观点丨以太坊2.0技术分享

最近在以太坊2.0的研究中引入了zk-rollup技术，理论上可以将交易提升到3000TPS。

它接近集中式系统的性能。 众所周知，目前Visa网络的平均TPS为2000。

这是以太坊使用zk-rollup技术的理论性能对比

每个批次（一个批次是一个 zkRollup 块）包含 2048 个（简单的以太坊）交易和一个 zk 证明。 然而，由于 EIP 1108 和 EIP 2028 这两个提案的实施，交易和证明的 gas 成本现在都发生了变化：每笔交易 8.125 字节。

目前，每笔交易仅需花费 16 gas/byte，因此每笔交易的 gas 成本为 8.125*16=130 gas。 由于每批次有 2048 笔交易，因此每批次的交易成本为 130 * 2048 = 266,240 gas。

如果将 15 个批次插入到一个以太坊区块中，因为每个批次可以容纳 2048 笔交易以太坊节点搭建有什么用，这意味着我们每个区块可以有 15 * 2048 = 30,720 笔交易。

30,720 个事务/15 秒 = 每秒 2048 个事务。

当然，上述知识的理论推导还有一些实际问题需要解决：每个zkRollup batch都需要一个简短的加密证明（zk-SNARK）来证明batch中交易的完整性。 事实证明，生成此证明的计算成本很高。 这是达到理论吞吐量极限的主要瓶颈。

目前使用一个 CPU 和三个 GPU，生成一个这样的证明需要几分钟时间。 虽然通过并行计算可以显着提高性能，但将证明生成时间从几分钟缩短到几秒钟，同时保持合理的成本，仍然是一个重要的挑战。

最后说一下零知识证明，它用于保护区块链上的数据隐私，非常适合医疗行业的电子病历（HDR）场景。

要了解零知识证明，可以回顾一下阿里巴巴和四十大盗的故事：

当强盗用打开洞窟石门的咒语折磨阿里巴巴时，他对强盗说：“你离我只有一箭之遥，把你的弓箭对准我，当你举起右手时，我会念咒开石门，举起左手，我念咒关石门，若失败或逃走，你用弓箭射我。”

阿里巴巴证明自己知道咒语，同时也没有透露咒语的具体内容。

zk-SNARKs、Zk-STARKs和BulletProofs（防弹证明）是区块链隐私技术中使用的三种主要的零知识证明技术。 为了比较：

1. Bulletproofs和Zk-STARKs不需要可信设置，而zk-SNARKs需要可信设置； zk-STARKs：是通过证明者和验证者之间的交互来执行的，使用有效的数学方法让验证者通过验证每一步，最终确信证明者确实知道某项信息或有某项兴趣。

其特点是：证明快，验证快，但证明量大。 SNARK 是指双方不需要交互，证明者单方面发行即可，双方无需重复传递信息。 其特点是：证明慢、验证快、证明量小。

2. 证明速度对比：Zk-STARKs > zk-SNARKs > Bulletproofs

3. 文件大小：zk-SNARKs < Bulletproofs

简单一句话：Zk-STARKs太大，bulletproofs太慢，优点是不用预装，zk-SNARKs最好。

目前已经有相当成熟的第三方库可以用于零知识证明的开发和研究。

该领域也是学术研究的热点，近几个月公布了许多与 zk-SNARK 构建相关的新突破。 新发现是臭名昭著的“可信设置”目前是多余的，这意味着可以使用通用计算。 然而，很难找到有关这些新构造的可理解信息。

新的零知识证明结构解决了设置过程的局限性，这意味着像智能合约这样的任意代码都可以作为 zk-SNARKs 运行。 通常有两种做法：

透明设置：设置过程会创建一个公开的参考字符串，但不会产生有毒废物。 这类似于 zk-STARKs 的工作方式。 Fractal、Halo 和 SuperSonic-CG 都使用透明度设置。 这种方法的缺点是证明大小通常很大。 Factal 和 zk-STARK 证明的大小可达 250kB，这对于区块链应用程序来说是不切实际的。

Fractal 团队告诉我，他们正在努力减小证明大小。 Halo 和 SuperSonic 的证明大小为 10kB 或更小。 （注：zk-STARK是具体的零知识证明的名称，类似于Groth16或Fractal）

通用设置：设置过程会创建结构化参考字符串，这会产生有毒废物，但创建不再局限于单个电路。 相反，一个参考串可用于无限数量（有一定上限）的任意电路。 示例包括 Marlin、SuperSonic-RSA 和 Plonk。

仪式结束后，可以更新这三个构造的参考字符串以提高安全性：如果当前有毒废物泄漏，只需更新建立过程即可再次保护系统。 （一些常见的 zk-SNARK，例如 AuroraLight 和 Libra，使用静态不可升级的通用设置。我们不会在这篇博文中讨论这些）。

该表是一些 zksnark 算法的性能比较。 在证明者方面，为每个 zk-SNARK 构造创建证明需要 O(n log n) 时间。 不同之处主要在于证明的大小、验证时间和引用字符串的大小。

综上所述，我们主要考察了以太坊2.0的三个技术点：sharding、zkrollup和zksnark。

涉及到很多理论知识和算法，需要一定的时间去理解。 但重点仍然在于这些算法的用途以及如何使用它们。

问答

Q1：以太坊已经完成分叉，那么对后续会有什么大的影响吗？

答：以太坊的分叉是一种软件升级。 以太坊的升级方向是以太坊社区希望发展的方向，所以每次升级，网络都会更安全、更高效，也更符合社区治理的理念。

我们平时软件开发的这种快速迭代是有原因的。 唯一不同的是，以太坊是一个承载着千亿资产的金融系统，每次升级，资产的安全性和服务的连续性都没有受到丝毫影响。 这就是为什么这个项目值得关注的原因。

Q2：方便简单介绍一下solidity语言吗？

答：solidity是以太坊特有的一种脚本语言，其语法与javascript非常相似。 它具有高级语言的大部分特性，最常用的操作是对以太坊账户和账户中的余额进行操作。

Solidity非常适合实现数字资产，比如ERC20、ERC721、ERC777都是非常常用的数字资产类型。

非常热闹的币圈项目资产都是围绕ERC20的，以Ethercat为代表的区块链游戏使用的是ERC721标准。

Q3：区块链平台的迭代受大众影响，不能太快太激进。 比如会出现分叉问题。 你觉得这个问题未来能解决吗？ 在软件平台上，通常会出现马太效应，即赢者通吃。 现在以太坊在平台上排名第一，是否意味着其他平台就没有机会了？ 去中心化，也就是DAO的理论以太坊节点搭建有什么用，看似是从以太坊渗透而来，但实际上权力的集中会带来效率。 你怎么看待这个问题？

A：首先要明确的是，区块链项目的成功并不仅仅依赖于技术。 V神的文章也提到，社区远比代码重要。 代码只是实现社区治理和规则的工具。

在解决一些基本问题时，不会用到非常先进的技术。 相反，区块链中的智能合约和代币机制是组织改进的核心内容。

区块链平台的迭代，现在可以说是满足了很多应用场景。 但是以太坊服务于全球用户，所以技术难度会更大。

我们在研究区块链的时候，更多的关注点还是在于如何将区块链技术落地，改造一个行业，或者解决一些核心的社会问题，比如医疗、教育等。

以太坊的DAO是一个很好的idea，去中心化也是相对的，就是多中心化。 PoS的思想是stakeholder关系越大，投票权重越大。 不是每个人都可以投票。

Q4：请问王总，以太坊生态中普通个人开发者最大的机会在哪里？

答：我们面临的未来是一个可编程的社会。 有大量的业务规则和逻辑需要转化为智能合约。 人工智能解决了生产力问题。 区块链可以更有效和公平地管理这些生产力。 如果我们开发者理解了这些原理，就可以帮助实现这些逻辑，在特定场景下贡献社会价值。

当然，区块链底层有很多技术挑战，但这更适合有一定学术研究基础的同学。

技术参与建议还是区块链应用方向，区块链底层不适合大部分人。

比如做区块链的工具是个不错的主意，比如imtoken之类的参考。 比如：etherscan之类的。

Q5：对于DApp的发展方向，您有什么好的建议吗？

A：广义来说，我觉得有几个方向，一个是金融，一个是个人信息。 金融是数字资产的交易、投资、增值等，因为这个领域越来越合规，监管也进来了。个人信息的隐私保护越来越受到重视，个人征信、健康档案、而个人消费画像越来越需要恢复主权。

Comunion的DAO，这是一个不是公司，而是超越公司的组织。 来自不同背景、不同视角的思想碰撞在一起，会产生非凡的效果。

DAO的财务和人事管理需要借助DApp这样的工具。

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