Layer2详解：从以太坊状态转移到Rollup
- blockmagnates
- 发布于 5小时前
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本文深入浅出地介绍了Layer2的概念、工作原理以及重要性。文章以以太坊的状态机为基础，解释了Layer2如何通过Rollup技术，包括Optimistic Rollup和ZK-Rollup，在不牺牲安全性的前提下扩展以太坊的交易速度和降低费用，并讨论了Sequencer的作用以及数据可用性(DA)的重要性。
Layer 2 正在受到越来越多的关注，但要看清全貌并不总是容易的。
大家好，我是 Daniel，一位拥有大约三年区块链经验的区块链工程师，目前正在研究数据可用性。
这是我的第一篇博客。我希望这篇博客能让你清楚地了解 Layer 2，这是通过我对区块链技术的热情和热爱分享的。
- 介绍：
以太坊是一个安全且去中心化的 layer 1，但它每秒只能处理大约 15 笔交易。这导致了高额费用和拥堵。
=> Layer 2的出现是为了解决这个问题。
当你第一次研究 L2 时，你经常会看到这样的图表：数千笔交易在链下捆绑，然后压缩成以太坊上的单个证明。
对于初学者来说，这可能会让人感到困惑——L2 到底与 L1 有什么不同？
=> 这篇博客将为你全面概述 L2 的工作原理！！
- 以太坊作为状态机：
从核心上讲，以太坊只是一个巨大的状态机：每笔交易都会获取当前状态，应用来自新区块中交易的更改，并生成一个新状态。
以太坊只是一个巨大的状态机：将交易应用于当前状态，你就会得到一个新的状态。
好的很酷，那么 state 是什么？
在以太坊中，state 不仅仅是一个抽象的概念——它实际上存储在一个名为 世界状态 trie 的特殊数据结构中。
这个trie 跟踪区块链上的每个账户。每个帐户状态包括以下字段：
- nonce（从此账户创建的交易数），
- balance（ETH 数量），
- storageRoot（智能合约的状态，如果是账户则为空），
- codeHash（智能合约代码，如果有）。
因此，当我们说“以太坊将交易应用于状态”时，真正发生的是 trie 内部的这些帐户状态正在更新，并且 trie 的根哈希发生变化——代表新的全局状态。
以太坊的世界状态 trie
看起来有点复杂，对吧？别担心——让我们一起看一个简单的例子。
假设在以太坊中，Alice 拥有 5 ETH，Bob 拥有 10 ETH。状态将如下所示：
现在，alice 创建一笔交易向 Bob 发送 3 ETH。当交易被包含到新区块时，Alice 的 nonce 将增加到 11，并且 Alice 和 Bob 的余额将发生变化。
很酷吧？这是关于以太坊的基本理解，像比特币这样的其他区块链也有相同的规则！！
在网络 p2p 中，此状态必须在节点/验证器之间相同。这将形成一个由多个验证器参与的对等网络。这是关于验证器数量随时间变化的统计信息：https://beaconcha.in/charts/validators . 目前有 100 万个验证器。
以太坊网络层中节点的示例，一个节点将连接到其他一些节点。
=> 现在是时候谈谈本文的真正主角了：Layer 2。
- Layer 2：超越以太坊的限制来扩展它：
Layer 2 不是一个具有自己验证器集的链。相反，用户仍然参与以太坊生态系统——他们将资产转移到 Layer 2，并在那里享受高速和低费用。
因此，如果它看起来像一条新链，那么 Optimism 与 Cosmos 或 Aptos 有什么不同？
=> 关键是 L2 不运行具有验证器的独立共识。
交易由 sequencer 排序，但状态最终在以太坊上得到保护。L2 不依赖于其自己的验证器网络，而是将其状态承诺或证明发布到以太坊上的智能合约——继承以太坊的安全性。
=> 太酷了，不用让很多节点都持有 world state trie 了。现在，这个东西存储在以太坊的智能合约中。
L1 和 L2 之间交互的示例
注意：除了 rollup 合约，我们还有桥合约，它通过证明帮助用户将 ETH 从 L1->L2 和 L2->L1 连接起来。
Rollup 合约中的证明是什么？
这是一种证明在 L2 中对一个区块应用交易后，你将准确收到新状态的方式。
就像上面以太坊的例子一样，在执行来自 Alice 的交易后，以太坊的新状态将是“Alice 拥有 2 ETH，Bob 拥有 13 ETH”。
但是我们 不能 在以太坊上的智能合约中重新执行所有交易来检查这一点——这在 gas 方面会过于昂贵，并且超出了智能合约的限制。相反，rollup 使用 特殊证明 来有效地让以太坊相信新状态。
=> 这就是我们有不同类型的 rollup 的原因——每种 rollup 都使用不同的方式来提供证明。例如，Optimism 依赖于 欺诈证明，而 zkSync 依赖于 有效性证明。
Optimistic Rollup 如何工作？
- 用户将交易发送到 L2 sequencer。
- Sequencer 对它们进行排序并在链下执行它们，然后更新 L2 状态（这是 L2 上的一个新区块）。
- Sequencer 将该区块的 状态根 提交给以太坊上的 Rollup 合约。
- 提交状态根时，sequencer 还会锁定抵押品并启动一个 7 天的挑战窗口。=> 这就是为什么你在 Optimism 中将代币从 L2 提取到 L1 时。链接：https://docs.optimism.io/app-developers/bridging/standard-bridge?utm_source=chatgpt.com。
- 在此窗口期间，以太坊乐观地接受状态根，但尚未最终确定。
- 挑战者运行他们自己的服务器并重新执行交易，以检查 sequencer 是否诚实。
- 如果挑战者检测到欺诈，他们会将 欺诈证明 提交给以太坊。
- 以太坊在链上重放有争议的交易；如果欺诈得到确认，则 sequencer 的保证金将被削减，并且无效区块将被丢弃。
- 如果在 7 天内没有提交有效的挑战，则状态根将变为最终状态。
Zk-Rollup 如何工作？
在 zk-rollup 中，流程看起来与乐观 rollup ⚡ 非常相似。关键区别在于，每次状态更新都附带一个使用 zk 的 有效性证明 🧾。
=> 以太坊会立即验证此证明，如果有效，则状态根会立即最终确定 ✅。
=> 这就是为什么从 zk-rollup 中提取资金可以几乎立即发生（与乐观 rollup 相比，没有 7 天的等待期）。
太棒了，到目前为止，你应该对 rollup 的工作原理有了扎实的了解。现在，让我们继续讨论最后一块拼图：sequencer。
什么是 sequencer？
Sequencer 是整个网络，是由其他第三方（如 Optimism Foundation）运行的服务器。
当你通过 RPC 端点（如 https://rpc.ankr.com/optimism）发送交易时，是另一端的 sequencer 接收它。Sequencer 充当单个入口点：它接受你的交易，对其进行排序，在 Layer 2 上执行它，然后将结果发布回以太坊。
有不同类型的 sequencer 设计，但今天大多数 rollup 依赖于由团队本身运行的 中心化 sequencer。
但是等等——如果 sequencer 是中心化的，这是否意味着基金会或核心团队实际上控制着用户的资金？🤔
答案是否。
Sequencer 可以决定交易的顺序或延迟它们，但它不能窃取或控制用户资金。
如果 sequencer 恶意行事，挑战者可以介入并提交欺诈证明来惩罚它——这些挑战者甚至可以由用户自己运行，以保障系统安全。
如果 sequencer 离线或关闭其服务器，用户仍然可以生成证明并直接从以太坊 Layer 1 合约中提取资金。那是因为所有资产最终都存在于以太坊上，而不是由 sequencer 保管。
=> L2 是安全的，不仅为你提供速度，还为你提供低费用的交易。
- 结论：
通过以上各节，你现在应该对 Layer 2 是什么、它是如何工作的以及为什么它很重要有了一个扎实的理解。从状态机到证明，再到 sequencer 的作用——我们已经涵盖了使 rollup 成为可能的必要部分。
但还有一个大问题尚未解决：
如果用户或挑战者无法访问底层交易数据，他们如何证明状态是错误的？
如果所有交易数据仅由 sequencer 持有，则会出现一种危险的情况：sequencer（甚至其背后的基金会）可能会隐藏或扣留数据，提交无效状态，并且没有人能够证明欺诈。换句话说，如果数据不可用，安全性就会崩溃。
这就是 数据可用性 (DA) 概念的用武之地——确保每个人都可以访问交易数据，而不仅仅是 sequencer。DA 已成为当今最热门的研究课题之一，以太坊本身也在研究解决方案，例如即将推出的升级中的 PeerDAS，以应对这一挑战。
=> 我们将在下一篇博客中讨论这个问题。😉 祝你有个愉快的一天！
- 原文链接： blog.blockmagnates.com/l...
- 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～
