如何解決「大區塊鏈」的中心化問題？V 神提出「合理路線圖」

作者：Vitalik Buterin

翻譯：Block unicorn

特別感謝來自 Optimism 和 Flashbots 的一大批人對本文的討論和想法，以及 Karl Floersch 、 Phil Daian 和 Alex Obadia 的反饋和審查。

考慮一般的「大區塊鏈」——非常高的區塊頻率，非常大的區塊大小，每秒數千筆交易，但也高度集中：因為區塊太大，只有幾十或幾百個節點可以運行一個完全參與的節點，可以創建區塊或驗證現有鏈。至少按照我的標準，如何才能使這樣的鏈可以無需信任和抗審查？

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這是一個合理的路線圖：

添加第二層抵押，對資源要求低，以進行分散式區塊驗證。一個區塊中的交易被分成 100 個桶，每個桶後面都有一個 Merkle 或 Verkle 樹狀態根。每個二級質押者被隨機分配到其中一個桶中。一個區塊只有在分配給每個儲存桶的至少 2/3 的驗證者簽署時才會被接受。
引入欺詐證明或 ZK-SNARK，讓用戶直接（且廉價）檢查區塊有效性。 ZK-SNARKs 可以直接加密證明區塊有效性；欺詐證明是一種更簡單的方案，如果一個區塊有一個無效的桶，任何人都可以廣播該桶的欺詐證明。這在隨機分配的驗證器之上提供了另一層安全性。
引入數據可用性採樣，讓用戶檢查區塊可用性。通過使用 DAS 檢查，輕客戶端可以僅通過下載一些隨機選擇的塊來驗證塊是否已發布。
添加二級交易渠道以防止審查。一種方法是允許二級抵押者提交下一個主區塊必須包含的交易列表。

做完這一切之後，我們得到了什麼？我們得到了一個區塊生產仍然集中的鏈，但是區塊驗證是去信任的和高度分散的，並且專門的反審查魔法可以防止區塊生產者進行審查。這在美學上有些醜陋，但它確實提供了我們正在尋找的基本保證：即使每個主要利益相關者（區塊生產者）都打算進行攻擊或審查，他們能做的最壞的事情就是完全下線，此時鏈停止接受交易，直到社群匯集他們的資源並建立一個誠實的主要利益相關者節點。

現在，考慮一下 Rollup 的潛在長期未來……

想像一下，一個特定的 Rollup ——無論是 Arbitrum 、 Optimism 、 Zksync 還是全新的東西——在設計他們的節點實現方面做得非常好，如果提供足夠強大的硬體，它真的可以每秒處理 10,000 筆交易。這樣做的技術在原則上是眾所周知的，多年前 Dan Larimer 和其他人已經實現了：將執行拆分為一個 CPU 線程，運行無與倫比但廉價的業務邏輯，以及大量其他線程運行昂貴的業務邏輯。但高度並行化的密碼學。還想像一下，以太坊通過數據可用性採樣實現分片，並且有空間在其 64 個分片之間儲存該 Rollup 的鏈上數據。結果，每個人都遷移到此 Rollup 。那個世界會是什麼樣子？

再一次，我們得到了一個世界，在這個世界中，區塊生產是集中的，區塊驗證是去信任的和高度去中心化的，審查制度仍然被阻止。 Rollup 區塊生產者必須處理大量的交易，因此這是一個很難進入的市場，但他們無法推動無效區塊。區塊可用性由底層鏈保證，區塊有效性由 Rollup 邏輯保證：如果是 ZK Rollup ，則由 SNARK 確保，只要有一個誠實的參與者在某處運行欺詐證明節點， Optimistic Rollup 就是安全的（他們可以用 Gitcoin 補助金補貼）。此外，由於用戶始終可以選擇通過鏈上二級包含渠道提交交易，因此 Rollup 排序器也無法有效審查。

現在，考慮 Rollup 另一個潛在長期未來……

沒有一個 Rollup 能夠成功地與大多數以太坊活動保持一致。相反，它們都以每秒幾百筆交易的速度達到最高。我們可以預見以太坊的未來將由多個 Rollup 組成—— Cosmos 多鏈願景，但這是在提供數據可用性和共享安全性的基礎層之上。用戶經常依靠交叉 Rollup 橋接在不同 Rollup 之間切換，而無需在主鏈上支付高額費用。那個世界會是什麼樣子？

似乎我們可以擁有一切：去中心化驗證，強大的審查阻力，甚至分散式區塊生產，因為 Rollup 都非常小，很容易開始生產區塊。但是區塊生產的去中心化可能不會持久，因為跨域 MEV 的可能性。能夠同時在多個域上構建下一個區塊有很多好處：您可以創建利用套利機會的區塊，這些機會依賴於在兩個 Rollup 中進行交易，或者一個 Rollup 和主鏈，甚至更多複雜的組合。

因此，在多域世界中，控制所有域上的塊生產的同一個人面臨著巨大的壓力。它可能不會發生，但很有可能會發生，我們必須為這種可能性做好準備。我們對於它可以做些什麼呢？到目前為止，我們所知道的最好方法是結合使用兩種技術：

Rollups 實現了一些機制來在每個時隙拍賣出塊，或者以太坊基礎層實現了提議者/構建者分離（PBS）（或兩者）。這至少確保了區塊生產中的任何集中化趨勢都不會導致完全由精英捕獲和集中的權益池市場主導區塊驗證。
Rollup 實現抗審查旁路通道，並且以太坊底層工具 PBS 反審查技術。這確保瞭如果潛在高度中心化的「純」區塊生產市場的贏家試圖審查交易，則有辦法繞過審查。

那麼結果如何呢？區塊生產是集中的，區塊驗證是去信任的和高度分散的，並且仍然可以防止審查。

那麼，這意味著什麼？

雖然構建可擴展且安全的長期區塊鏈生態系統有很多途徑，但看起來它們都在朝著非常相似的未來發展。區塊生產最終會集中化的可能性很高：Rollup 中的網絡效應或跨域 MEV 的網絡效應以各自不同的方式推動我們朝著這個方向前進。但是，我們可以做的是使用協議級的技術，如委員會驗證，數據可用性採樣和旁路通道，以「規範」這個市場，確保獲獎者不能濫用權力。

這對區塊生產者意味著什麼？區塊生產很可能成為一個專門的市場，領域的專業知識很可能會跨越不同的領域。一個好的 Optimism 塊生產者的 90% 也造就了一個好的 Arbitrum 塊生產者，一個好的 Polygon 塊生產者，甚至是一個好的以太坊基礎層的塊生產者。如果域多，跨域套利也可能成為重要的收入來源。

這對以太坊意味著什麼？首先，儘管存在固有的不確定性，但以太坊非常適合適應這個未來世界。以以太坊 Rollup 為中心的路線圖的深遠好處是這意味著以太坊對所有的未來都是開放的，並且不必就哪一個必然會獲勝發表意見。用戶會非常希望在一個 Rollup 上嗎？以太坊遵循其現有的路線，可以成為其基礎層，自動提供高容量域需要安全的反欺詐和反審查「盔甲」。製作大容量域在技術上是否過於復雜，還是用戶只是對多樣性有很大的需求？以太坊也可以是它的基礎層——而且是一個非常好的基礎層，因為共同的信任根使得在 Rollup 之間安全、廉價地轉移資產變得更加容易。

而且，以太坊研究人員應該認真考慮區塊生產中實際上可以實現的去中心化程度。如果跨域 MEV（甚至來自一個 Rollup 的跨分片 MEV 佔用多個分片）使其不可持續，那麼添加複雜的管道以簡化高度分散的塊生產可能是不值得的。