duì)透明公開(kāi)的合約交互機(jī)制，那現(xiàn)在做不到絕對(duì)BTC共識(shí)安全，擺在面前是一套基于BitVM的透明公開(kāi)挑戰(zhàn)機(jī)制，雖然技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜太多，邏輯似乎也Make Sense。

比特幣Layer2這套ZK技術(shù)+客戶端驗(yàn)證+DA銘刻+BitVM挑戰(zhàn)的范式若逐漸得到市場(chǎng)認(rèn)可，你覺(jué)得會(huì)成為新一輪的比特幣layer2 Rollup標(biāo)榜嗎？

以上就是技術(shù)復(fù)雜性與挑戰(zhàn)性 探索比特幣Layer2 Rollup方案的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于探索比特幣Layer2 Rollup方案的復(fù)雜性與挑戰(zhàn)的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！