ARK: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。

先进数通：公司关注区块链以及法定数字货币的发展:先进数通（300541.SZ）在互动平台上回答投资者提问时表示，公司也在关注区块链以及法定数字货币的发展，对于新技术及新应用领域，公司会针对性的进行必要的技术准备，实质性布局则需要等待大规模应用机会出现。[2020/3/6]

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。

现场 | 联合国贸发会Teresa Moreira:区块链技术促进数字贸易广泛发展:金色财经现场报道，11月22日，由中国丝路集团、天津市进出口商会主办，微观（天津）科技发展有限公司、区块链跨境贸易促进会（筹）承办的数字贸易基础设施建设与全球可持续发展论坛在天津举办。联合国贸易和发展会议竞争与消费者政策部主任Teresa Moreira现场进行题为“加强发展中国家数字贸易基础设施建设”的主题演讲表示，联合国贸易和发展会议具有194个会员国，主要致力于竞争和消费者保护方面的工作建设，非常具有代表性。我们推动了4个主要法条建设，用于推动国际间电子商务发展，其中包括电子商务和消费者保护、数据安全和防范互联网犯罪等。法条让政府机构有效的推动商业环境趋于稳定安全。电子商务集中在美国和中国获得了很大的发展，其中包含很多数字化的分支。为什么电子商务平台能引发全球关注？一方面因为平台对数据接入并进行分析给予使用者以更好的体验，但大的数据平台可能成为守门员，将发展中国家的中小企业挡在门外，新的电子商务的模式需要发展起来。另一方面还涉及数据安全和隐私保护的问题。我们现在准备一个观测性工具，帮助欠发达地区评估电子商务发展准备完善度。

另外，贸发会和中国丝路集团合作建立以区块链技术为基础的在线争议解决项目。基于区块链技术解决消费者争议从而推动电子商务发展，帮助政府的消费者保护机构和商业性消费者保护团队在线解决消费争议。我们选择中国、泰国、马来西亚作为项目的试点受益国，之后会逐步实现其他国家的覆盖，贸发会希望数字贸易能够被更广泛的人群参与且受益。[2019/11/22]

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。

动态 | 20家港航企业共同发布了“博鳌倡议”：大力推广和采用区块链等新技术:据浦东时报报道，日前，“中远海运集团暨海洋联盟港航合作交流会”在海南博鳌举行，与会代表再次向全球港航界发出倡议，共同发布了“博鳌倡议”，内容包括：大力推广和采用大数据、人工智能、云技术、区块链等新技术，进一步优化货物流通环节，不断提升供应链运营效率和服务质量等。[2019/1/28]

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。

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：

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。

动态 | 双十一破两千亿 区块链覆盖1.5亿件货品:据新浪财经消息，2018双十一购物狂欢节正式结束，最终交易额锁定在2135.50497011亿， 较去年1682亿元的纪录增长近27%。同时，本次双11蚂蚁区块链首次参战，跨境商品溯源覆盖全球1.5亿件货品。[2018/11/12]

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。

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...

声音 | 经济参考报：区块链相关诉讼纠纷已经接近600起:《经济参考报》记者在中国裁判文书网以“区块链”、“虚拟货币”为关键词检索发现，从2017年至今，相关诉讼纠纷已经接近600起，广东、浙江、北京等地较为集中。[2018/8/21]

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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