社区争议：侧链算不算L2？

本文总结了社区中对于 Polygon 侧链与 L2 的相关争议讨论，并且翻译了 Dankrad Feist 的文章《关于 51% 攻击，大家都搞错了什么》以便读者从中参考对这些争议的解答。

5 月 16 日，以太坊扩容解决方案 Polygon 的市值跻身加密货币市值前 20，随后 StarkWare 的联合创始人 Uri Kolodny 转推祝贺，但同时他强调：“Polygon 是侧链，而不是 Layer-2。L2 的安全性依赖于以太坊；而侧链的安全性与以太坊的不相关 (甚至更低)。” 因此，社区围绕 Polygon 到底是不是 L2 开始了激烈的讨论。

针对 Uri Kolodny 的评论，Mihailo Bjelic 做了以下回复 ：

首先，Polygon 并不是一条侧链，它是一套扩容解决方案。其次 (也是最重要的)，默认 L2 比 PoS 侧链 (我们的是提交链 commit chain) 更安全是绝对错误的。为了解释其中原因，我将简单地比较一下 Polygon 的 PoS 链和 StarkWare 的 zkRollup 或者 Validium。

我们的 PoS 链的确有自己的验证者集，但这是完全无需许可的，且质押金额已达到 28 亿美元。此外，该实现已经经过了实战测试 (1400 万个区块且零事故)。

然而 StarkWare Rollup 只有一个 PoA 运营者。这个运营者可能会宕机，抢跑、审查用户的交易等。并且，它由 STARKs 提供安全性，这是一个全新的、未经过验证的密码学。至于 Validium，情况甚至更令人担忧。DeversiFi 所使用的 Validium 方案还依赖于一小组 PoA 数据可用性节点。这些节点可以合谋，通过拒绝访问数据来阻止任何或所有用户提取资金。

考虑到上述情况，我认为那种默认 L2s 比侧链/提交链更加安全的想法是错误的。

针对 Mihailo Bjelic 的回复，社区分别从三个角度进行了讨论：1) Layer-2 与侧链在安全性上的区别；2) Layer-2 能否达到与 Layer-1一样的安全性；3) Eth2 与侧链在安全性上的区别。而对于社区上的困惑，以太坊基金会开发者 Dankrad Feist 发布了文章《关于 51% 攻击，大家都搞错了什么》(见下文)，该文章基本上囊括了以上讨论中的问题与解答。

1.首先，关于第一个问题，Dankrad Feist 表示不赞同，他说 L2 确实更安全，因为作为 L2 必须提供与基础层相同的安全性。而 PoS 侧链具有较弱链 (通常是侧链) 的安全性。

James Prestwich 也参与了讨论 ：“与侧链相比，L2 需要更少新的安全假设，但其安全性并非与主网完全一样。”他指出 L2 与侧链相比，具有以下不同的特点：

• 依赖于非审查 (欺诈证明)
• 依赖于新的密码学和可信的设置 (有效性证明) 补充一点，Starks 不需要依赖可信的设置
• 更高的硬件和带宽需求

在下文中，Dankrad Feist 指出“侧链不验证有效性，仅验证共识条件的绝大部分，并且其不具有数据可用性检查。”关于侧链的安全性问题，详见文章中“侧链如何运作？”那一部分。

2.至于 L2 能否达到与 L1 一样的安全性。Patrick McCorry 认为[5]，L2 的目标是尽可能地接近 L1 的安全性，但想要完全一样，是不可能的：

• 欺诈证明不是尚方宝剑，尤其是当发布欺诈证明的费用太高时，其安全性就更小了
• 同样的，零知识证明也不是万能的，会出现排序者掉线以及 L1 无法应对大规模退出的情况

他还提到，L2 解决方案可以归结为以下四点：

• 数据可用性 (委员会/rollup/等)
• 状态转换完整性 (零知识证明/欺诈证明)
• 提款完整性 (退出保证)
• 协议活性 (排序者的选择)

这个混合的方案难以完全达到 L1 的安全性。

回到下面的文章，Dankrad Feist 解释了“区块链的安全模型”，以强调为何 L1 的安全性如此难达到。

3.那么 Polygon 的 PoS chain 与 Eth2 的 PoS 机制对比呢？在讨论中， Dankrad Feist 指出[5]，在长期发展来看，PoS 侧链会是一个很大的隐患。在 Eth2 中我们尽量移除大多数诚实假设，然而 PoS 桥接并不能做到。

以下是文章内容：

关于 51% 攻击，大家都搞错了什么

请大家原谅标题中的挑衅意味。显然，并不是每个人都会误解 51% 攻击，但还是有相当一部分人没有搞清楚，因此写一篇相关的文章并无坏事。

区块链圈内大概有一个神话：只要有人控制了比特币、以太坊或者其他区块链的超过 50% 的算力，那么 ta 就可以对网络做任何事。在 PoS (权益证明) 机制中，只要有人聚集了质押总额的 2/3，ta 同样可以对网络做任何事情。ta 可以转走别人的资产，随意发行代币等等。

这种想法是错误的。

• 攻击者可以阻止用户使用区块链，即，拦截任何他们不喜欢的交易。这叫做审查。
• 他们可以回滚区块链的交易，即撤销一定数量的区块并更改其中的交易顺序。

这意味着：

• 他们不能简单地在区块链系统规定之外发行新代币；例如，比特币目前为每个新的区块生产者 6.25 BTC；他们不能将这个数字变成 100 万比特币
• 如果他们没有某个地址的私钥，他们就不能使用该地址的代币
• 他们生产的区块不能比共识规则规定的大

这并非说明 51% 攻击的后果不严重，这仍然是十分恶劣的攻击。重新排序交易可以造成双花，这是非常严重的问题。但他们能做的事情仍然有局限性。

那么包括比特币和以太坊的大多数区块链，他们现在如何确保这一点？如果有一名矿工挖出了违法共识规则的区块会如何？或者，如果绝大部分质押者对一个违反共识规则的区块签名会发生什么？

区块链安全模型

有时人们声称最长链为有效的比特币或者以太坊链。这个说法不太完整。对当前链头的正确定义是

• 总难度最高的有效链。

因此，在客户端接受区块链应该用来记录当前历史数据这个条件之前，他们需要验证两个属性：

1. 该区块链必须有效。这意味着，所有状态转换都是有效的。比如，在比特币上，所有交易只花费此前没有花费的交易输出，coinbase 仅接收交易费和区块奖励，等等。
2. 它必须是难度最高的链。通俗地说，这是一条最长链，然而“最长”不是以区块的数量来衡量的，衡量的是总共花了多少挖矿算力在这条链上。

这听起来可能有点抽象。我们有理由提出一个疑问，上述中的第一个条件由谁来验证，即谁来验证者区块链上的所有区块均应有效？因为如果还是矿工验证该链有效，那么这只是重复工作了，我们并没有真正从中获得什么。

但区块链不一样。让我们分析一下为什么，先从一个普通的客户端/服务器数据库架构开始：

请注意，对于典型的数据库，用户信任数据库服务器。他们不会检查回应是否正确；客户端确保已按照协议对其有效格式化，仅此而已。客户端 (此处用一个空白的方块表示) 是“非智能的”：它无法验证任何内容。

但是在区块链的架构中，是这样的：

我先来总结一下上图包括的组件。首先矿工 (或质押者) 生产区块链。P2P (点对点) 网络确保每个人都能够使用有效的链，尽管存在一些不诚实节点 (你需要连接到至少一个诚实且连接良好的 P2P 节点，以确保自己始终与有效链保持同步)。最后，客户端将交易发送至 P2P 网络并从网络中的其他节点接收最新的链更新 (或者是完整的链，如果它们正在同步的话)。客户端实际上是网络的一部分，它们也将通过转发区块和交易来做贡献，但在这里不是那么重要。

重要的部分是，用户正在运行一个全节点，上图中由客户端中的柱体表示。只要客户端获得一个新的区块，就像任何其他节点一样，无论是一个矿工还是 P2P 网络中的一个节点，这些客户端都将验证该区块是否为有效的状态转换。

如果这不是一个有效的状态转换，该区块则会被忽略。这就是为什么网络中的矿工试图挖掘无效的状态转换是没有意义的。所有人都只会忽略它。

许多用户运行自己的节点，与以太坊或比特币等区块链交互。许多社区已将此模式作为其文化的一部分，并且非常强调每个人都运行自己的节点，由此他们就成为验证过程的一部分。确实，让大多数用户 (尤其是那些质押了大笔资产的用户) 运行全节点是非常重要的；如果大多数用户变得懒惰，那么矿工可能会突然被诱使生产无效区块，如此一来该模型将不再适用。

打个比方：三权分立

这有点像民主制中的三权分立 —— 政府有不同的分支，而仅仅因为你在其中一个分支拥有多数席位 (比如立法机构)，并不意味着你可以做任何你喜欢的事以及藐视所有的法律。同样，矿工或质押者有权排序区块链中的交易；而他们无权轻易对社区制定新规则。

But do all blockchains work like this?但是所有区块链都是这样运作的吗？

这是个好问题。需要注意的一个重点是，以上所说的模型只有在全节点易于运行的情况下才会奏效。作为普通用户，如果运行全节点必须要花 $5000 购买另一台计算机，并且一直需要 1 GBit/s 的网络连接，那么 ta 根本不会选择运行全节点。尽管 ta 可以在某些地方达到该网络要求，但是永久地保持以运行自己的区块链节点很可能不那么方便。在这种情况下，普通用户很有可能不会选择自己运行节点 (除非 ta 的交易非常有价值)，这意味着 ta 将信任其他人来为其执行该操作。

假设有一条链，其运行成本太高，以至于只有质押者和交易所会运行全节点。你刚刚改变了信任模型，然后大多数质押者和交易所能够聚集在一起并改变共识规则。对于这一点，用户是没有任何争议的 —— 如果用户对该链完全没有控制权，那么他们无法发起分叉。他们可以坚持使用旧的规则，然而，除非他们开始运行全节点，否则，他们根本不知道自己的请求是否在自己想要的链 (满足其共识要求的链) 上得到了回应。

这就是为什么每当出现提高以太坊或比特币的区块大小的讨论时，总会引起大量的争论 —— 区块大小每提高一次，都会增加大家自己运行节点的负担。这对矿工来说不是什么大问题 —— 与实际的挖矿操作相比，运行一个节点的成本要小得多 —— 因此，这将权力的天平从用户转移到了矿工 (或质押者) 身上。

轻客户端如何运作？

但是，如果用户只是想用加密货币来买咖啡，该怎么办？Ta 需要在手机上运行全节点吗？

当然，没人希望需要这样做，用户也不希望。那么这时候就是轻客户端发挥作用的时候了。轻客户端是较简单的客户端，它们不需要验证整条链 —— 它们仅验证共识，即总难度或者已投票的质押金额数量。

换句话说，轻客户端会被诱使跟随一条包含无效区块的链。对此有补救措施，例如数据可用性检查和欺诈证明。据我所知，目前还没有任何一条链实现了这些，但至少以太坊未来会这样做。

因此，使用具有数据可用性检查和欺诈证明的轻客户端，用户在不需要运行全节点的情况下，也可以使用区块链的安全模型了。这是我们最终的目标，即任何智能手机都能够轻松地运行以太坊轻客户端。

侧链如何运作？

侧链是当前的热门话题。它们似乎可以提供一种简单的扩容方案，不像 rollups 那么复杂。简而言之：

• 创建一条新的 PoS 链
• 在自身和以太坊之间创建一个双向桥接
• …
• 重点！请注意，侧链的安全性几乎完全依赖于桥接 —— 这是一种允许某条链读取另一条链的状态的构造。毕竟，如果攻击者能够欺骗主链上的桥，让桥接链上的所有资产都为其所有，那么即便 PoS 链上的全节点提出异议也没办法了。所以一切都取决于桥。

不幸的是，桥的状态与轻客户端相同。它们不验证有效性，仅验证共识条件的绝大部分。然而，侧链有两个方面比轻客户端更糟糕：

1. 桥接用于价值非常高的交易，其中大多数用户会选择一个全节点，如果可以的话
2. 不幸的是，我们没有办法加固桥接，而我们可以对轻客户端这样做 —— 原因就是它们无法验证数据可用性检查

第二点很微妙，可以花一到两篇文章讲解一下。但是简单来说，桥接不能做数据可用性检查，而没有数据可用性检查，欺诈证明也几乎没用了。而如果使用零知识证明，可以要求桥接打包所有有效区块的证明，从而改善这个问题 —— 不幸的是，这样还是有可能会受到数据可用性攻击，但也是一种改进了。

总言而止，侧链的安全模型与以太坊和比特币等区块链不同，而且要弱得多。它们无法防止无效的状态转换。

这些问题都需要靠分片来解决吗？

实际上，所有这些都与分片有很大的关系。我们之所以需要分片来进行扩容，是因为只有分片能够实现这样的扩容方式：既不需要提高运行全节点的门槛，同时又能够尽可能地维护区块链的完整安全性保证。

但如果有人撤销所有历史数据呢？那么 ta 还是可以盗取所有比特币/ETH/等

理论上说，在一条非检查点的 PoW 链上，可以通过回滚所有交易来盗取比特币。是的，你不能发行一万亿个比特币，但你仍然可以盗取现存的所有比特币，这也很好，对吧？

我认为这一点非常理论化。社区会接受一个修改其好几年数据 (甚至只是好几个小时) 的分叉的机率几乎为零。在所有可能的分叉中，都会出现大规模的争抢，很快就会得出结论并拒绝分叉，只同意有效的链为现存的那条链。

有了 PoS 和敲定，这种机制将变得形式化 —— 客户端永远不能回滚已敲定的区块。

[1] https://twitter.com/MihailoBjelic/status/1393686451255226368

[2] https://dankradfeist.de/ethereum/2021/05/20/what-everyone-gets-wrong-about-51percent-attacks.html

[3] https://twitter.com/dankrad/status/1393721324300865537?s=20

[4] https://twitter.com/_prestwich/status/1393730794238005253

[5] https://twitter.com/stonecoldpat0/status/1393869662572748801