Validium是什么？以太坊Validium原理与运行机制解析

要点

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• Validium 是以太坊的扩展解决方案，可处理链下交易，同时通过零知识证明确保交易的有效性。

• Validium 可利用运营商收集并批量验证交易，减少链上数据存储和 gas 费，从而提升交易处理效率。

• Validium 虽具有提高交易速度和增强隐私保护等优势，但也面临着数据可用性风险和潜在的中心化问题等挑战。

简介

多年来，区块链技术已显著进步，但可扩展性仍是关键问题之一。本文将介绍 Validium，探讨其运行原理及其如何优化以太坊可扩展性。

什么是 Validium？

Validium 是以太坊的扩展解决方案，采用链下数据可用性和计算，以便高效处理交易。零知识汇总 (zk-rollup) 将部分数据存储于链上，而 Validium 则与之不同，其将交易数据存储于链下，同时使用零知识证明 (ZKP) 验证交易有效性。

Validium 如何运作？

Validium 在以太坊主网之外执行交易，利用以太坊上的智能合约确保其有效性和完整性。接下来，我们将介绍 Validium 的部分主要功能。

交易

若要通过 Validium 执行交易，用户需将交易发送给运营商。运营商是负责在 Validium 链上执行交易的节点，可以是单个实体，也可以是通过权益证明 (PoS) 系统选出的一组实体。

运营商收集大量交易，在链下批量处理，并在处理完成后，使用名为证明电路的特殊系统创建交易正确执行的证明。

状态承诺

将 Validium 的状态（所有账户及其余额的记录）想象成一棵大树，即为默克尔树。其树根即为状态根，如同一枚指纹，反映整体状态。该状态根即存储于以太坊上。

运营商处理交易时，会更新状态根，反映新的余额和账户状态；然后将更新后的状态根以及所有操作都正确执行的证明发送到以太坊主网。

与零知识汇总不同的是，Validium 上的区块生产者无需在以太坊上发布所有交易细节。如果以太坊成功验证了证明，新状态就会被接受，Validium 也将获得更新。

充值和提现

用户只需向以太坊上的特殊合约发送 ETH 或其他代币，即可将资金从以太坊转入 Validium。该合约会将这笔存款传递给链下的 Validium，并计入用户的链下账户。

若要将资金提取回以太坊，用户需向运营商提交提现请求。运营商会将请求纳入某一批次，一旦该批次在以太坊上得到验证，用户就可提取资金。

Validium 和 EVM 兼容性

简单用例

对于代币兑换和支付等简单用例而言，Validium 可快速处理众多交易，且无需将所有数据存储至以太坊主网，效率极高。由此可见，其更适合交易流程简单且无需复杂计算的用例。

智能合约方面的挑战

智能合约是运行于区块链的程序，通常涉及复杂的操作。Validium 在该方面面临不小的挑战，因为要证明复杂操作已正确执行需要更强大的算力，这使得 Validium 难以支持智能合约所提供的各种功能。

潜在的解决方案

部分项目正在研究如何提升 Validium 与以太坊智能合约功能的兼容性。其中一种方案是创建特殊版本的编程语言，如专为 Validiums 优化后的Solidity（用于编写以太坊智能合约的编程语言）。但该方案可能有其局限性，或许无法支持以太坊常规编程环境中的所有功能。

Validium 的优势

效率

通过减少以太坊主网的数据存储和计算负担，Validium 每秒交易次数 (TPS) 可高达 9,000 笔。这对于去中心化交易平台 (DEX) 等速度与成本效益至上的应用而言至关重要。

降低成本

Validium 不在链上发布交易数据，可大大减少燃料费，帮助用户降低交易成本，提升收益。

增强安全性

通过在链下存储数据，Validium 能够在不影响可扩展性的情况下，提升交易隐私性，并增添额外的安全防护。

Validium 面临的挑战

数据可用性风险

Validium 主要依赖链下数据可用性，风险由此而生。若运营商或数据可用性管理者扣留交易数据，则可能无法生成提取用户资金所需的证明。

中心化风险

生成有效性证明需要专门的硬件，可能导致中心化。如果只有少数实体有能力负担必要的资源，他们就可能主宰网络，削弱网络的去中心化性质。

结语

Validium 作为扩展解决方案，可在链下处理交易，同时通过零知识证明确保交易的完整性，由此优化以太坊网络。通过解决链上数据存储的局限性，Validium 可以提高交易吞吐量，为解决区块链可扩展性问题做出重要贡献。