Vitalik关于Layer3论文引发的思考:分形扩容(Fractal Scaling)

原文:《Fractal Scaling》by polynya

编译:若华,MarsBit

最近Vitalik有一篇关于第3层的详细帖子

那么,我有什么要补充的吗?我一直认为我没有,这就是为什么我从来没有写过这个话题--自从我第一次与StarkWare的人讨论这个话题以来,已经过去了10个月。但是今天,我想我也许可以从不同的角度来漫谈这个问题。

首先要了解的是,“web2”可以在全球1亿台服务器上运行。“Web3”是一个相当愚蠢的模因,因为它显然是“Web2”的一个小众子集。但是,让我们假设区块链的东西可以创造它的小而可持续但有利可图的市场,吸引那些严格要求分布式信任模型和相对最小计算的场景(也就是说,没有什么比超级计算机用定制的硬件实时编码数百万个视频)。假设我们只需要“web2”的0.1%的计算能力。这就是用10万台服务器来建立一个小的目标市场。

现在,让我们考虑一个高TPS单片链,像BNB链或Solana。虽然像比特币这样的安全和去中心化优先链看起来令人印象深刻,但它必须是一个中档服务器,因为您必须让成百上千个实体同步。今天,更高端服务器将是128核,而不是12核;使用1TB RAM,而不是128GB等。立即,一台普通的服务器能够满足需求,这似乎很荒谬。事实上,如果要成功,一个真正的连锁游戏想要成功,可能需要多台拥有10倍Solana计算能力的高端服务器。

下一步是rollups。虽然专用执行层的设计空间很大,并在不断发展,但我讨论的是具有1/N信任假设的rollups。由于1/N的假设(相对于51%的大M),不再需要运行数千个节点。因此,在其他条件相同的情况下,rollups可以升级到更高性能的服务器。ZK rollups有一个特别的优势,因为许多节点可以简单地验证有效性证明——所以您只需要少量具有高性能服务器的完整节点。是的,您需要验证者,但是这些证明只需要生成一次,并且随着软件和硬件的进步,证明时间不断减少。

但是,在某个时候,rollups节点成为了一个瓶颈。目前,最大的瓶颈是状态增长。让我们假设状态增长得到解决,接下来的事情变得有点模糊,带宽/延迟或计算的一些组合,取决于场景。根据Dragonfly的基准,即使是像AMM swaps这样的计算密集度很低的做市商模式的交易所,BNB 链的限制也达到195TPS,Solana的限制达到273TPS。如前面提到的,由于要同步的节点少得多,rollups可以进一步缓解带宽瓶颈,但很快就会遇到计算瓶颈。Solana的devnet证明了这一点,它的运行配置更类似于一个rollups,执行425TPS,而不是273TPS。

然后是并行化。像StarkNet和Fuel V2这样的Rollups专注于并行执行;而像Optimism这样的其他团队的路线图上也有这一点。理论上,你可以在多个核心上运行不同用户的不同dapp,但实际上,这里实现的收益预计相当有限。MEV机器人将随时访问所有的状态,而费用将根据链上的金融活动来确定。因此,在现实中,你会有一个核心的瓶颈。这是智能合约链的一个基本限制。这并不是说并行不会有帮助--它是会有帮助的。例如,StarkNet的乐观并行方法,肯定是积极的--因为如果交易不能并行化,它就会回落到主核心。

认为64核CPU→64倍潜在吞吐量的想法是非常错误的。首先,如上所述,并行执行只在某些场景下有帮助。然而,但更大的问题是,64核CPU运行时的单线程性能明显降低。例如,64核EPYC的核心时钟为2.20 GHz,或3.35 GHz boost;而基于相同架构的16核Ryzen 9时钟为3.4 GHz,提升至4.9 GHz。因此,64核CPU实际上在许多交易中会明显慢一些。顺便提一下,最新的第七代Ryzen 9在几周后发布,将每个核心的速度提高到5.7 GHz,提高了15%--所以,随着时间的推移,计算能力确实对每个人都有提高。但速度远远没有许多人认为的那么快--如今翻一番需要4-5年的时间。

因此,由于快速主核的重要性,你可以扩展到最大的是16核(顺便说一下,这也是为什么你的廉价Ryzen 5在游戏中提供2倍FPS的64核EPYC的原因)。但是这些核心不太可能被利用,所以我们最多只能看到2-5倍的提升。对于任何计算密集型的东西,我们最多只考虑几百个TPS,以实现最快的执行层。

一个诱人的解决方案是ASIC虚拟机--所以基本上你有一个巨大的单核,比普通CPU核快100倍。一位硬件工程师告诉我,把EVM变成闪电般快速的ASIC是微不足道的,但会花费数亿美元。也许这对于像EVM这样的金融活动来说是非常值得的?缺点是,我们需要先解决状态管理和有效性证明的僵化规范(即zkEVM)--但也许是2030年代要考虑的问题。

回到现在——如果我们把并行的概念带到下一个层次呢?与其试图把所有内容都塞进一台服务器,为什么不把内容扩展到多台服务器上呢?这就是我们得到第三层的地方。对于任何计算密集型的应用程序来说,特定应用的rollups都是非常必要的。这有以下几个好处:

  • 针对一个零虚拟机开销的应用程序进行了优化
  • 无MEV,或MEV有限,可通过简单的解决方案来减轻有害的MEV
  • 专门收费市场也很有帮助。此外,你可以为最好的UX提供新颖的收费模式
  • 为特定目的选择的微调硬件(而智能合约链总会有一些不适合你的应用程序的瓶颈)。
  • 交易质量三难问题的解决方案--你可以不付费或支付微不足道的费用,但仍然可以通过有针对性的DDoS缓解来规避垃圾邮件。这样因为用户总是可以退出到结算层(2或1),保留审查阻力。

那么,为什么不是特定应用的L1,比如Cosmos区、Avalanche子网或Polygon超级网?答案很简单:社会经济和安全方面的分裂。让我们重新审视一下问题声明:如果我们有10万台服务器,并且每个服务器都有自己的验证器集--这显然是行不通的。如果你有重叠的验证器,每个验证器都需要运行多个超级计算机;或者,如果每个计算机都有自己的验证器集,那安全性就很小了。目前,欺诈证明或有效性证明是唯一的方法。为什么不是类似Polkadot或NEAR的分片?有严格的限制--例如,每个Polkadot分片只能做几十个TPS,而且只能有100个。当然,他们完全可以转向分形扩容的方法,我希望他们这样做--Tezos正在引领alt-l1的冲锋。

需要注意的是,欺诈的设计范围和有效性证明的执行层的范围非常广——所以并不是所有内容都需要rollups。对于大多数解决由一个应用程序或公司运行的低价值交易或商业交易的用户来说,validium是一个很好的解决方案。只有高价值的去中心化金融产品才需要完整的以太坊安全,才需要是一个rollups,真的。随着adamantium和eigenDA这样的少数人数据层想法的成熟,从长远来看,它们几乎可以像rollups一样安全。

我将跳过关于它如何工作的部分,因为StarkWare的Gidi和Vitalik已经比我做得更好。但要点是:你可以在第2层有1000个第3层、第4层或其他,所有这些都可以用一个简洁的递归有效性证明来解决;只有这个需要在第1层解决。因此,你可以做无数个TPS(如上所述,具有不同的属性),由一个简洁的有效性证明进行验证。因此,整个 “层”的术语是相当有局限性的,如果我们达到10万个服务器的目标,就会有各种野生的结构。让我们把它们看作是rollups、validiums、volition或其他,并讨论每一种的安全属性。

现在显而易见:可组合性。有趣的是,有效性证明的执行层可以与它的结算层进行单向原子式的组合。要求是每个区块都生成一个证明--我们显然还没有达到这个要求,但这是可能的--证明生成是可并行的。所以,你可以让第3层与第2层进行原子式的合成。问题是,你需要等待下一个区块的合成。对于许多应用程序来说,这根本不是问题,而且这些应用程序可以愉快地留在智能合约链上。如果第2层提供某种形式的预先确认,这也有可能得到解决,所以L3和L2之间的交易实际上是可以原子组合的。

当你可以让多个序列器/节点组成一个统一的状态时,圣杯就会进入战场。我知道至少有StarkWare、Optimism和Polygon Zero的团队正在研究相关的解决方案。虽然我对实现这一目标所需的技术工程一无所知,但它似乎确实是一件很有可能的事情。事实上,Geometry已经通过Slush在这方面取得了进展。

这就是真正的并行性的样子。一旦解决了这个问题——您实际上可以进行大量的分形扩容,并对安全性和可组合性做出最小的妥协。让我们回顾一下:你有1000个序列器组成一个统一的状态,一个简洁的有效性证明,这就是你需要验证所有这1000个序列器的全部。因此,你继承了以太坊的信任,你保留了完全的可组合性,有些继承了完全的安全性,有些继承了部分安全性,但在每种情况下,在可扩展性、安全性、可组合性和去中心化方面,都比运行1000个严重分散的单片L1有绝对巨大的净收益。

我预计今年晚些时候,第一批特定应用的L3将通过L2 StarkNet上线。当然,我们将首先看到现有的L2s有所行动。但真正的潜力将随着我们以前没有见过的新的应用而释放出来,这些应用只有在分形扩容的情况下才真正有可能实现。链上游戏或类似的项目,如Topology的Isaac或Briq,可能会成为第一批部署自己的L3的项目。

我们在这里谈论的分形扩容是非常丰富的,目前的累积费用是亚美分(事实上,Immutable X、Sorare等为0.00美元),但它们几乎没有被利用。这让我回到了区块链领域的真正瓶颈--新型应用。这已经不是鸡和蛋的情况了--我们昨天和今天都有大量的空白区块空间,但没有需求。现在是时候专注于建立新颖的应用,独特地利用区块链的优势,并构建一些真正的消费者和企业需求。我还没有看到来自行业或投资者的足够承诺--自2020年以来,应用层的创新几乎不存在。不用说,没有这些应用,任何类型的扩展--分形或其他--都是一种完全的浪费。

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