Optimistic Rollup 的两难困境：资金效率与安全性难全

以太坊爱好者 view 18407 2020-11-5 09:36

三句话讲完

我们认为，流动性提供者会更喜欢 ZKR-Uniswap（构建在 ZK-Rollup 上的 Uniswap），而非 OR-Uniswap（构建在 Optimistic Rollup 的 Uniswap），因为前者的资本效率更高。

若想提高 OR 的资本效率，需要缩短其挑战期（Dispute Time Delay，DTD），从而降低对 Layer 1 发动 “欺诈 + 审查” 攻击的成本。

从根本上来说，这是 OR 在资本效率和安全性之间的两难困境：提高资本效率一定会降低安全性。

背景

近几个月来，以太坊上的 gas 价格上涨引起了人们对可扩展性解决方案，尤其是 Layer 2 可扩展性方案，的兴趣。这类方案大致可分为两类：有效性证明 vs. 欺诈证明。我们之前在这篇文章（中文译本）和这篇文章（中文译本）中比较过这两类方案。

有效性证明类方案包括 ZK-Rollups（提供链上数据可用性）和 Validium（仅保证链下数据可用性）。以太坊主网上已经部署了类似的系统，包括我们自己的 StarkEx。

欺诈证明类方案包括 Optimistic Rollups（OR）。其中一些方案即将在公共测试网上线。OR 是最新一代欺诈证明设计，其前辈是闪电网络和 Plasma。对于那些深受以太坊拥堵之苦的去中心化应用开发者来说，OR 是很有吸引力的，因为这类方案能够保持 Solidity 代码不变，并将去中心化应用迁移至成本较低且具有可扩展性的 OR 上。

OR 背后的基本概念：只将交易数据发送到主链上。计算和状态存储不再发生在主链上，而是转移 Rollup 上，由 Rollup 上的区块生产者和验证者来执行计算工作。该方案假设至少有一位用户会及时【在挑战期（DTD）内】发现欺诈并向主链报告，从而确保系统的完整性。当一个 OP 区块（译者注：也就是发到以太坊区块链上的一批 OP 交易数据）的挑战期结束以后，该块也就被公认具有终局性了。

分析

接下来，我们将从流动性提供者和用户的角度来分析 OR。

假设有一个与 Uniswap 一样大的应用可以轻而易举地通过移植现有的 Solidity 代码来无缝迁移到 OR 上。让我们从流动性提供者和用户的角度来分析 OR。

流动性提供者

如上文所述，OR 会定义一个挑战期，以便发现并报告欺诈行为。取款的等待时间必须长于 DTD ，否则该系统很容易就会因为失窃而失去偿债能力。

出于安全的考虑，延长 DTD 会比较好，从而提高下述这种攻击的成本：

OR 验证者发现欺诈，并将 fraud_detected 交易发送至内存池。这时，OR 验证者已经履行了职责：发现并 “报告” 了欺诈。但是，只有将 fraud_detected 交易上链，这个告状才是有效的。

假设在 DTD 期间，攻击者租用足够多的算力（目前成本约为每小时 30 万美元）来挖矿，将包含 fraud_detected 交易的区块替换掉。此举可视为对 fraud_detected 交易的无声攻击。为什么说它是无声的？因为从无辜旁观者的角度来看，整个网络似乎平安无事。如果没能将包含欺诈证明的交易上链，当然不会发生交易回滚。

为了证明我们的观点：资本效率和安全性之间存在权衡关系，我们接下来会说明其由来和影响。假设 DTD 有一周的时间（有人提议过将 DTD 设为 4.5 小时（中文译本）；一些人认为时间过短带来的风险太高）。根据我们的分析，无论 DTD 是 1 天还是两周，都只是安全性和资本效率之间的权衡曲线上两个不同的点而已。根据 DTD 时长的不同，攻击者需要承担的成本也在 100 至 1000 万美元之间。攻击者承担的成本并不直接取决于其所追求的利益，如果 OR 持有数十亿美元的资产，那么攻击成本高达数百万美元也不能阻止他们。

由于流动性提供者的行为，机会成本对去中心化应用的影响很大。这段时间来，我们已经看到流动性从 Uniswap 流向 SushiSwap，又回到 Uniswap 上。将 OR-Uniswap（构建在 OR 上的 Uniswap）与 ZKR-Uniswap（构建在 ZK-Rollup 上的 Uniswap 分叉）进行对比。流动性提供者现在可以选择将资金放在 OR-Uniswap 上锁定一周时间，或放在 ZKR-Uniswap 上锁定 30 分钟（证明生成周期）。ZKR-Uniswap 有一个基本优势。从长期来看，代币经济或其它激励机制难以打败这种优势。

经常有人问我们：快速取款（Fast Withdrawal）能解决这一问题吗？能够在 OR 和 ZK-Rollup 之间创造公平的竞争环境吗？

不能。快速取款只会通过缩短取款时间来改善用户体验，不会提高资本效率：必须在 Layer 1 智能合约中锁定足够多的资金来支持整个 DTD 期间的取款。

另外，快速取款只能用于同质化资产，遇上非同质化资产（NFT）就没有用。即使对于同质化资产来说，需求量越大，机会成本越高。事实上，当很多人都想交易供不应求的同质化资产时，机会成本非常高：不妨想象一下，整个 defi 领域的用户都想交易 YFI 时，提前锁定足够支付一周取款额度的 YFI 需要多少成本。在这样收益率暴涨的时候，如果要你锁定 YFI，你希望获得多少回报？

有些人可能会说，流动性提供者不足为虑，因为整个 DeFi 领域会集中到同一个 OR 上，降低用户的取款频率和交易成本。

请注意，这一假设的前提是，没有任何去中心化应用运行在 OR 以外的地方，包括 Layer 1 和 ZK-Rollup 等。

我们认为，即使在这一场景下，随着 OR 的吞吐量增加，安全性也会下降。为什么？让我们从用户（Alice）的角度来思考。

用户

信任：Alice 可能会相信 OR，或者更具体来说，至少有一方会验证 OR 的当前状态。这就意味着，从 Alice 的角度来说，OR 在本质上是一个可信系统。可信系统以惊人的规模运作，通常是高价值企业（例如，Coinbase、币安和传统银行）的基础。这些企业在努力不辜负信任，因为它们的声誉越来越好。

不信任：Alice 可以亲自验证 OR 的状态。遗憾的是，验证 OR 的成本与 OR 的吞吐量成正比：例如，如果 OR 将以太坊的可扩展性提高 20 倍，验证成本也会提高 20 倍。久而久之，只有少数富人才能负担得起高吞吐量 OR 的验证成本。

就今天来看，这种担忧也不是杞人忧天：目前，验证以太坊是一种利他行为。一些人认为，当前以太坊的验证成本之高，已经到了会损害去中心化的地步：受成本的影响，验证以太坊完整性的网络参与者在减少。换言之，去中心化程度降低和安全性降低才是真正的问题。