147╱編輯推薦

天地無窮大，登高看三觀：人生觀、價值觀與世界觀

醫學與登山•寫給現在與下一個世代的登山者

||網路時代～野外救援四面向 ||

筆者在中學時就對登山探險產生興趣，也曾經和家人一起爬過皇帝殿、七星山和觀音山硬漢嶺等步道，在那個懵懂的時代，有聽過山名，知道登山口在哪兒的也就這幾條路線。考上大學之後，幾乎是在新生訓練一眼看到登山社攤位就入社，此生和山結下不解的緣份……

登山風格在轉變
網際網路尚未普及之前，登山知識是封閉的。登山記錄、等高線地圖都很不容易取得；好像想學習武藝必須加入武林幫派一樣，想爬山，加入登山社團幾乎是唯一的方式。

彼時的登山社團，對於社員的教育傳承和活動的管理大多有相當嚴謹的制度。以台大登山社為例，入社之後有初級、中級山嚮導訓練、雪訓、初級、中級岩訓等多種課程。嚮導員需要考試，領隊由現任領隊選舉產生。設有山難防治小組，審查隊伍行程及隊員資格。登山的初始一定是團隊活動，除了合格的領隊嚮導，隊伍的成員也都要做任務編組，大廚負責擬菜單、採購和野外烹飪，裝備官負責擬定、借用檢查團體裝備及最後的清潔歸還，醫官當然是要負責準備藥物與醫材，並且在山上執行各種內外科醫療狀況的處理。因為唸醫學系，約大三或大四起，除非有學長同隊，我一定是責無旁貸的醫官；等到變成高齡學長，也就名正言順地當起了各種訓練課程的登山醫學課程講師。
許多人都以為具有醫師身分的山友應該就會熟悉登山醫學，其實不然。筆者就有很多朋友同時身為專業醫師與登山高手，但他們不見得喜歡在登山活動中扮演醫師角色（更不要提非醫療背景的登山者了）。文化背景和制度潛移默化地型塑了那個時代登山者的風格，就像筆者，其實是因為長期擔任隊醫和為《台灣山岳》雜誌寫稿的驅力，而一直在這條路上。

把鏡頭拉回現在，是一個完全不同的世界。許多老字號的登山團體還在，但是教育和管理的功能已經弱化，變成以社交聯誼為主，成員也高齡化；更多年輕的登山者，他們不屬於任何登山社團。因為資訊取得容易，很多人以獨登、網路自組隊或參加商業登山團的方式爬山。這種迥異於過去的潮流中如何型塑一個健全的登山者（第146期的主題），是登山界領導人必須面對的難題。

野外救援活動的限制
現代醫學的進展速度比起網路世界不遑多讓，醫學知識也因為網路的普及而無遠弗屆。即使99%的進步都是在醫院中才能執行的醫療項目，屬於國民基本識能的基本救命術（BLS）也有了重大的進展：藉由CPR程序的簡化，以及體外自動去顫器（AED）的普及，已經有許多由非醫療專業人員進行急救成功的案例。然而在登山醫學這塊孤立的領域，外部資源進入的困難仍然嚴重限制人們在野地中執行救援。
我們以高山活動中，假設有一隊員發生嚴重頭痛、意識變化及走不動（疑似高海拔腦水腫HACE）為例，分別從知識、技能、設備、法規等四個面向來說明野外救援活動的限制，並嘗試提出解決之道。

1.知識：知識藉由網路容易取得，但取得並不等於理解與運用。如果曾經上過實體課程而有若干程度的了解，只是不記得細節（非醫療背景的人很難記住如診斷標準，醫學名詞的定義，預防和治療藥物的劑量和給法等），那麼谷歌大神、預存在手機的電子書、或是筆者正好在線上，都可以提供立即的參照。但是完全不曾學習（或是學到錯誤的知識）的人可能完全沒有意識到腦水腫的早期症狀，也不知道它的嚴重性，即使下載了資料，也來不及理解及運用（也沒有設備）。
網路的知識缺乏審查機制，很難確保正確性或者是最新的知識，筆者曾經有多年前的關於傷口處置的舊作（內容已必須更新）被轉貼到其他網頁，直到有其他醫師指正才發現。尤有甚者，很多農場文或新聞媒體的報導，作者是靠點閱率來賺錢的。嚴謹正確的衛教文章很難吸引人，所以幾乎都是用誇大或甚至悖離事實的內容來搏取視線。比如說我們常看到高海拔不適用威而鋼（sildenafil）來救命的報導，事實上威而鋼只有對高海拔肺水腫HAPE的預防有用（而且有別的較便宜用藥如Nifedipine），本例的海拔腦水腫HACE不管是預防或治療，威而鋼都沒有效。可能是新聞記者只聽過威而鋼，或是認為這個藥名可以吸引讀者。反而是正確、有效又便宜的丹木斯（acetazolamide），經過多年的努力，如今才有比較多的山友知道，但是知名度仍遠不及前者。

2.技術：知識除非化為行動，否則沒有任何用處。CPR的壓胸、AED使用、止血包紮、頸椎固定，本高海拔腦水腫可能會用到加壓袋如PAC，用面罩給氧等；YouTube上也可以找到教學片。但是沒有實際操作過的人，不只無法正確執行，可能大多數是呆若木雞或不知所措。要求獨登者或自組隊成員參加實做訓練課程是緣木求魚。目前只有登山團體的嚮導依法規規定需急救員資格，其他如PAC和氧氣使用等並未要求。雖然定期複訓是維持記憶與更新知識所必要，但是昂貴的訓練費用與時間消耗也對嚮導們造成莫大負擔。

3.設備：急救時所需要的一切，小到內外用藥物、包紮用的紗布、繃帶、透氣膠；大到頸圈、副木、擔架、氧氣和加壓袋等，除現在某些山屋有PAC，另排雲山莊醫療站有備AED和氧氣製造機等；如果你沒有帶上山，那知識和技術都變成紙上談兵，只能等山下的救援上來（除了直升機都要很久，我們的腦水腫患者可能等不到24小時就會死亡）。藥物和設備其實是登山醫學的最大罩門。在醫療院所的醫師只要有知識和技術就好了，設備醫院都有，即便有欠缺，轉院也是輕而易舉。把藥物設備帶上山要考量的除了重量、體積，還有藥物的效期及保存、購置的費用，持有及使用的適法性等一大堆問題。能發揮功能的醫藥箱，一言以蔽之就是又重又貴，很難保養，但是用到的可能性極低。筆者在台大山社時曾在社團建立一個公藥庫，出隊時領隊或醫官依活動型態及人數領用藥物醫材，如有使用就加以記錄，在歸還時繳費購買補回，保管人則定期檢視，替換過期或損壞的藥物醫材；在講究輕量化、個人化登山的時代，我想醫藥箱應該是優先被斷捨離的包袱。因為身負急救員重任，專業嚮導們會帶簡易的醫藥包上山。但應該怎麼帶能夠最輕、最便宜且發揮相對最大的效用，會因為活動型態和隊伍大小而有差別，必須個別化設計。因應「偶爾爬山」族群的需求，近年也出現不少登山露營裝備出租公司，帳篷、睡袋、睡墊等許多登山裝備都可以租賃的方式取得，那麼可否也可以相同的方式為之，由裝備出租公司來擔任公藥庫管理者的角色呢？筆者認為以目前的法規，只有傷口處理、包紮等外用醫材等，大致上是沒有問題的，其他所有的口服藥和注射藥（腦水腫的病人，可能要注射或口服高劑量類固醇）在目前非醫療專業人員或機構依法都不能購置及持有。希望這樣的情形將來有改善的一天。

4.法規：醫事及藥事法規就如同其他法規一樣，目的在阻卻相關的不法行為；但是僵化的規定及一些負面的判例，也常常使人們對在野外救護的助人善行遲疑。這個現象由於緊急醫療救護法的立法和歷次修定，把「野外地區傷病之現場緊急救護及醫療處理」納入而獲得部分解決。第14-2條規定「救護人員以外之人，為免除他人生命之急迫危險，使用緊急救護設備或施予急救措施者，適用民法、刑法緊急避難免責之規定」。準此，我們的個案疑似罹患高海拔腦水腫，是符合「生命之急迫危險」，可能在短期間內死亡的急症。使用加壓袋、氧氣或甚至藥物施予急救，應該任何人都可以執行。但是預防性投藥（如口服丹木斯預防急性高山症AMS）就不屬於急救措施，非醫療人員必須要在山下先請醫師個人處方，再帶去山上使用。而攜帶型加壓袋PAC目前被衛福部歸類為醫療器材，台灣現有的PAC都是相關單位專案引進的。非救護人員可以使用（在上述的急救行為）卻不能購置。諸此種種問題，期待將來能逐步改善。

紙短情長，為《台灣山岳》雜誌寫了十七年多的登山醫學專欄，也算對厚愛我一生的美麗山林小小的回報。在此和關注這個專欄的山友道別，不管是在山徑上或是在之後網頁形式的山岳雜誌上，我們後會有期。

文、圖／賴育民

#十七年
#台灣山岳26年

📜 [專欄新文章] Crosslink 2019 Taiwan｜以太坊 2.0 的未來藍圖及挑戰
✍️ Frank Lee
📥 歡迎投稿： https://medium.com/taipei-ethereum-meetup #徵技術分享文 #使用心得 #教學文 #medium

Danny Ryan（source: Crosslink 2019 Taiwan）

十月底於台北矽谷會議中心舉行的 Crosslink 2019 Taiwan，吸引了來自世界各地的區塊鏈愛好者們齊聚一堂。第一天的議程，邀請到了以太坊基金會 (Etherium Foundation, EF) 的核心研究員 Danny Ryan，會中分享了以太坊 2.0 (Ethereum 2.0)目前的研究方向以及遇到的挑戰，演講的內容主要包含了以太坊 2.0 的架構，新的分片提案，執行環境 (Execution Environments, EE)以及雙向橋接 (Two-Way Bridge)等議題。

一、以太坊 2.0 的架構

以太坊 2.0 架構（source: Crosslink 2019 Taiwan）

第零階段(Phase 0)

在 以太坊 1.0 (Ethereum 1.0) 中，使用 工作證明(Proof of Work, PoW) 作為 共識機制 (Consensus)，並藉此產生新的區塊。為了要減少工作證明產生新區塊時，所需要的大量算力，以及所花時間過長的問題，以太坊 2.0 將改為 權益證明 (Proof of Stake, PoS) 作為產生新區塊的共識機制，以太坊 2.0 PoS 創世區塊 (Genesis Block) 預計會在 2020 年 1 月 3 日產生。

第零階段會建立信標鏈(Beacon Chain)，信標鏈就是以太坊 2.0 系統層級的鏈，當從以太坊 1.0 移轉到以太坊 2.0 時，信標鏈扮演著非常重要的角色，它是整個系統的基礎。

一旦第零階段完成，將會有兩個使用中的以太坊鏈。以太坊 1.0 鏈（目前所使用的 PoW 主鏈)以及以太坊 2.0 鏈(新的信標鏈)。在這個階段，使用者在 1.0 鏈把以太幣鎖到合約裡以註冊公鑰， 2.0 鏈會承認合約內註冊的公鑰。但是，他們無法將該以太幣遷移回去以太坊 1.0 鏈上面，為了要執行信標鏈，你會需要一個信標鏈的客戶端。目前，許多團隊正在開發這些客戶端。

第一階段(Phase 1)

第一階段會加入分片鏈(Shard Chains)，在這個階段主要專注於分片鏈的資料結構，以及其有效性(Validity)和共識性(Consensus)，分片鏈在這階段只當作資料鏈，並不會指定分片鏈狀態執行(State Execution) 或帳戶餘額(Account Balances)。這比較像是對分片結構進行測試，而不是嘗試利用分片來對信標鏈進行擴展。在這階段，信標鏈會把分片鏈的區塊(Block)， 當作沒有結構或意義的位元集合(Collections Of Bits)。以太坊 1.0 和以太坊 2.0 仍將同時存在，並且在以太坊 2.0 鏈上進行測試和遷移。

這個階段分片鏈會與信標鏈交聯(Crosslinks) ，每個分片的當前狀態 — “結合資料根(Combined Data Root)”，會定期記錄在“信標鏈”區塊中，作為交聯。信標鏈區塊完成後，相應的分片區塊(Shard Block)將被視為已完成，其他分片知道它們可以依靠這些區塊進行跨分片交易。

交聯是委員會(Committee)的一組簽名(Signatures)，證明了分片鏈中的某個區塊，可以包含在信標鏈中。交聯是信標鏈”理解”分片鏈更新狀態的主要方式。交聯還用作異步跨分片通信的基礎結構。

信標鏈在每個時段(Slot)中的每個分片，隨機選擇分片驗證者(Shard Validators) ，分片驗證者只是用來在每個區塊的內容上達成一致，他們通過交聯證明分片的內容和狀態，分片中包含什麼內容都沒有關係，只要所有委員會都達成共識，並定期更新分片上的信標鏈即可。

第二階段(Phase 2)

第二階段會將所有功能開始結合在一起，在第二階段，會完成分片化，分片鏈從簡單的數據容器過渡到結構化鏈狀態，並將重新引入智能合約。每個分片將管理基於 eWASM(Ethereum flavored WebAssembly) 的虛擬機。它會支援帳戶(Accounts)、合約(Contracts)、狀態(State)，以及 Solidity 中我們熟悉的其他抽象化，預計在第二階段之前或第二階段開發時，大家熟悉的工具（例如 Truffle, Solc, Ganache）需要轉換成支持 eWASM 的版本，以太坊 1.0 及以太坊 2.0 可藉由雙向橋接來互通，會有可擴展的 Layer 1 執行，藉由無狀態執行，來提高執行速度。

二、新的分片提案

新的分片提案（source: Crosslink 2019 Taiwan）

以太坊 2.0 原提案所運作的機制，是以每個時期 (Epoch) 為單位，來進行交聯的動作，每個鏈上有1024 個片 (Shards)，當需要跨分鏈交易(Tx)時，由於是每個時期進行交聯，會有較大的延遲時間；新提案更新為每個時段都進行交聯的動作，並減少片(Shards)的數量為 64個，來降低跨分片(Cross-Shard)交易時的延遲時間，每個時段都進行跨分片交易。

新提案的優點

對於以太坊 2.0 新提案的優點，首先新提案的片 (Shards)數量由 1024 個降至 64 個，降低了運算的複雜度，因為跨鏈時間從一個 epoch 降到一個 slot ，時間縮短第一個好處是給 DApp 開發者及使用者更好的體驗。第二個好處是以往需要手續費市場(Complex Fee Market) 及樂觀狀態(Optimistic State)這兩種複雜的跨鏈交易解決方案，現在不需要了。

新提案的交易

新提案只需要比之前的提案更少的片 (Shards)，就可以啟動交易，可能會有更長的分片時段(12s)，更大的分片區塊(Shard Block)，目前更新到第零階段 ，第零階段測試網(Testnets)的測試，可能會有所延遲 ，新提案減少了第零階段發布所需的時間。

目前的想法

希望能給開發者及使用者更好的體驗，使用較大的分片區塊(Shard Block)，來改進資料可用性，以及要降低開發延遲和第零階段發布所需花費的時間。

三、執行環境

以太坊 1.0 簡易架構圖（source: Crosslink 2019 Taiwan）

在之前設計的以太坊 2.0 和以太坊 1.0 中，狀態在共識機制裡，扮演著非常重要的角色，共識機制會隨時去讀寫所有的狀態，不管是執行的概念、交易的概念、帳戶的概念、樹狀結構的概念、以及所有在資料結構中的概念，都深深地融入共識中。

上圖是以太坊 1.0 的簡易架構圖，在圖中我們可以看到共識機制及一條鏈，共識機制裡包含了狀態及一個執行引擎，狀態裡包含了狀態樹，在這裡的執行引擎使用硬編碼規則，裡面包含了執行交易、帳戶模型和帳戶結構，我們可以看到圖的右邊有一條鏈，鏈上面有交易資料，在以太坊 1.0 中，我們會在交易資料上執行共識機制，去修改和更新狀態。

執行環境是一個單獨的虛擬機器，在以太坊 1.0 中，會有一個特定的帳戶模型(Account Model)，以及事先定義好的操作碼 (Opcodes)，礦工機制 (Gas Mechanisms)和狀態根(State Root)，以太坊虛擬機 (Ethereum Virtual Machine, EVM) 就是一種特定的執行環境。

如果遵循 EIP(Ethereum Improvement Proposals) 的建議，開發者總是在要求新的操作碼，或著是更改礦工成本(Gas Cost)來支援他們的應用，像是 Plasma 和 Zkrollup 這樣的例子有很多，這樣就會需要修改 EVM 1.0 的執行環境 ，才能支援到他們的應用程式(DApp)。

但是在以太坊 2.0 的第二階段中，我們可以支持多個執行環境。 也可以有多個狀態根，不同的帳戶模型等。舉個例子，你可以定義一個臉書幣執行環境 (Libra EE)，以便在以太坊 2.0 上運行 Libra。 或者，您可以定義一個比特幣執行環境 (BitCoin EE)，這樣就可以在以太坊 2.0 上運行比特幣。

以太坊 2.0 簡易架構圖（source: Crosslink 2019 Taiwan）

在以太坊 2.0 簡易架構圖中我們可以看到狀態根， 它可能是 32 Bytes 的 Blob，上面有 WASM 的執行碼 (Execution Code)，可以在使用者層級中去做細部設定。圖片右邊有一個鏈，鏈上有一般的交易資料以及見證(Witnesses)，見證實際上顯示在資料庫的區塊中，你需要針對該狀態而不是資料庫執行該筆交易，而且還需要證明資料對於當前狀態根是有效的。舉個例子，如果我們要在帳戶 A 和帳戶 B 之間傳遞數值，假設從帳戶 A 移動 5 以太幣 到帳戶 B ，我們不能直接說帳戶和餘額 (Balance) 是確實可用的，在過程中，我們需要加入見證資料(Witness Data)，來證明兩個帳戶當前的狀態，當執行碼正在執行交易資料時， 狀態根可以修改和更新狀態樹。

執行環境並不是共識機制預先定義好的，他可以在使用者層級上去做新增，我們也可以把以太坊 1.0 複製一份到以太坊 2.0 的執行環境中，將現有的狀態根放入EVM 直譯器，用梅克爾見證驗證器(Merkle Witness Verifier)來當作他的執行碼。

在原先的提案中，狀態和共識息息相關，且執行帳戶和共識中包含了狀態樹結構；而在新的提案中，執行環境為無狀態模型(Stateless Model)，高度抽象化的，並且它的可擴展性，相較原先的提案高出非常多。

執行環境的優點

執行環境有許多優點，相較於舊系統，它也許可以更快地將產品推向市場，因為我們不必等到核心共識推出之後，才研究並發展這個概念，在 Layer 1 會有更少的阻礙，它可以在各種應用上，使用具高擴展性及資料可用性的執行引擎，所以未來會長期使用這個核心基礎層。

執行環境的設計完成，讓以太坊 1.0 到以太坊 2.0 的遷移，有了更清楚的方向，使用執行環境比較不會有技術隨時間遷移而過時的問題產生。

執行環境交易

對於執行環境交易，開發者及使用者可能會覺得太抽象，對什麼是執行環境感到困惑，像是這一層加了什麼？應該在這一層做什麼？誰應該寫執行環境？而且相關的開發規範會趨向更嚴格的形式。

虛擬機可能會有潛在的碎片化問題，進而影響到交易速度。

目前的想法

目前所有的研究都是正向發展的，還有充裕的時間，嘗試並更好地了解設計空間，未來會多花一些時間，在建立更好的執行環境通訊機制上面。整體來說，現階段的進度，對於未來是重要的里程碑。

四、雙向橋接

最後一個主題，主要討論開發雙向橋接是否是值得的？團隊可能可以在什麼時間點，來去做雙向橋接？

單向橋接示意圖（source: Crosslink 2019 Taiwan）

講者先前提過的提案中，以太坊 2.0 最初有一個單向橋接，所以你可以從以太坊 1.0 轉換到 以太坊 2.0，但是最初的架構不允許回傳，這主要是出於幾個原因，這需要我們將以太坊 1.0 的發展 與 以太坊 1.0 和以太坊 2.0 的硬分叉緊密結合，並把兩個系統置於互相影響的風險之中，因此團隊認為以太坊 2.0 在發布且穩定之前，將兩邊緊密耦合是不明智的。

單向橋接的問題

月初在日本大阪舉行的 Devcon 5 上，橋接的問題受到了廣泛的討論，原提案的單向橋接(One-Way Bridge)模式，會有驗證者流動性的問題，而且更重要的是，它可能會引發以太坊 1.0 和以太坊 2.0 之間的可替代性問題，如果我們允許以太坊 2.0上的流動性，那麼某種形式的轉移機制，就會在將以太坊 1.0 分叉到以太坊 2.0 之前，或著是在雙向橋接之前產生，交易所中很可能會同時有兩個幣，團隊和整個驗證者社區都很擔心這個問題，目前正在找尋減輕這個問題的方法。

另外也希望鼓勵大家，在這些早期階段進行驗證，但是在早期階段進行驗證，肯定會有很高的風險，因為存在未知的鎖定期，因此也希望找到方法減輕這種風險。

雙向橋接

雙向橋接示意圖（source: Crosslink 2019 Taiwan）

雙向橋接目前可能的路線有兩條，一種是在以太坊 1.0 上面，建立以太坊 2.0 的輕節點；另一種是在以太坊 1.0 上運作以太坊 2.0 的全節點。

路線Ａ： 在以太坊 1.0 上，建立以太坊 2.0 輕節點

路徑Ａ示意圖（source: Crosslink 2019 Taiwan）

這個路線需要在實際的 EVM 中支援 BLS-12–381，會花費很多開發時間，而且它只提供輕量客戶端 (Light-Client) 層級的安全性。當驗證者在 2.0 鏈上產生提款交易的收據時，我們會拿到以太坊 2.0 的輕量客戶端證明，一但收收據的區塊在以太坊 2.0 上敲定了，你就可以在以太坊 1.0 的合約上提款。不過，這可能不是團隊最終選擇的路線。

路線Ｂ：在以太坊 1.0 上，運行以太坊 2.0 的全節點

路徑Ｂ示意圖（source: Crosslink 2019 Taiwan）

第二種路線，會在以太坊 1.0 的節點上，運行以太坊 2.0 的全節點，這個路線允許我們使用敲定性機制，因此，我們不僅可以使用這種機制，來促進以太坊 1.0 和以太坊 2.0 之間的轉移，我們也可以利用驗證者的安全性，來保護以太坊 1.0 鏈，我認為大家對此感到非常興奮，這通常被稱為“敲定性小工具提案(Finality Gadget Proposal)”。

但是還是需要一種機制，去輸出以太坊 2.0 狀態根在以太坊 1.0 上，所以有一些以太坊 2.0 社群的討論，在研究如何實作它，可能會包含礦工機制。

輸出以太坊 2.0 狀態根的另一個優勢，是以太坊 1.0 有穩固的機制可以實現它，以及同時擁有以太坊 2.0 的高擴展性及資料可用性，可以做一些有趣的應用，像是 ZK Rollup 和 Optimistic Rollup。

雙向橋接的優點

如果你在交易所中，列出以太坊 1.0 以太幣和以太坊 2.0 以太幣，它們的價格應該一樣。 如果不一樣，你可以用較低的價格買一個以太幣，把他發送到橋上，然後以較高的價格獲得另一種以太幣，並把它出售。 這種套利會使它們的價格保持不變，這樣會讓用戶，驗證者和開發人員感到困惑，雙向橋接可以防止兩邊的貨幣藉由套利的形式，來互相轉換。

雙向橋接的交易

但是還是有一些權衡在這裏，儘管對以太坊 2.0 的設計非常有信心，團隊還是希望在影響到以太坊 1.0 的安全性和風險狀況之前，先在生產環境中得到驗證。

雙向橋接是一種緊密耦合的共識機制，對於兩邊鏈的攻擊及產生的問題，都會影響到另一邊的鏈，協定的開發勢必會非常煩瑣，我們需要考慮到每個協定的安全性，如果我們越早開發協議，那麼我們實際上的進度就越少，當每個障礙隨著時間發展，它們就會相互阻礙，這讓以太坊 1.0 在這一點上的開發速度比以太坊 2.0 慢得多，因為實際用戶群存在很多擔憂，並且需要大量的協調，才能在我們的生產網絡上獲得硬分叉。

所以，如果我們越早將這些東西連在一起，就可能會減慢以太坊 2.0 的開發和分叉週期，並且這增加了一些額外的開銷，換句話說，驗證我們可以鏈接客戶端的開銷是相對的。

目前的想法

我們應該會在加入驗證人流動性之前啟用橋樑，但是會等到第一階段的產品穩定之後再開放；同樣的，有很多相關的研究都在同時進行，這可能會影響到，何時完成這個操作。

名詞解釋：

EIP(Ethereum Improvement Proposals)：EIP 是以太坊平台的標準，其內容包含了核心協議的規範，客戶端 API 以及合約標準。

epoch ：在以太坊 2.0 中，epoch 指的是時長 6.4 分鐘的時間單位，每個epoch 包含64個 slots。

Slot(時段)：每個時段為 6 秒，不一定每個時段都能產生區塊，而epoch 中最後一個 slot 稱為邊界時段 (Boundary Slot) ，或稱為檢查點 (Checkpoint)。

Solidity：Solidity 是一種合約導向的語言，主要用來開發智慧合約。

Consensus (共識機制)：共識機制是區塊鏈為了在各節點間達成共識，所開發的演算法。

Validator 驗證者：驗證區塊的節點，由信標鏈在每個時段(Slot)為每個 片 (Shards)隨機產生。

Gas：交易所需的費用，當 Gas 消耗完時，智慧合約會終止並進行 Rollback。

EVM(Ethereum Virtual Machine)：EVM 中文為以太坊虛擬機，是一種輕量級的虛擬機環境，Eth 1.0 中智能合約的運行環境為 EVM。

Dapp(Decentralized App)：在以太坊中，基於智能合約的應用都稱為去中心化的應用程序，即 Dapp(Decentralized App)。

ether(以太幣)：以太坊的貨幣名稱。

Finality(敲定性)：「敲定性」是 Casper 中的概念，是一種透過驗證者投票，在鏈上產生不可回朔（Rollback）的檢查點的機制。

Libra：臉書提出的加密貨幣，預計於 2020 年發行。

Merkle Tree：Merkle Tree 由計算機科學家 Ralph Merkle 所提出，中譯為雜湊樹，因為是由雜湊函式形成的樹。

Reference: [Ethereum Improvement Proposals](https://eips.ethereum.org/)

Reference: [Two-way bridges between eth1 and eth2](https://ethresear.ch/t/two-way-bridges-between-eth1-and-eth2/6286)

Reference: [Ethereum 2.0 (Serenity) Phases](https://docs.ethhub.io/ethereum-roadmap/ethereum-2.0/eth-2.0-phases/#phase-2-state-execution)

Reference: [ethfans](http://ethfa​​ns.org/)

Reference: [eth2 quick update](https://blog.ethereum.org/2019/10/23/eth2-quick-update/)

Thanks to Danny Ryan, Chih Cheng Liang, Juin Chiu, Yahsin Huang, and Jerry Ho

Crosslink 2019 Taiwan｜以太坊 2.0 的未來藍圖及挑戰 was originally published in Taipei Ethereum Meetup on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

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📜 [專欄新文章] ZK Rollup一開始提出來的時候，是被定義為layer 2的解決方案，年初的時候一度以Plasma…
✍️ Kimi Wu
📥 歡迎投稿： https://medium.com/taipei-ethereum-meetup #徵技術分享文 #使用心得 #教學文 #medium

ZK Rollup & Optimistic Rollup

ZK Rollup不是一個新的提案，大約在一年前被Barry Whitehat所提出，同時間Vitalik在以太坊研究員的論壇有一篇比較完整的文章解釋，現在由Matter Lab在開發。研究完zk-SNARKs之後，一直沒空來看，直到最近才有機會來深入瞭解。除了ZK Rollup，也會簡單帶一下前陣子在Plasma Group所提出的 Optimistic Rollup。

ZK Rollup一開始提出來的時候，是被定義為layer 2的解決方案，年初的時候一度以Plasma Ignis這個名稱作為發表。應該是因為去年Plasma很紅，一直不斷有新的提案跟進展，加上這當時也被定義為layer 2的解決方案，這些種種原因，開發者就冠上了Plasma的名稱，不過因為這項技術跟Plasma的精神完全不一樣，被社群抗議，後來就恢復到Rollup這個名稱（開發者的聲明），所以搜尋 ‘Plasma Ignis’會找不到什麼東西。到最近，Rollup被更名為semi-layer 2的解決方案，就是有一點layer 2但又沒這麼layer 2… XD

簡單一句話解釋ZK Rollup就是，資料放在鏈上的layer 2解決方案。在瞭解ZK Rollup之前，先來解釋原本layer 2有什麼問題。以Plasma為例，Plasma鏈只把Plasma區塊的hash放上Ethereum主鏈上做公正（欲瞭解Plasma可以參考這裡），也就是在鏈下交易了數百或數千筆的交易，最後上鏈只有幾十個bytes，這是鏈下交易的精神，但也是設計上最麻煩的地方 — 資料的可取得性。

就是當有人要離開這個鏈時，需要一個額外的遊戲規則，在Plasma叫做挑戰期（因為鏈上沒有資料，需要側鏈參與者的提供證據），這衍生了有資料才能挑戰，所以大家都要存一定數量的資料，相較於跟主鏈的互動，只需要裝一個錢包，並不需要下載區塊資料，使用者體驗上差異很大。挑戰期的另一個問題是，使用者需要保持上線狀態，不然錯過挑戰期，就代表默認了交易（因為是採用詐欺證明並非是有效性證明）。簡單來說，因為資料的可取得性問題，衍生了

1.使用者需要常在線上2. 需下載部分資料

而造成使用者體驗很糟（當然現在的Plasma設計已經改進了不少）

如何資料放在鏈上，又不會造成資料過大呢？

首先，先介紹整體架構。跟Plasma一樣，有一個智能合約做擔保，有中繼者(relayer)幫忙送交易到智能合約（在Plasma叫operator），中繼者除了送交易外，還需要產生SNARK證明，一起送上鏈做驗證。

智能合約的部分，可以想像跟ERC20一樣，在合約裡記每個參與者的帳，差別在於，標準的ERC20交易是由Ethereum這系統做驗證，也因此不能合併（因為這就是Ethereum的標準交易），而Rollup中，是把好幾筆交易包成一個標準交易，對Ethereum這個系統，就是一個交易，而驗證交易的有效性則由智能合約做驗證。

實際在智能合約裡，用兩個merkle tree做紀錄，一棵樹是紀錄地址，所以只需要樹的索引值就可以代表一個位址（未註冊的索引值內容為0），因此位址的資料量就從原本的20 bytes減少到只有3 bytes，另一棵樹則記錄balance跟nonce。

Merkle Tree of Addresses

這是資料格式（這是最初的提案，後來的實作交易量更小），

因為用索引值當地址的代表，所以只需要3 bytes（2²⁴個位址），Value的部分是以10^-6當作基底，這樣只需要15 bytes就可以代表一筆交易，而儲存這樣一筆交易大約只需要 892 gas（雖然Value是6 bytes，但是文章中的假設大部分的交易只會使用到4 bytes，所以算法是13 bytes * 68 + 2 bytes * 4 = 892），而一般ether的轉移需要21K gas，因此交易速度能提升（所以Vitalik的文章標題是”On-chain scaling to potentially ~500 tx/sec through mass tx validation”）。

https://vitalik.ca/general/2019/08/28/hybrid_layer_2.html

為什麼交易速度能提升？也順便來瞭解一下交易速度

現今以太坊每個區塊的gas上限約8M，所以若單純ether交易，速度約略是

8M / 21K / 15 ~= 25 tps

所以現在的交易瓶頸其實是gas 的問題，下降交易手續費或是提升區塊gas上限，都能適時紓困（但也會造成衍伸的問題），而ZK Rollup就是藉由交易數據量(size)的減少，進而能增加交易速度。那來看一下使用ZK Rollup後交易速度能到多快

(8M — 600K (zk-SNARK驗證) — 50K（預計合約運行的gas花費）) / 892 / 15 ~= 550 tps

這個數字就是Vitalik文章的標頭”On-chain scaling to potentially ~500 tx/sec”。但實際上並沒有這麼理想，在作者Barry的實作中，大約只有268 tps，因為每次資產的更新都會留下event，所以有多餘的gas花費，然而，這樣的設計在應用上也是比較親切的。

資料都在鏈上，而且透過zk-SNARK做驗證，代表著上鏈的資料都是被驗證過的，因此就沒有一開始layer 2遇到的問題，需要挑戰、需要下載資料等等。這也隱含著不需要信任中繼者，因為他們無法作壞，最多就是不幫你送交易。

事情沒有這麼美好…

大家都覺得zk-SNARK像個萬靈丹一樣，用了好像什麼事都解決了，不過實際上並沒有這麼完美。zk-SNARK除了需要初始設定之外，最大的問題就是需要大量的運算力，在 Barry提供的數據中，中繼者的電腦若是一台8G記憶體加上20G的硬碟swap，大概只能產生 20 tx/sec，遠遠不及預期的500tps或是實作的200多tps。所以這個方案最大的問題在於要怎麼解決算力問題。

平行運算！

Matter Lab使用了多中繼者模型跟平行運算。多中繼者的模型，很像小型的區塊鏈，使用了DPOS (Delegated Proof of Stake)，還有隨機挑選區塊產生者，所以被挑選到的區塊產生者，就可以收集交易、產生證明並且上鏈。這樣的方法避免了中心化，若中繼者被惡意攻擊，整個網路還是能運作得下去，另一方面，也為平行運算做了鋪路。零知識證明的產生非常花時間，因此基於多中繼者模型，Matter Lab提出了”上鏈-驗證”兩階段的方式，也就是中繼者先把資料上鏈，下一個階段再上傳證明做驗證，進而達到平行運算（如下圖）。再加上一些資料的最佳化，測試結果可達到1600 tps。

https://medium.com/matter-labs/introducing-matter-testnet-502fab5a6f17

延遲…

聽似很美好，但是因為你的交易被分兩階段上鏈，也就是從送出到到被驗證，會是好幾個區塊，時間比原本單純上鏈時間會更久。當然，延遲多久是使用者可接受的，這目前也無從得知。這是一個取捨，省了手續費，增加了交易速度，卻也增加了時間的延遲，這一切也要等上線後才會知道。

今年初，Vitalik在台北的線下聚會中分享了ZK Rollup的進階版 — ZK ZK Rollup，有興趣的人可以參考這篇文章，記錄的很詳細。

Plasma & Optimistic Rollup

Optimistic Rollup在設計上跟Plasma相關，所以只會簡單帶一下差異。

Karl（註）基於ZK Rollup的設計，在上個月提出Optimistic Rollup，概念上也是把資料都放鏈上，但不是用zk-SNARK做驗證，因為希望能達成更普遍性的應用。而不一樣的地方有，把from的部分，改為使用者的簽章(65 bytes)，因為資料量變大的，可想而知，花的gas會更多，交易速度就會不及ZK Rollup。另一部份是，因為不是用zk-SNARK做驗證，就需要資料驗證的輔助方法（validity game），這邊就不詳細介紹，有機會在寫一篇Plasma/Optimistic Rollup的詳細介紹。在估算上，交易速度約是100 tps，若簽章方式改為BLS，約可提升到450 tps。而在10月的硬分岔後，gas會下降，預估的交易速度也會分別到達400/2000 tps。（許願：希望有人可以介紹一下10月的硬分岔細節 XD）

註：在中文的媒體文章中，都稱他是Casper的核心研究員之一，但是從我一開始知道這個人，都是在大力宣揚Plasma，他的部落格、twitter都是跟Plasma相關的文章，不確定他在Plasma Group的角色，但我是把他定位成Plasma Group的 leader

文章內容若有錯誤或是不同觀點，歡迎指教

references:On-chain scaling to potentially ~500 tx/sec through mass tx validationIntroducing Matter TestnetOptimistic Rollup

ZK Rollup一開始提出來的時候，是被定義為layer 2的解決方案，年初的時候一度以Plasma… was originally published in Taipei Ethereum Meetup on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.

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2017年3月11日下午親友同樂團，大人小孩一起同樂
00:00:09 第五回合，無限復活清槍場，規則說明

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