有效性证明（Validiums）详解：工作原理及优势

什么是有效性证明（Validiums）？

有效性证明（Validiums）是针对以太坊的扩展解决方案，通过在链下处理交易并使用零知识证明（ZKP）来确保其有效性。它们与零知识汇总（zk-rollups）不同，后者会在链上存储部分数据，而有效性证明则将所有交易数据保持在链下，同时使用零知识证明来验证交易的有效性。

有效性证明的工作原理

当用户想要通过有效性证明进行交易时，他们会将交易发送给操作者。操作者是负责在有效性证明链上执行交易的节点，可以是单一实体或通过权益证明（PoS）系统选出的多个实体。操作者将交易收集成批，并在链下处理这些交易。一旦批次准备就绪，操作者会使用一个称为“证明电路”的特殊系统来创建证明，确保交易正确执行。

有效性证明的状态（所有账户及其余额的记录）可以想象成一棵大树，称为默克尔树。这棵树的根，即状态根，就像一个指纹，代表整个状态。这个状态根被存储在以太坊上。当操作者处理交易时，他们会更新状态根以反映新的余额和账户状态。然后，他们将这个新的状态根连同证明一切都正确完成的证明一起发送到以太坊主网上。与zk-rollups不同，有效性证明上的区块生产者不需要在以太坊上发布所有交易细节。如果以太坊验证了证明，新的状态就会被接受，有效性证明也会随之更新。

用户可以通过向以太坊上的特殊合约发送ETH或其他代币，将资金从以太坊存入有效性证明。该合约会将存款信息传达给链下的有效性证明，并将资金记入用户的链下账户。当用户想要将资金从有效性证明提回到以太坊时，他们会向操作者提交提款请求。操作者将请求包含在批次中，一旦批次在以太坊上得到验证，用户就可以提取他们的资金了。

有效性证明与EVM兼容性

有效性证明对于简单的应用（如代币交换和支付）非常高效，因为它们可以快速处理大量交易，而无需将所有数据存储在以太坊主网上。这使得它们非常适合那些交易简单且不需要复杂计算的应用。然而，有效性证明在处理智能合约时遇到了挑战，因为证明复杂操作的正确性需要更多的计算能力。这使得有效性证明难以支持智能合约所能提供的广泛功能。一些项目正在研究如何使有效性证明更兼容以太坊的智能合约能力。一个方法是创建专门为有效性证明优化的编程语言版本，如Solidity（用于编写以太坊智能合约的语言）。然而，这可能会有限制，因为它可能不支持常规以太坊编程环境的所有功能。

有效性证明的优势

有效性证明可以通过将数据存储和计算从以太坊主网卸载，处理高达每秒9,000笔交易。这对于需要速度和成本效益的应用（如去中心化交易所）至关重要。有效性证明还可以通过不将交易数据发布到链上，显著降低gas费用，让用户从更低的交易成本中受益。此外，通过链下数据存储，有效性证明可以为交易提供增强的隐私和额外的安全层，而不牺牲可扩展性。

有效性证明的挑战

有效性证明依赖于链下数据可用性，这也引入了风险。如果操作者或数据可用性管理者隐瞒交易数据，可能无法生成必要的证明来提取用户资金。此外，生成有效性证明所需的专业硬件可能会导致集中化。如果只有少数实体能够负担得起必要的资源，他们可能会主导网络，从而破坏其去中心化的本质。

结语

有效性证明是旨在通过在链下处理交易并通过零知识证明确保交易完整性来增强以太坊网络的扩展解决方案。通过解决链上数据存储的限制，有效性证明可以提高交易吞吐量，这是解决区块链可扩展性问题的一个重要步骤。