Door Andreas Freund, lid van de Mainnet-belangengroep van de EER
Het volgende is een huidige stand van zaken van het minirapport van het Ethereum-schaalbaarheidsecosysteem, dat langer en diepgaander is dan een standaard blogbericht.
Veel ondernemingen hebben private Blockchain-consortia verlaten vanwege verschillende factoren:de afwezigheid van betekenisvolle netwerkeffecten in private Blockchain-implementaties – waardoor ze duurder en omslachtiger worden om te beheren binnen een consortium van concurrerende entiteiten dan een gedeeld databasesysteem – evenals de gebrek aan toegankelijkheid van het DeFi-ecosysteem met zijn nieuwe en snelgroeiende en daarom zeer winstgevende activaklassen. Ethereum Layer 2 (L2) schaalbaarheidsoplossingen bieden de mogelijkheid om de vierkante pin van Ethereum Mainnet in het ronde gat van zakelijke beveiligings-, privacy- en compliancevereisten te passen, aangezien veel L2-oplossingen de facto gecentraliseerde databases zijn met slimme cryptografie. Ze kunnen ook toegang bieden tot de wereld van DeFi-activaklassen, waardoor Mainnet-netwerkeffecten via die DeFi-activaklassen naar bedrijfsoplossingen kunnen overgaan. Dit zorgt voor een nieuwe en symbiotische relatie tussen zakelijke use-cases op L2 en het Ethereum Mainnet door zowel activa- als gebruikersgroei.
Het Ethereum Mainnet is het slachtoffer geworden van zijn eigen succes omdat het momenteel een belangrijk knelpunt vormt voor de groei van zijn ecosysteem; netwerkproblemen zijn ontstaan als gevolg van hoge transactiekosten en het beperkte aantal toegestane transacties per blok, waardoor de economische levensvatbaarheid van op Ethereum gebaseerde protocollen, start-ups en anderen met degelijke bedrijfsmodellen in gevaar komt. Hoewel Eth2, de volgende versie van Ethereum, een 100x grotere schaalbaarheid van transacties en aanzienlijk lagere transactiekosten belooft, is de uitrol nog 12 maanden of langer verwijderd. Ethereum-schaalbaarheidsuitdagingen moeten vandaag worden aangepakt als Ethereum zijn leidende positie als het meest populaire en meest gebruikte blockchain-netwerk ter wereld wil behouden.
In de afgelopen 2-3 jaar zijn er verschillende soorten oplossingen ontstaan die de uitdagingen op het gebied van schaalvergroting en transactiekosten aanpakken. Wat ze gemeen hebben, is dat ze allemaal de zware transactieverwerking uitvoeren buiten het Ethereum Mainnet (d.w.z. off-chain) in verschillende vormen van gecentraliseerde of gedecentraliseerde computeromgevingen, terwijl Mainnet in verschillende vormen wordt gebruikt als het beveiligings- en gegevensintegriteitsanker. Deze oplossingen zijn wat in de volksmond Layer 2 (L2) wordt genoemd, omdat het oplossingen zijn die boven het Ethereum Mainnet zitten, ook wel Layer 1 genoemd.
Hieronder volgt een kort overzicht van de belangrijkste categorieën van schaalbaarheidsoplossingen, gevolgd door een korte beschrijving van de kenmerken van elke oplossingscategorie:
Figuur 1:L2-categorisaties; Bron:Token Terminal
Staatkanalen
Staatskanalen schalen het Ethereum Mainnet door transacties buiten de keten uit te voeren via beveiligde kanalen die tussen partijen zijn opgezet. Ze vereisen dat een gebruiker een momentopname deponeert van de nieuwste Ethereum-status die de gebruiker beheert in een slim contract met meerdere handtekeningen; dit is analoog aan stortingen van gebruikers in betalingskanalen op Bitcoin's Lightning Network. Deze momentopname bevat belangrijke gegevens, zoals de ETH-posities van een Ethereum-adres op een bepaald moment.
State Channels zorgen voor (bijna) gratis off-chain transacties met instant transactie finaliteit en superieure privacy, omdat alleen de state channel operator en deelnemers aan het state channel inzicht hebben in de off-chain transacties. Denk aan een schaakspel waarbij spelers een ante plaatsen om het spel te starten. Deze transactie zou on-chain worden opgenomen en een kanaal openen. Individuele zetten zouden door elke speler binnen het kanaal worden ondertekend. Het spel zou doorgaan totdat een speler vertrekt of het spel eindigt, waarna een van de spelers of het spel zelf een beroep zou doen op Mainnet voor een uitspraak en uitbetaling van de winst.
Staatskanalen zullen waarschijnlijk dienst doen in situaties waarin er veel verkeer is tussen peer-to-peer multidirectionele transacties tussen redelijk betrouwbare partijen. Individuele statuswijzigingen zullen binnen deze kanalen plaatsvinden via ondertekende en beveiligde transacties, waarbij de Mainnet- of L2-consensusgebaseerde contracten dienen voor het afhandelen van periodieke en/of "eindspel"-afstemming.
Zijketens
Sidechains zijn blockchains die onafhankelijk zijn van het Ethereum Mainnet met hun eigen consensusmodellen, bijvoorbeeld Proof of Authority (PoA), Proof of Stake (PoS) en state machine-mechanismen zoals de Ethereum Virtual Machine of andere architecturen. Ethereum-transacties kunnen op een bewarende manier aan een dergelijke keten worden overgedragen, waardoor de last voor het Ethereum-mainnet wordt verminderd. Afhankelijk van de netwerkbenadering met betrekking tot ketens (onafhankelijke multi-chain vs gedeelde ketens), kan transactieprivacy mogelijk worden behouden via gated toegang tot een keten.
De specifieke benadering van elk netwerk moet afzonderlijk worden geëvalueerd om de geschiktheid te bepalen met betrekking tot schaalbaarheid, beveiliging en geschiktheid voor het doel. Sommige ecosysteemdeelnemers beschouwen sidechains niet als echte L2-oplossingen, omdat ze niet voldoende beveiligingsgaranties van Ethereum Mainnet erven vanwege een gebrek aan onchain-transactiegegevens, noch de mogelijkheid bieden om geschillen op het Ethereum Mainnet te beslechten. Voorstanders van Eth-verbonden ketengebaseerde netwerken zullen beweren dat hun Proof of Stake-consensusmodellen en validatormodellen net zo rigoureus zijn als Eth2 (die ook een Proof of Stake-model gebruikt) en dat hun operationele banden met Ethereum (in de vorm van netwerkcontracten draaiend op Ethereum) bieden voldoende veiligheid en transparantie in een Eth-native vorm.
We zullen hieronder verschillende ketengebaseerde benaderingen schetsen wanneer we het schaalbaarheidslandschap in kaart brengen.
Toevoegingen
Rollups zijn vergelijkbaar met geavanceerde, niet-bewarende zijketens die een hoge transactiedoorvoer realiseren terwijl ze de beveiligingsgaranties van het Ethereum Mainnet erven. Rollups vallen doorgaans in een van de vier hoofdcategorieën:Optimistische rollups, zk-Rollups, Plasma en Validium.
Rollups zijn oplossingen die transactie-uitvoering uitvoeren buiten de belangrijkste Ethereum-keten, maar transactiegegevens op laag 1 plaatsen. Aangezien transactiegegevens zich op laag 1 bevinden, kunnen rollups worden beveiligd door laag 1. De meeste beveiligingseigenschappen van laag 1 overnemen, terwijl de uitvoering wordt uitgevoerd buiten Laag 1 is een bepalend kenmerk van rollups.
Drie vereenvoudigde eigenschappen van rollups zijn:
Sommige rollups vereisen dat "operators" een obligatie in het rollup-contract zetten. Dit stimuleert operators om transacties correct te verifiëren en uit te voeren. (Layer 2 Rollups, Ethereum.org, https://ethereum.org/nb/developers/docs/scaling/layer-2-rollups/)
"Operators" hebben echter de bevoegdheid om transacties te censureren, als het operator-model niet voldoende gedecentraliseerd is zoals Mainnet. In de onderstaande afbeelding worden deze categorieën ingedeeld, afhankelijk van of ze gegevensopslag on-chain of off-chain verwerken, en of rekenkundige correctheid wordt afgedwongen door nul-kennisgeldigheidsbewijzen of fraudebewijzen die gebruikersdeposito's snijden.
Figuur 2:L2 Rollup-categorieën; Bron: buildblockchain.tech
Een ander onderscheid tussen rollup-oplossingen is met betrekking tot waar de berekening plaatsvindt en wanneer de finaliteit optreedt. De berekening voor ZK Validity Proofs vindt bijvoorbeeld plaats via een externe operator (of validator of sequencer) wiens primaire functie het is om transacties te bundelen en batches van transacties naar het Mainnet te sturen. Deze batches bevatten minimale maar voldoende informatie om de geldigheid van de transacties te bewijzen. De berekening van de transacties wordt uitgevoerd voordat ze worden ingediend bij L1 en de finaliteit vindt plaats zodra deze is gevalideerd door de L1 (of na het passeren van voldoende L1-blokken zoals de rollup zou kunnen dicteren).
Optimistic Rollups berekenen de transacties ook off-chain als zk-rollups, maar niet in zero-knowledge en ze vertrouwen op een wedstrijdprocedure en wedstrijdperiode om de beslissing over de vraag of een betwiste transactie al dan niet geldig is, voor het Mainnet in te trekken. Net als bij ZK Validity Proofs, zullen operators van Optimistic Rollups waarschijnlijk zo inzetten of gebonden zijn dat als een operator een frauduleuze transactie indient bij de belangrijkste Ethereum-keten, hun inzet wordt verlaagd.
Houd er rekening mee dat Rollups hun gebruikers doorgaans geen privacy bieden. Er zijn echter nieuwe oplossingen in opkomst, zowel Optimistic (zk Optimistic) als zk Rollups (zk-zk Rollup), die de privacy van hun gebruikers beschermen. Deze oplossingen zullen in de volgende sectie worden besproken. Merk ook op dat zk-Optimistic Rollups slechtere prestatiekenmerken hebben dan Optimistic Rollups omdat elke transactie in het rollup-blok veel groter is dan in het geval van Optimistic Rollups, en Ethereum-blokken zijn beperkt door de blokgaslimiet; een afweging tussen privacy en prestaties. Aan de andere kant hebben zk-zk Rollups vergelijkbare prestatiekenmerken als zk Rollups vanwege een slim gebruik van cryptografie dat het gebruik van recursieve zk-proofs mogelijk maakt, waardoor wordt voorkomen dat er meer gegevens aan een rollup-blok worden toegevoegd. Verdere optimalisaties in de gebruikte cryptografie voorkomen een verhoging van de vereisten voor rekenprestaties in vergelijking met zk Rollups.
De bovenstaande L2-oplossingen hebben specifieke prestatie-, beveiligings-, economische en bruikbaarheidskenmerken die in de onderstaande tabel worden samengevat:
Figuur 3:Kenmerken van de L2-oplossing per L2- en schaalbaarheidsoplossingscategorie;
Bron: Matter Labs
Gezien de snelle veranderingen en optimalisaties van de gebruikte technologieën, is de bovenstaande beoordeling van de verschillende categorieën slechts een momentopname en kan – en zal naar verwachting – aanzienlijk veranderen in de komende 12 tot 24 maanden.
Zoals eerder vermeld, evolueert het Ethereum L2-ecosysteem met warp-snelheid - van de Plasma Whitepaper in 2017 tot Ethereum's grootste gedecentraliseerde uitwisseling, Uniswap, die in 2021 live gaat op een L2-oplossing. Daarom zal elk overzicht van het ecosysteem zowel onvolledig als snel zijn verouderd. Een actuele momentopname is echter nog steeds nuttig om de grote verscheidenheid aan projecten in de ruimte en hun beoogde gebruiksscenario's te begrijpen.
We zullen elke categorie bespreken en een of meer voorbeelden in meer detail geven en aanvullende, opmerkelijke projecten in dezelfde categorie vermelden met links naar hun websites of Github-repository's als ze bestaan.
Verbinden :Connext is een staatskanaalproject met ontwerpen als een L2-oplossing, niet alleen voor Ethereum, maar ook als een cross-chain routing-hub voor de vele L2-oplossingen van Ethereum. Het project probeert een probleem in de Ethereum-gemeenschap aan te pakken dat op Eth gebaseerde L2-projecten niet voldoende interoperabel zullen zijn. Het nieuwe cross-L2-overdrachtsysteem van Connext kan belangrijk blijken te zijn om ervoor te zorgen dat interconnectiviteit tussen oplossingen direct beschikbaar is, waardoor netwerkvergrendeling binnen één schaalbaarheidsoplossing wordt voorkomen.
Andere opmerkelijke projecten zijn het Raiden Network, Celer en Perun.
xDai-keten :xDai Chain is een op EVM gebaseerde zijketen die is ontworpen om grotere transactievolumes stabiel te vergemakkelijken; momenteel ongeveer 70 transacties per seconde (TPS). Het project is gebouwd rond zijn STAKE-token, dat door consensusaanbieders wordt ingezet om de zijketen economisch te beveiligen. Vanwege zijn efficiëntie is xDai Chain de laatste tijd steeds populairder geworden.
POA-netwerk :Net als xDai Chain met ~ 70 TPS, is het POA-netwerk een op EVM gebaseerde zijketen die vertrouwt op een reeks vertrouwde consensusaanbieders om transacties snel en goedkoop te verwerken. De oplossing lijkt bruikbaar te zijn voor bijna elk gebruik, van blockchain-spellen tot gemeenschapsvaluta's.
Polygon PoS: Polygon is een technologisch raamwerk en protocol waarmee ontwikkelaars via een berichtenprotocol verschillende soorten netwerken kunnen inzetten en verbinden - op EVM gebaseerde Proof-of-Stake-ketens, Plasma-ketens, enz. - met elkaar en met Ethereum. Daarom is het doel vergelijkbaar met Connext of niet-Ethereum-gebaseerde frameworks zoals Cosmos. Polygon PoS is de zijketenoplossing van Polygon. Het Polygon-token wordt gebruikt als een uitzettoken op de verschillende netwerken die worden ingezet in het Polygon-netwerk van ketens om de consensusaanbieders economisch te beveiligen. De aanpak en architectuur zijn vergelijkbaar met de substraat- en parachainbenadering van Polkadot.
Schaal: Skale's Elastic Blockchain Network is een Ethereum-compatibele POS-sidechain-oplossing die snel applicatiespecifieke sidechain-instanties kan laten draaien. Validators voor elke zijketen worden geselecteerd als een willekeurige, periodiek geschudde subset van de gehele SKALE-validatorpool, die wordt gestimuleerd door een token uit te zetten. Validators worden beheerd en geschud door een applicatie die draait op Ethereum Mainnet.
Een andere opvallende zijketen is het Loom Network.
Optimisme: Optimism is een Optimistic Rollup-implementatie die een reductie van het gasverbruik met ongeveer 100x mogelijk maakt, wat al vroeg aan populariteit wint bij sommige grote DeFi-spelers, zoals Synthetix. Optimism heeft de OVM gebouwd, een op L2 gebaseerde EVM zodat L1-projecten hun Solidity- of Vyper-smartcontracten opnieuw kunnen inzetten op Optimism.
Opmerkelijke projecten die migreren naar Optimism:Uniswap, Compound, Synthetix
Brandstof: Fuel was de eerste Optimistic Rollup-implementatie op Ethereum Mainnet, die op 31 december 2020 live gaat. Fuel belooft snelle en efficiënte tokenbetalingen en wil de "aarde-waarde-uitwisselingslaag" worden.
Arbitrum: Net als Optimism, is Arbitrum, ontwikkeld door Offchain Labs, een optimistisch rollup-netwerk met validators die economisch zijn ingezet in Ether, in staat om te verwerken met ongeveer 100x gasreductie. Het belangrijkste verschil tussen Optimism en Arbitrum is dat de slimme contracten van Solidity en Vyper zonder enige aanpassingen op Arbitrum kunnen worden geïmplementeerd, omdat de Arbitrum Virtual Machine hetzelfde is als de EVM op bytecode-niveau.
Opmerkelijke projecten die migreren naar Arbitrum:Reddit, Uniswap
Cartesi Descartes :Cartesi's Descartes Rollups is een variant van optimistische rollups met interactieve geschillenbeslechting, vergelijkbaar met Truebit. In plaats van EVM-bytecode voert Descartes de RISC-V-instructieset uit, waardoor het een Linux-VM kan draaien.
Andere opmerkelijke Optimistic rollup-projecten zijn OMGX van het OMG Network en Nightfall V3 van Ernst &Young, een privacybeschermende Optimistic Rollup waarbij de rollup-transacties zk-snark-proof zijn om de transactieprivacy te behouden, wat leidt tot verminderde TPS vanwege de grootte van de bewijzen.
zkSync :zkSync is een zk-Rollup-oplossing van Matter Labs die gebruikmaakt van zero-knowledge proofs van zk-snarks om zowel een hoge doorvoer (~ 300 – 2.000 tps op basis van het aantal transacties in een blok) als een hoge beveiliging te realiseren (overervende Ethereum Mainnet-beveiliging zekerheden). Matter Labs werkt ook aan een oplossing van het type Validium, zkPorter genaamd.
Opmerkelijke projecten op zkSync:Curve, Gitcoin, Balancer, Argent
Loopring: Loopring was de eerste zk-rollup die werd ingezet op Ethereum Mainnet en werkt al meer dan een jaar op Ethereum Mainnet. De zk-Rollup-oplossing van Loopring is momenteel gericht op het schalen van gedecentraliseerde uitwisselingen met geautomatiseerde marktmakers en orderboeken, en betalingen. De Loopring Exchange en Loopring Wallet zijn gebaseerd op de technologie van Loopring. OpenOcean is nu ook gemigreerd naar Loopring.
Azteeks: Aztec heeft onlangs zk.money gelanceerd, waarmee volledig privé Ether/DAI-transacties mogelijk zijn. Zk.money is een zk-zk Rollup, de volgende generatie van zk Rollups. De Azteekse technologie maakt het mogelijk om zk-bewijzen van zk-bewijzen van privétransacties te verifiëren; met andere woorden, recursieve zk-bewijzen, op het Ethereum Mainnet. Vanwege het recursieve karakter van de zk-proofs, kan hetzelfde aantal transacties als reguliere zk Rollups op het Ethereum Mainnet worden geplaatst.
Deze vorm van zk Rollup lijkt de meest veelbelovende aanpak voor veel zakelijke gebruiksscenario's, gezien hun strenge privacyvereisten.
Andere opvallende zk Rollups zijn het Hermez Network (onlangs overgenomen door Polygon) en zkSwap.
StarkEx: StarkEx lijkt op zk Rollups, maar gebruikt zk-starks in plaats van zk-snarks, met als belangrijkste verschil dat de zk-bewijzen aanzienlijk groter zijn dan de bewijzen voor zk-snarks, en daarom zowel duurder zijn om te deponeren als te verifiëren dan voor zk-snars. Het systeem kan worden uitgevoerd als een systeem van het type Validium of als een zk-rollup. Door deze dynamiek heeft het project hogere doorvoercapaciteiten in vergelijking met pure zk Rollup-systemen. De huidige implementatie maakt gebruik van de Validium-type implementatie.
Opmerkelijke projecten die StarkEx gebruiken:dYdX, DeversiFi, Paraswap, Immutable X
OMG: Het OMG Plasma Network is vergelijkbaar met OMGX, maar is gebouwd op de Plasma-architectuur, in plaats van een Optimistic Rollup.
Veelhoek: Polygon heeft ook een versie uitgebracht van zijn Polygon-zijketen die hierboven is besproken als een Plasma-keten die berichten kan uitwisselen met andere zijketens en rollups, zoals besproken voor de Polygon Proof-of-Stake-zijketen.
Een andere opmerkelijke plasmaketen is de Leap DAO.
Bedrijven hebben zich traditioneel niet bezig gehouden met openbare Blockchains, omdat de beveiligings-, privacy- en nalevingsvereisten van Enterprise Use Cases openbare Blockchains niet geschikt hebben gemaakt voor implementatie. De resultaten van private Blockchain-netwerken zijn echter om verschillende redenen gemengd tot teleurstellend. De belangrijkste daarvan zijn de afwezigheid van betekenisvolle netwerkeffecten in private Blockchain-implementaties, waardoor ze duurder en omslachtiger worden om te beheren binnen een consortium van concurrerende entiteiten dan een gedeeld databasesysteem, en het gebrek aan toegankelijkheid van het DeFi-ecosysteem met zijn nieuwe en snelgroeiende en daarom zeer winstgevende activaklassen van een particuliere Blockchain. De besproken L2-schaalbaarheidsoplossingen bieden niet alleen de mogelijkheid om de vierkante pin van Ethereum Mainnet in het ronde gat van de beveiligings-, privacy- en nalevingsvereisten van de onderneming te plaatsen, aangezien veel L2-oplossingen defacto gecentraliseerde databases zijn met slimme cryptografie, maar ook toegang hebben tot de wereld van DeFi-activa klassen waardoor Mainnet-netwerkeffecten kunnen worden overgedragen naar bedrijfsoplossingen via die DeFi-activaklassen. Dit zorgt voor een nieuwe en symbiotische relatie tussen zakelijke use-cases op L2 met het Ethereum Mainnet door zowel activa- als gebruikersgroei.
In de volgende aflevering van deze blogserie gaan we dieper in op nieuwe en opwindende zakelijke use-cases voor L2-oplossingen die gebruikmaken van de beveiligingsgaranties en het levendige ecosysteem van Ethereum Mainnet.
Blijf tot die tijd op de hoogte van alles over de EER door ons te volgen op Twitter, LinkedIn en Facebook.
India's Ethereum-bijdragen komen ten goede aan het hele ecosysteem - een vraag en antwoord met Samrat Kishor, regionaal vertegenwoordiger van de EER India
EEA Member Spotlight met Tetsushi Hisata, oprichter en CEO van Datachain
Een ecosysteem van $ 500 miljard + schalen:zakelijke use-cases voor Ethereum Layer 2-oplossingen
Hewlett Packard Enterprise en 47 organisaties sluiten zich aan bij 200-lid Strong Enterprise Ethereum Alliance
Enterprise Ethereum Alliance onthult nieuwe technische stuurgroep en zeven nieuwe werkgroepen
Het Enterprise Blockchain-ecosysteem laten groeien door middel van open standaarden en open source-code
Enterprise Ethereum Alliance sponsort en presenteert op Devcon4