Thread by @BMANLead

《Web3创什么业》 扩容篇

“为了解决问题，在各种矛盾中，应当抓住主要矛盾。”——毛主席

抓主要矛盾，就像打蛇打七寸，创业抓风口。从主要矛盾切入，找最重要的问题，往往是创业最重要的方向，投资最重要的机会。

所以，「主要矛盾」= 主要机会

那么，区块链行业的主要矛盾是什么？

如果说过去4年整个区块链行业有一个主要矛盾，那就是「以太坊的扩容」。

几乎所有最前沿的科研，最高市值的项目，最耀眼的投资收益，都围绕着这一个问题，由此Solana创造了400倍收益、Polkadot 100倍、Avalanche 100倍、还有Near、Cosmos、Starkware等生态群雄并起，从诸多角度解决区块链这一核心问题

区块链这个核心的矛盾——扩容，真正意义上推动区块链进入黄金时代。
以太坊拥堵的时代背景造就了最好的问题，造就了最宏大的叙事，也产生了最好的创业方向和最辉煌的项目，这就是 #Web3创什么业 的第二篇——扩容篇。我们从各个扩容的解决方案去看创业和投资的机会。

1、方案一：新的架构

区块链的扩容史，与CPU的扩容史及其相识，它们都是从架构切入。

我们看区块链和CPU的本职工作都一样——都在处理计算和进程的问题。所以，区块链是宏观的CPU，由全世界分布式节点组成，CPU像是微观中心化的区块链。
因此，研究区块链的扩容，我们可以研究CPU进化的历史。

CPU的进化，简单的总结经历了三个阶段：
第一代：单线程处理器
第二代：多线程处理器
第三代：模块化处理器

80后90后可能印象深刻，当年玩的电脑CPU从单核奔腾G840，到多核赛扬奔腾，再到模块化的处理器，性能越来越强大。

今天，CPU走过的进化历史仿佛在区块链重演。

区块链也同样走过了三代：
第一代区块链：单链架构——Ethereum
第二代区块链：多链架构——Polkadot、Cosmos
第三代区块链：模块化架构——Celestia+Ethereum+Rollup

什么是模块化区块链（Modular Blockchain）？

就是将一条单链区块链做的事情进行分工，解耦成共识（consensus）、执行（execution）、数据可用性（data avalability）三个层，提供了一个可插拔的执行层、数据可用性层和共识层。三个层各自分工，各司其职效率最大化。

打个比方，一个公司创始人最开始把管理、运营、技术都干了，现在分成CEO、COO和CTO三个人干，各自分工发挥所长效率就可以做到最大化。

模块化区块链，本质上就是把链也变成了积木，每个积木有最擅长的优势，互相组合就可以把链的性能做到最大。将可组合性从应用间可组合，推动到了到链与链间可组合。

@CelestiaOrg
是模块化区块链的代表，单独把数据可用性（data avalability）解耦成为一层，为Rollup等执行层提供数据可用性服务。
那什么是数据可用性呢？
区块链上一笔交易被达成，交易结果会广播至全链确认，节点不知道这个广播信息是否包含了假消息，Celestia就是为了解决这个问题单独出来的DA层。

2、方案二：共识算法

模块化区块链从架构层面进行扩容，把链分为共识层、执行层和数据可用性层，这三个方向又可以进一步作为扩容方案优化。

共识算法可以说是密码学和区块链的皇冠明珠。
在一个去中心的系统中，节点互不信任，需要一个共识来决定谁来出块，这就是共识算法。

@avalancheavax 就是创新了雪崩共识协议来提升链的性能，本质是通过多次重复的随机抽样方式来使节点之间达成共识，其性能会随着参与程度的增加而呈指数下降，因为所有的节点都是同时验证且不需要参与全局投票，即没有通信延迟，具有可扩展性，高性能和安全性特点。

@solana
创新了基于历史时间证明(Poh)共识协议，利用Pos和Poh(历史时间证明)双机制在无分片下实现高性能。Solana认为公链性能最大的障碍是在于无法对交易的先后顺序达成一致，如果能有一个类似谷歌原子钟这样的时钟，记录整个区块链的顺序，那就可以大大提高性能。基于此诞生了时间证明(Poh)共识协议

3、链下扩容：分层
分层扩容是改变区块链的使用方法，将原先放在以太坊链上执行的计算、 存储等活动放在主链外的“二层(Layer2)”协议中执行。二层的所有活动需要生成一个证明并提交到主链上，证明主链外发生的一切活动是可信的。
关于Layer2写的最好的文章是 @0xOar 写的：
mp.weixin.qq.com/s/VLebxbNZN3rG…

目前最主流的分层方案是Rollup，其中又分为Optimistic Rollup和ZK-rollup

Optimistic Rollup
Optimistic Rollup选择乐观的相信提交者提交的batch是正确的，除非有人通过一个欺诈证明来证明提交者是其实是一个坏蛋，他提交了一个错误的batch，然后进行回滚。类似法律中的“无罪推定”。

Optimistic Rollup的优势：
比较容易支持通用型合约/兼容EVM，对于开发者来说，开发难度会相对低一些。迁移成本也比较低。

缺点：
采用欺诈证明，退出的时间比较长，目前大多数退出时间为7天。 网络进入挑战争议时，网络运行会停滞。

@arbitrum 是目前领先的Optimistic Rollup方案
采用流水线区块处理方式加快网络运行速度，多轮交互挑战机制确保二层安全性，其亮点是:1)采用了多轮交互的挑战机制;2)流水线的区块处理方式;3)对赌的质押经济模型。
2021年以估值12亿美元融资1.2亿美元，Polychain、Alameda等投资，目前TVL达到20亿美金

Zk-rollup
代表另一类解决方案是ZK Rollup，与Optimistic Rollup不同，ZK Rollup做了这样的根本假设：不相信提交者能主动提交正确的batch，或者说类似法律学中的“有罪推定”。
提交者在提交batch要携带一个ZK-SNARK证明，可以直接用来被验证所提交的batch的正确性。

Zk-rollup优点：
退出网络的时间相对比较快，不再需要在提交后再等待7-14天来做验证。
Zk-rollup缺点：
生成零知识证明需要大量计算， 对硬件要求可能比较高，需要投入比较多的计算资源。零知识证明中涉及电路的计算，因此在支持通用型合约/兼容EVM上的开发难度比较大。

@zksync 是代表性的ZK-rollup方案，团队为Matter Labs，使用基于SNARKs证明 (尤其是 PLONK)的zk系统。系统的安全性依赖于2019 年秋天推出的一套信任设置(Multi-party Computation Ceremony)。其预测的TPS可以到达2,000。2021年11月进行了价值5000万的B轮融资。

@StarkWareLtd
发明了基于STARKs证明的密码学技术，与SNARKs证明(zkSync)相比有两个优势：
"T" 指的是 "transparent"(透明的)，这意味着系统运行无需信任设置；生成STARKs证明的速度比SNARKs的快10倍。缺点是开发成本极高。
StarkWare在2021年11月进行的价值5000万美元的C轮融资，目前估值60亿美元。

那么很多人会问，未来的Layer2，Optimistic Rollup和Zk-rollup谁会胜出？

Optimistic Rollup的优点是更容易兼容EVM，但有7-14天退出时间的问题；
而ZK Rollup则能够实现快速提款，在ZK Rollup实现完全兼容EVM后，相对Optimistic Rollup会有很大的优势。

随着ZK的成熟，我认为ZK的解决方案会胜出。

ZK过去主要用在隐私，但现在越来越多的被用在验证上。
在以太坊上，验证一笔交易是否正确，验证算力要达到矿工算力1:1，但是用ZK方案可以低到100,000分之一，也就是ZK验证成本可以降低6个数量级。
随着ZK的成熟，将来相对于市场的解决方案有巨大的优势。

4、链上扩容：分片
分片（sharding）是受传统数据库分片概念的启发，数据库分割为多个部分存在不同的服务器上，网络交易也会被分到不同的分片中。每个节点只处理一小部分交易，并且它将与网络上的其他节点并行执行。这样原本只能验证一个区块的时间内，可以同时验证多个区块，从而完成对吞吐量的扩展

@NEARProtocol 使用了夜影(Nightshade)分片技术，可以将网络分割成多个分片，保证计算工作是以并行方式执行，是采用分片技术的头部项目。

除了以上模块化、分层和分片的扩容方式，还有像多链网络等扩容方案，如Cosmos IBC、polkadot的卡槽、Octopus的应用链等，多链架构和分层的边界正在逐渐模糊。

总结，区块链扩容方案主要集中在三个方向：
更快的共识算法；
更多的层级；
更高效的模块化分工。

「扩容」这一个核心的矛盾，造就了最宏大的创业机会，也产生了最辉煌的投资收益。

以太坊从两年前97%的市场份额，下降到今天55%，从周家天下，到春秋五霸，再到战国七雄，区块链进入黄金时代。

那未来这个核心矛盾是否还存在？

答案是肯定的。
Vitalik发布了以太坊6年的路线图，从The Merge到The Surge实现分片和分层扩容至少还有3年的时间。未来3年，区块链最大的核心矛盾依然还是扩容。这也会是新的扩容叙事最好的时间窗口。我也会重点关注这方面的机会，欢迎有想法的开发者和团队和我们探讨