【以太坊的倫敦前夕】什麼是 Layer 2?為什麼以太 2.0 來臨之前需要它?

以太 1.0 每秒交易處理速度(TPS)只有 15-19 次,要達到「世界電腦」的理想還差得遠,所以 Layer 2 就成備受矚目提升效率的解決方案了
評論
Photo Credit:Pixabay
評論

在前兩篇文章中提過,無論是柏林硬分叉的 EIP-2565、EIP-2929,還是倫敦硬分叉的EIP-1559、EIP-3198、EIP-3238,全是為了以太坊 2.0 準備運行 PoS (權益證明共識機制,Proof-of-Stake)做準備。

雖然說以太已經是現在全世界第二大的公鏈,不管是 De-FI 去中心化金融、NFT 不可替代代幣,這些備受矚目的區塊鏈應用大部分重量級計畫都還是選擇以太坊上運作(註);不過,以太坊 1.0 本身每秒交易處理速度(TPS)目前只有 15-19 次,要達到「世界電腦」的理想還是差得遠。

那要怎麼解決以太提升處理速度的大哉問呢?我們一直在談的 PoS 是究極的解決方案之一,它有望將鏈的 TPS 提升到 10 萬次左右,而且比 PoW 省下約 99.95% 的能源。另外以太本身也打算使用分片(sharding)技術,讓以太單一節點僅需儲存整條以太的一部分資料、處理一部分交易,讓處理效率大幅提升。目前以太坊基金會目前打算實現 64 條分片,未來也有可能擴展到 1024 條。

不過上述技術都屬 Layer 1,也就是以太坊主鏈的解決方法;而在以太成功過渡到 PoS 之前,目前就屬 Layer 2 擴充方案最受矚目了,今天就要來跟大家聊聊 Layer 2 到底是什麼?

以太坊基金會對 Layer 2 的敘述如下:

建立在 Ethereum 的核心架構協定基礎「之上」的技術,在無需為安全性妥協的情況下進行擴展。 另外也有稱做「鏈外」的技術,像是側鏈,可以在不同的安全性權衡之下進行擴展。

目前 Layer 2 的主流技術有狀態通道(State Channels)、側鏈兩大類,其中側鏈部分還可細分出 Plasma、Rollup 兩類。雖然名字不太一樣,但你首先可以把這些 Layer 2 簡單想像成所謂的「外掛」,在這些外掛上面做的運算大部分並不佔用以太坊主鏈的運算時間與資源,所以可以提高效率。

狀態通道原理是智能合約跟第三方程式的結合,例如我們要運行一個遊戲好了,這個遊戲只有頭尾會跟以太坊智能合約對接,在頭的部分我們知道有多少玩家、 這些玩家是誰、獎勵怎麼分配,然後遊戲開始後程式自己運作,結束時程式把遊戲過程、遊戲結果回傳給智能合約,讓以太來分配獎勵。

不過狀態通道本質上還是需要這個通道是「多方足以信任」的,也就是說,這個遊戲的玩家必須夠誠實,如果有人夠厲害開外掛沒被抓到還偷偷把遊戲修改過,一旦結果回傳到智能合約,以太坊不負責審合,只會按照遊戲過程、遊戲結果分配獎勵;所以狀態通道本身並未成為主流。

側鏈的基本原理其實跟狀態通道有點像,只是計算主體從一個程式變成了另一條鏈,這條鏈有自己的帳本、共識機制、節點跟礦工,而且理論上會比以太坊運行的還快(不然選他幹嘛),當你在這條交易或跑應用程式結束以後,這條側鏈就會把結果回傳給主鏈上結算。

Plasma 也是側鏈,只是它是特定形式,專指用智能合約透過雜湊樹所建構出的側鏈;當然,交易都會是在側鏈上運行,主鏈只負責側鏈的審查請求。那怎麼區分側鏈跟 Plasma 呢?以太創辦人 Vitalik Buterin 本人曾說明,Plasma 應該符合任何錯誤都可以被檢測到,而且使用者可以安全地從 Plasma 鏈中退出的特性,側鏈則不一定。但 Plasma 實際上也遇到了取出資金週期過長的問題,慢慢失去開發動能。

不過比起狀態通道、一般側鏈、Plasma,最近以太 Layer 2 解決方案則是 Rollup 一躍成為備受期待的主流。Rollup 的做法不是「頭尾式」地把交易後的資料交給主鏈驗證,而是把數以千計、萬計的交易資料壓縮後交給以太坊主網。

那這麼做又有什麼好處呢?首先側鏈、Plasma 並沒有辦法直接在以太坊主網查看側鏈詳細的交易過程紀錄,但 Rollup 有把這些資料都打包起來,所以是可以在以太坊主網上看到的;其次是資料被壓縮過了,所以可以用更少的資源處理交易,增加效益。

而 Rollup 目前又可以分做兩個發展方向:Optimistic Rollup 跟 ZK Rollup,這兩者差異「驗證方式」。Optimistic Rollup 主要透過欺詐證明法(Fraud Proof)驗證上傳給主鏈的資料是否正確,當有人發現資料有誤時,可以透過虛擬機向主鏈提出詐欺證明並提供證據,一旦被證明資料有誤時,當初負責處理資料的節點就會受到懲罰。

ZK Rollup 則是把資料壓縮同時也會生成一個的零知識證明(zk-SNARK),然後會在主鏈設計一個跟這個 Rollup 鏈對應的智能合約來驗證資料正確性。

而 Vitalik Buterin 本人也認為無論以太進入 PoS 之前還是之後,Rollup 都會是以太坊目前最主要擴容手段;而他本人中短期也看好 Optimistic Rollup,長期則是認為 ZK Rollup 擁有更好的安全性。

核稿編輯:Anny

延伸閱讀:



看見社會包容力 ─ 每一簇的數位星火

過去一年,新冠肺炎讓全球進入一座大型數位轉型實驗室,小從日常飲食、上班上課,大至城鄉發展,這波加速的數位轉型,並不會隨疫情退散而消失,正因如此,影響社會各層面的「數位包容」顯得格外重要。
評論
Photo Credit:unsplash
評論

根據國際數據資訊(International Data Corporation)預估,2020 ─ 2023 年,全球與數位轉型相關的直接投資金額,每年以 15% 增速成長,2023 年將達到 6.8 兆美元,建立起強大的數位平台與生態系。在台灣無論是在深山林裡、海濱小村、城市邊緣的各個角落中有許多善用科技,結合創意與行動力量,讓不分年齡、行業的每一份子,在數位轉型的進程上不脫隊。

長年在東海岸投入偏鄉工作的師大教授須文蔚,可說是弭平城鄉落差最有創意的實踐者。他主持的宜蘭花蓮數位機會中心(下稱 DOC)、「教育部邁向數位平權推動計畫」,替鄉村裡的學童、老人家、新住民、返鄉青年,找到了夢想和方向。

弭平城鄉落差 DOC數位機會中心創意無限

談到數位包容,須文蔚強調,科技固然是必要工具,但「偏鄉機會不在於昂貴的 ICT 投資,而在於創新應用的推廣,以及人際脈絡的連結」;花蓮的宜昌國小就是很好的例子。DOC 多年來推動「小攝影師的三個大夢」計畫,向各界募集二手相機給孩子課後使用、邀請公視導演開攝影課,並攜手瑪利亞社會福利基金會舉辦公益競賽;而宜昌國小的學童在學會了攝影技能後,把海邊淨灘撿到的垃圾全程影像紀錄並以攝影展呈現,提醒各界重視環保,得到那一年公益競賽第一名。

DOC 募集了超過 600 台二手相機,為孩子辦理課程與攝影展。圖右二為須文蔚老師。Photo Credit:須文蔚老師

須文蔚笑說,別小看孩子的決心,「他們現在到夜市會自己帶容器,還叫老闆不能用塑膠袋。」偏鄉的孩子們能夠自發推廣環保理念並化為行動,最初的起心動念竟是攝影課和公益競賽。

偏鄉有自己的智慧 只是需要輔助工具與科技

「智慧在偏鄉,地方從自己的獨特條件中,都找得到可能性;他們需要的是工具,我們就從旁協助。」須文蔚說,從創意發想、熱血實踐、再加上科技的臨門一腳,讓偏鄉的成員不再單打獨鬥,彼此有了連結,成為榮耀的共同體。DOC 替偏鄉導入的科技也與時俱進,像是使用 3D 列印建模,製作具地方特色及 Logo 的商品;近期也運用網路視訊電話,號召十多名志工,每天上線陪獨居老人聊天,「一開始大家很尷尬,但一年多下來,視訊成了日常,老人家也習慣科技結合人性的陪伴。」

儘管在偏鄉已有豐碩成果,但須文蔚坦言,數位包容仍有許多困境必須克服,例如科技的導入涉及跨部會的整合,遠距醫療、電子支付,都待進一步解套。「高齡的月琴阿嬤十多年前就來跟我們學電腦,一路在社區工作上陪伴我們成長。兩年前,她身體不適,請村長載她到市區看病,一個多小時的車程說說笑笑,沒想到抵達醫院不久就過世。」須文蔚說,偏鄉往返醫院的成本極高,遠距醫療若能普及,早期治療與預防,這樣的悲劇或許可以減少。

瑞穗 DOC 最認真的資深學員月琴阿媽能用滑鼠畫出美麗的蝴蝶。Photo Credit:須文蔚老師

面對疫情 餐飲小商家需要數位包容的保護傘

數位包容的範圍並不限於偏鄉,即使在城市中心,也可能面臨不平等與差距。過去兩個月,全台三級警戒,首當其衝的小型餐飲店家。相較大型業者,它們更缺乏資源來因應突如其來的疫情衝擊,例如原料採購成本提高,就使得小商家更顯弱勢。為弭平差距,透過共同採購、成本分攤、借重數位平台的雲端廚房,或許可成為選項之一。

中央廚房連線全台 19 個衛星廚房 Just Kitchen 提高美食製作及遞送效率

Just Kitchen 便是台灣首家雲端廚房業者,創始成員均來自台灣,憑藉代理國際餐飲品牌的經驗,將原本的中央廚房改裝,結合 AI、大數據、銷售分析,成立了雲端虛擬廚房,於去(2020)年 3 月開始推廣。Just Kitchen 行銷長 John 指出,所謂雲端廚房,就是純粹製作外送餐點,透過流程簡化及共同採購等各項優勢,打造更有競爭力的商業模式。

科技部門及大數據部門 餐飲商家進入市場 快速無痛且精準

除了經營自有代理品牌如 Fridays 的外送餐點,Just Kitchen 也與傳統業者如鬍鬚張、大三元攜手,替品牌設計適合外送的菜單,協助轉型擴大客源;未來更不排除與小型業者合作。營運長 Kent 指出,Just Kitchen 內部成立了科技部門及大數據部門,前者協助餐飲業者快速上線、有效執行營運 SOP 如庫存及管銷等;後者則分析人口特性、手機使用習慣、不同族群的喜好,以便更精準觸及客戶群。

以滷肉飯商家為例,在疫情衝擊下必須從原本的內用模式,快速無痛轉型至外送,即可借重雲端廚房。「我們替品牌業者全新設計外送菜單、採購食材、烹調製作、上架宣傳,再分潤給品牌夥伴。」Kent 指出,雲端廚房可協助既有品牌快速轉型、也能降低新品牌進入市場的門檻,還能將地方美食向外推廣到不同區域。

虛擬廚房界成長最快速的 Just Kitchen ,創始成員左至右分別是:策略長劉揚、營運長吳得暉、執行長陳星豪、行銷長游竣文、資訊長林效誠。Photo Credit:Just Kitchen

台灣美食揚名國際 寄望雲端廚房

日本的壽司、義大利的 Pizza、泰國的 Patai,都是不分國界朗朗上口的美食;台灣目前除了珍珠奶茶,尚未出現國際級的代表性美食。Just Kitchen 行銷長 John 指出,台灣的美食如此多元,卻不具備足以匹配的全球知名度,相當可惜;因此 正在計畫將牛肉麵、滷肉飯等推向國際。Just Kitchen 在台灣及香港的雲端廚房已經上線,未來還有美國、菲律賓、新加坡即將開站;有朝一日,台灣的一個小小店家,或許也能藉由像 Just Kitchen 這樣的平台,揚名全世界!

不遺漏任何人的數位包容島

不論是 DOC 運用科技推動資訊教育、地方創生、農村商機、文化紀錄,抑或是 Just Kitchen 雲端廚房為微小企業帶來的新希望,都與聯合國亞太經濟社會委員會(ESCAP)在今年三月提出的疫情報告《因應新冠疫情:不遺漏任何國家》,相互呼應聯合國數位政府永續目標 — Leave no one behind,檢視最脆弱的社會部門,並透過加強區域合作來改善。

以台灣的科技產業強項,再結合多年來政府與民間攜手在數位包容工作上的創意與經驗,相信並期待種種在台灣「Leave no one behind」的嘗試與成果,成為台灣貢獻國際社會的有力切入點,當在地的數位包容經驗走向國際,台灣也更能被世界看見。

行政院科技會報辦公室 廣告