开除Validium?从Danksharding提出者的视角重新理解Layer2

原文作者：Faust

原文来源：极客Web3

导语：近日，Danksharding 的提出者、以太坊基金会的研究员 Dankrad Feist 在推特上发表了一番颇具争议的言论。他明确指出，不采用 ETH 作 DA 层（数据可用性层）的模块化区块链不是 Rollup，同时也不是以太坊 Layer 2 。如果按照 Dankrad 的说法，Arbitrum Nova 和 Immutable X、ApeX 和 Metis 都要从 Layer 2 名单里「除名」，因为它们只在 ETH 之外（自己构建了名为 DAC 的链下 DA 网络）披露交易数据。

同时，Dankrad 还表示，像 Plasmas 和状态通道这种不需要链上数据可用性（Data Availability）来确保安全的方案仍算是 Layer 2 ，但 Validium（不用 ETH 作 DA 层的 ZKRollup）不算 Layer 2 。

Dankrad 此言一出，便引来了诸多 Rollup 领域的 Founder 或 Researcher 质疑。毕竟有许多「Layer 2 」项目为了节约成本，并没有采用 ETH 作为 DA( 数据可用性 ) 层，如果把这些项目踢出 L2 名单，必然波及到相当多的扩容网络；同时，如果 validium 不算 L2，Plasma 应该也没资格算作 L2。

对此，Dankrad 表示，Plasma 用户在 DA 不可用时（就是指链下的 DA 层网络搞数据扣留，不公开交易数据），仍然可以把自己的资产安全撤出至 L1；但相同的情况下，Validium（大多数采用 StarkEx 方案的项目都是 validium）却可以让用户无法撤资至 L1，把钱冻住。

显然，Dankrad 打算从「是否安全」来界定一个扩容项目是否为以太坊 Layer 2 。如果从「安全性」的角度来考量，Validium 在定序器故障 + DA 层发动数据扣留攻击 ( 隐瞒新数据 ) 的极端情况下，的确可以把用户资产冻结在 L2 无法提到 L1；Plasma 因在设计上与 Validium 不同，虽然多数时候安全保障不及 Validium，但在定序器故障 + DA 层发动数据扣留攻击 ( 隐瞒新数据 ) 时，却允许用户把资产安全撤离至 L1。所以 Dankrad 的说辞不无道理。

本文打算从 Dankrad 的视角出发，通过对 Layer 2 的细节作进一步分析，来深入理解为何 Validium 不是严格意义上的「Layer 2 」。

到底怎么定义 Layer 2 ？

按照 ethereum.org 网站和多数以太坊社区成员的定义，Layer 2 是「给以太坊扩容 + 继承以太坊安全性 的独立区块链」。首先，「给以太坊扩容」就是指分流以太坊无法承载的流量，分担 TPS 方面的压力。而「继承以太坊安全性」，其实可以转译为「借助以太坊保障自身安全性」。

比如，Layer 2 上所有的交易 Tx 都要在 ETH 上完成最终结算 Finalize，数据有错误的 Tx 不会被放行；如果要回滚 Layer 2 的区块，要先回滚以太坊区块，只要以太坊主网不发生类似 51% 攻击的区块回滚，L2 区块就不会回滚。

如果我们更进一步探讨 Layer 2 的安全性，其实还要考虑许多极端情况。比如，如果 L2 项目方跑路、定序器 Sequencer 故障、链下 DA 层挂掉，在这些极端事件发生时，用户能否把自己在 L2 上的资金安全撤出到 L1 上？

Layer 2 的「强制提款」机制

不考虑 L2 合约升级 / 多签隐患等因素，其实如 Arbitrum 或 StarkEx 都有为用户设置强制提款的出口。假设 L2 的定序器发动审查攻击，故意拒绝用户的交易 / 提款请求，或干脆永久宕机，Arbitrum 用户可以调用 L1 上 Sequencer Inbox 合约的 force Inclusion 函数，将交易数据直接提交至 L1；如果在 24 小时内，定序器没有处理这笔需要「强制包含」的交易 / 提款，该交易会被直接包含进 Rollup 账本的交易序列中，这就为 L2 用户创造了一个可强制提款的「安全出口」。

相比之下，有逃生舱 Escape Hetch 机制的 StarkEx 方案要有过之无不及。如果 L2 用户在 L1 提交的 Forced Withdrawal 请求在 7 天窗口期结束时，未得到定序器响应，则该用户可以调用 freeze Request 功能让 L2 进入冻结期。此时，L2 定序器将无法在 L1 上更新 L2 的状态，L2 状态冻结后要过 1 年才能解冻。

L2 状态冻结后，用户可以构造与当前状态相关的 Merkle Proof，证明自己在 L2 上有 XX 数额的资金，通过 L1 上的逃生舱 Escape Hetch 相关合约来提款。这便是 StarkEx 方案所提供的「全额提款」服务。即便 L2 项目方没了，定序器永久故障了，用户还是有办法把资金撤出 L2。

但这里存在一个问题：用 StarkEx 方案的 L2 大多是 Validium（比如 Immutable X 和 ApeX），并不会把 DA 所需的数据发布到 ETH，构造当前 L2 状态树的信息都存在链下。如果用户无法在链下获取构造 Merkle Proof 的数据（比如链下 DA 层发动数据扣留攻击），是无法通过逃生舱来提款的。

至此，文章开头提到的 Dankrad 认为 Validium 不安全的原因，其实很明确了：因为 Validium 不像 Rollup 一样把 DA 的数据发到链上，所以用户可能无法构造出「强制提款」所需的 Merkle Proof。

Validium 和 Plasma 在发生数据扣留攻击时的区别

事实上，Validium 的定序器只在 L1 链上发布 L2 最新的 Stateroot（状态树的根），再提交一个 Validity Proof（ZK Proof），证明新的 Stateroot 生成过程涉及的状态转换（用户资金变化），都是正确的。

（图源：eckoDAO）

但单凭 stateroot 无法还原出此刻的状态树 world state trie，也就无法知晓每个 L2 账户的具体状态（包含资金余额），L2 用户就无法构造对应当前合法 Stateroot 的 Merkle Proof。这便是 Validium 不利的地方。

（Merkle Proof 其实就是 root 生成过程中所需的数据，也就是图中暗色的部分。要构造对应 Stateroot 的 Merkle Proof，必须要知道状态树的构造，需要有 DA 数据）

这里必须要强调下 DAC 这个东西。Validium 的 DA 所涉数据，比如定序器最新处理的一批交易，会同步给名为数据可用性委员会 DAC（Data Availability Committee）的 L2 专属 DA 网络，DAC 由多台节点服务器构成，一般由 L2 官方和社区成员或其他单位负责运行和监督（但这只是表面上的，实际上 DAC 成员都有谁，外界很难查证）。

有意思的地方在于，Validium 的 DAC 成员需要频繁在 L1 提交多签，证明 L2 定序器在 L1 提交的新 Stateroot 和 Validity Proof，与 DAC 同步到的 DA 数据能对上号。DAC 的多签提交后，新的 Stateroot 和 Validity Proof 才会被认为是合法的。

目前 Immutable X 的 DAC 采用 5/7 多签，dYdX 虽然是 ZKRollup，但也有 DAC，用的是 1/2 多签。（dYdX 只在 L1 发布 State diff 即状态变化，而非完整交易数据。但获取了历史记录里的 State diff，就可以还原全部 L2 地址的资产余额，此时就可以构造 Merkle Proof 来全额提款）。

Dankrad 的观点不无道理。Validium 的 DAC 成员如果合谋，发起数据扣留攻击，不让其他 L2 节点同步此刻的最新数据，并且更新此刻 L2 的合法 Stateroot，用户无法构造此刻合法 root 对应的 Merkle Proof 来提款（因为此刻往后的 DA 数据不可用了，可用的是以前的 DA 数据）。

但 Dankrad 考虑的只是理论上的极端情况，现实中大多数 Validium 定序器都会实时的把新处理的交易数据广播给其他 L2 节点，其中不乏诚实节点。只要有 1 个诚实节点能够及时获取 DA 数据，用户就可以从 L2 全身而退。

可理论上存在于 Validium 身上的问题，为何不存在于 Plasma 身上？这是因为 Plasma 判定合法 Stateroot 的方式，和 Validium 不同，有欺诈证明窗口期的缘故。Plasma 是 OPRollup 之前的 L2 扩容方案，与 OPR 一样靠欺诈证明保证 L2 的安全。

Plasma 与 OPR 一样有窗口期的设定，定序器发布的新 stateroot 不会立刻判定为合法，要等窗口期 close 且没有 L2 节点发布欺诈证明。所以 Plasma 和 OPR 的当前合法 Stateroot，都是几天以前提交的（这就好比我们看到的星光，其实都是很久以前发出的），而用户往往可以获取过去时刻的 DA 数据。

同时，欺诈证明机制能在此刻生效的前提，是此刻 L2 的 DA 可用，也即 Plasma 的 Verifier 节点可以获取此刻的 DA 所涉数据，这样才能生成此刻的欺诈证明 ( 如果有必要的话）。

那么一切都很简单了：Plasma 正常工作的前提是此刻 L2 的 DA 数据可用。如果从此刻开始，L2 的 DA 不可用了，用户能安全撤资吗？

这个问题不难分析，假设 Plasma 的窗口期是 7 天，如果从某个时间点 T 0 开始，新的 DA 数据就不可用（DAC 发动数据扣留攻击，不让诚实的 L2 节点获取 T 0 往后的数据）。因为 T 0 及此后一段时间内的合法 Stateroot，是 T 0 时刻前提交的，而 T 0 时刻前的历史数据可追溯，所以用户可以构造 Merkle Proof 来强制提款。

即便很多人无法立刻察觉异常，但因为有窗口期存在（OP 是 7 天），只要 T 0 时刻提交的 Stateroot 还未合法化，且 T 0 之前的 DA 数据可追溯，用户就可以把钱安全撤出 L2。

总结

至此我们大致可以理清楚 Validium 和 Plasma 在安全性上的区别：

Validium 的定序器发布 Stateroot 后，只要立刻发布 Validity Proof 和 DAC 多签，就可以使其合法，成为最新的合法 Stateroot；如果用户和诚实 L2 节点遭遇数据扣留攻击，无法构造当前合法 Stateroot 对应的 Merkle Proof，就无法提款到 L1。

而 Plasma 提交新的 Stateroot 后，要等窗口期结束才能合法，此时的合法 Stateroot 是过去提交的。因为有窗口期（ARB 是 3 天，OP 是 7 天）存在，即便新提交的 Stateroot 的 DA 数据不可用，用户也有当前合法 Stateroot 的 DA 数据（合法 root 是过去提交的），有足够的时间强制提款到 L1。

所以，Dankrad 说的话有道理。当发生数据扣留攻击时，Validium 存在把用户资产困在 L2 的可能，但 Plasma 并不存在这个问题。

（下图中 Dankrad 说的有一点不对，Plasma 应该不允许构造过时的合法 Stateroot 对应的默克尔证明来提款，因为这会导致双重支付）

所以，链下 DA 层的数据扣留攻击会造成许多安全隐患，但 Celestia 尝试解决的正是这个问题。此外，因为大多数 Layer 2 项目都会提供让 L2 节点与定序器保持链下同步的服务端口，所以 Dankrad 的忧虑其实往往只是理论上的，而不是现实中的。

如果我们用鸡蛋里挑骨头的态度，再提出更极端的假设：所有的 Plasma 链下节点都不可用了，那么那些没跑过 L2 节点的普通用户都无法强制提款到 L1。但这种事情发生的概率，等价于一条公链的所有节点集体永久性宕机的概率，可能永远不会发生。

所以，很多时候，大家只是在谈论一些根本就不会发生的事情。正如美剧《切尔诺贝利》里克格勃副主席对主角说的那段金句：「为何要担心根本就不会发生的事情呢？」

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