区块链科普：再议有效性证明VS错误性证明

来源：以太坊爱好者

导语

近几个月以来，越来越多关注的目光放到了OptimisticRollup(OR)这个基于错误性证明的拓展框架上。我们StarkWare则采用有效性证明，因为它比错误性证明更安全。本文将在安全性讨论之外，列举一些VP较OR的额外优势，同时纠正大众对有效性证明的常见误解，最后介绍StarkEx——StarkWare开发、基于STARK和有效性证明的拓展引擎。

在此特别说明，和OR比较，VP具有以下优势：

从根本上更安全撤款时的资本效率高1000倍可拓展性更强在计算方面，至少能达到相同的效率

安全性

在上一篇分析中，我们比较了VP和OR，前者只会在某状态转换被严格证明有效的情况下执行该状态转换，而后者则允许任意的状态转换，参与方可以针对无效的状态转换提交错误性证明。我们的上一篇文章聚焦安全性分析，明确指出了一种能在OR中实施、且会导致OR中所有资金被盗的攻击手段。区块链上的基础架构解决方案必须足够健壮，要能支撑来自金融世界、每天万亿级别的资金交互负载。VP和OR分别怎样胜任？由于在OR中窃取资金的成本和收益大小无关，所以一旦系统承载了足够多的资本，使得破坏系统变得有利可图，那理性的参与者肯定会想方设法通过攻击牟利。与OR相反，VP不会转换到任何无效的状态，使得无论承载多少资金都不会被盗。对于大规模的金融系统，VP更健壮，而OR更脆弱。

18部门：推动区块链等技术对传统产业进行全链条改造:金色财经报道，工业和信息化部官网消息，工业和信息化部、市场监管总局、中央网信办等18部门近日印发《进一步提高产品、工程和服务质量行动方案（2022—2025年）》，《方案》指出推动利用人工智能、大数据、区块链等技术对传统产业进行全链条改造，鼓励企业发展个性化定制、网络化协同、共享化生产等新模式；推动推动大数据、区块链、云计算等与质量管理融合发展，提升质量精准化控制和在线实时检测能力。[2022/11/23 7:59:43]

也可以站在数据集一旦遗失的角度分析系统的安全性。和VP相比，OR中的数据更为敏感。一旦数据遗失，OR中的资金就可能被盗——也正因如此，目前的设计方案都集中在链上数据可用性挑战上。而对于VP，由于采用了链上数据，资金就跟存在Layer-1中一样安全。至于VP的链下数据部分，资金最多被冻结，而不会失窃。

资金效率

数字货币世界中流动性的一大痛点在于资金取款时的延迟。在OR中，标准取款窗口期大约为1周时间——这是给提交错误性证明的有效窗口时间。在VP中，标准取款窗口大约为10分钟——这是针对上一次计算结果来生成有效性证明的时间。因此OR的标准取款窗口时间要比VP长1000倍。使用OR就要承受这样1000倍的不便，这不仅是时间上的延迟，也是资金效率的降低。

CoinbaseCustody新增支持广告区块链平台DAD代币:CoinbaseCustody新增支持Dad（DAD）的存取服务。DAD是新一代去中心化广告区块链平台，将采用Ontology分布式分类账和智能合约，致力于在不侵犯用户隐私的情况下使广告数据更加透明、开放。DAD投资方包括DHVC、Ontology以及NEO。DAD代币总供应量为10亿枚。[2020/7/29]

我们先前描述过一个免信任的快速提款机制：想要立刻提款的用户需要给流动性提供商打一份链下资产的欠条，即签名了的条件支付交易，然后流动性提供商从自己的“存钱罐”智能合约中垫付这笔资金，在链上把欠条金额上的资金转给提款用户，整套操作需要的时间和区块链网络的转账时间差不多。流动性提供商会定期把累积的链下资产转移到链上的“存钱罐”中。

VP和OR都能应用快速取款机制。但在OR系统中，流动性提供商需要在“存钱罐”中准备1000倍的资金，因为他们收到链下资产等待的时间窗口要长1000倍。这个1000倍的比例和“存钱罐”流动性算法中的各种假设都无关：无论是基于取款金额期望值，或提款-存款差额，再或者是峰值流动性需求、平均撤款金额等等，OR需要的储备金数量都是VP的1000倍。

声音 | 工信部黄忠义：未来要进一步加强区块链和实体经济的融合:金色财经报道，工信部赛迪区块链研究员副总工程师黄忠义表示，国家把区块链作为集成的信息化技术用于实体经济和产业变革中，也把区块链作为核心技术的突破口，争夺全球的话语权、决策权，从应用和技术的角度看中国在全球是发展最蓬勃的地区。未来要进一步加强区块链和实体经济的融合。具体来看，他指出，区块链从应用的角度，要重点要解决中小微企业融资难、融资贵的问题，从民生角度强调在医疗健康、教育、公益慈善、精准扶贫等领域的应用，从城市管理方面强调区块链在新型智慧城市里面的应用，提升城市管理的智能化、精准化服务。从要素流通方面，促进城市间在信息、资金、人才、征信等方面实现更大规模的互联互通，保障生产要素在区域内有序高效流动。依靠区块链数据共享模式，实现政务数据跨部门、跨区域等共同维护利用，促进业务协同办理，深化“最多跑一次改革”。[2019/12/24]

然而，有时根本无法使用快速撤款。对于非同质化资产就没法使用：

声音 | 工信部总工程师：要继续加强针对区块链等前沿技术的研发投入:工信部总工程师张峰近日在举“2018工业互联网大会”上表示，对于工业互联网下一步的工作，要继续加强针对智能感知、平台构建、数据分析等基础共性技术，以及5G、人工智能、区块链等前沿技术的研发投入，加快构建多领域、多层次的工业互联网技术创新体系，力争以技术的群体性突破带动产业快速发展。[2018/11/27]

非同质Token：正如早先由Vitalik介绍那样，如果一只名叫Mitzi的名贵CryptoKitty存在了链下，他的所有者没法要求在链上再收到一只Mitzi，因为世界上有且只有这一只叫Mitzi的CryptoKitty。

隐蔽交易：Zerocash风格的承诺在某种程度上也是非同质化的。要想把隐蔽交易中的资金快速提到主链，用户必须要向流动性提供商揭露承诺中的数据，破坏隐蔽性。

在这种快速撤款机制无法应用的场景下，用户只能选择等待标准撤款窗口结束，VP则要比OR快1000倍。

行情 | 在美上市区块链概念股涨跌各异:人人网收跌2.48%，寺库收涨2.37%，中网载线收跌1.19%，迅雷收跌0.09%，猎豹移动收跌0.79%，兰亭集势收涨5.26%。[2018/7/6]

可拓展性

在这一部分我们将对比不同的rollup系统，由于同类事物间的比较才有意义，因此我们只比较提供链上数据可用性的rollup系统，即：ORvs.STARKZK-Rollup。虽然我们不想，但是所有在链上存储数据的rollup系统都将随着rollup交易的增多而线性增大消耗的资源量。链上数据包含一些状态以及见证数据。OR和StR的区别在于随着交易量的增加，前者的见证数据线性增长，而后者把这些见证替换成了一个证明，这个证明的大小只会多项式对数级别增长。划重点，对于足够大、足够多的批量交易，StR的链上数据指纹要比OR小很多...

从细节出发：在StR中，见证数据能核实rollup运营者所进行的查验，因此一批计算只需要一则见证，而不需要在每一份交易后面都附一份证明。更优秀的是，在现代zkp系统中，这个证明的大小是固定的。因此随着批量交易的增大，分摊到每一条交易头上的资源消耗反而减少。在OR中，每一条交易都必须附上一则见证，使验证人能核实交易的正确性。因此对于大批量的交易，并没有均摊减少的优势。更重要的是。OR中的见证要比交易本身大很多：比方说OR见证需要包含所有用户的签名1，而VP不需要。在单纯的支付中，见证要比支付的数据量大3到5倍；而对于复杂的应用场景，见证通常会比状态的数据大10倍以上，有时甚至更多。

总的来说，OR明显要消耗更多的链上资源，也因此比StR更快地顶到拓展性天花板。

通用计算开支

人们常常拿VP和OR的通用计算开支做对比：即对于一个给定的链下计算任务，两种不同的系统额外需要做哪些工作？下文我们将围绕StarkWare的STARK展开，因为这是我们目前应用的VP框架。

OR：由于100个验证者互相监督基本上能够保证整个计算的正确性，因此当提到OR，验证者的数量都数以百计。到了验证阶段，每一个验证人都需要进行一遍计算任务，因此在OR中做通用计算的开支是原任务的100倍。

有必要说明，验证人集合越小或者越多预先指派的情况，验证人就越容易互相勾结，或者受到外界的贿赂、攻击。

STARK：由于验证过程的计算开支微不足道，它只需要一个实体——证明者——进行大量的计算。验证的计算开支有多微不足道呢？现在我们甚至可以用一台简单的智能手机对一大批计算结果做验证，因此可以忽略验证的计算消耗。人们常说证明者的计算开支是原有任务的10000倍，因为证明需要消耗大量的计算来生成。但实际上StR需要的计算开支仅仅是100倍，因此额外的计算开支和OR大致相当。之所以说StR的计算开支仅有100倍，是基于以下理由：

对于算数/几何运算操作，我们已经达到了少于100倍的计算开支。目前应用的Pedersen哈希函数仅仅比原来的操作增加了20倍计算消耗：即用STARK来证明一个Pedersen哈希值的正确性仅仅比直接计算Pedersen慢20倍。

对于那些像SHA-256那样众所周知计算开支很大的操作，我们正试着把那些函数换成对STARK友好的操作。我们目前受以太坊基金会的资助来进行这些研究，而且在2020年第一季度，许多密码学大牛会提交给我们他们的替代方案建议。估计对STARK友好的哈希函数在证明时仅比某些高效的哈希算法的直接计算慢100倍。

最后，很多人之所以称道OR是因为它能用到通用计算中，并且将支持EVM代码，而VP不具备这一特性。对于将STARK用到通用计算中，我们持乐观的态度。

感谢DanRobinson,JohnAdler以及VitalikButerin对本文的反馈。

BLS通常被认为是一种高效的聚合签名机制。我们相信BLS不会只应用在这个用例中，因为它是整合多个签名到一则消息中的最佳方式。在OR的用例中，许多消息都需要由交易收/发方签名；而BLS签名的验证耗时10ms/签名，这不仅是验证人的负担，主链在判别欺诈时也需要处理这种消耗。

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