解析 Rollups 两大阵营 Optimistic 与 ZK Rollups

Rollups 可能会触发 DeFi 的另一个高增长时期，但也存在可组合性和流动性断裂等挑战。

原文标题：《详解以太坊扩容「圣杯」Rollups：交易将升至每秒上千笔，或触发 DeFi 另一个高增长期？》
撰文：jakub，来源：Finematics

Rollups 被认为是以太坊扩容的最终解决方案。那么，Rollups 是怎么回事？Optimism 和 ZK rollups 之间有什么区别？Arbitrum 与 Optimism 有何不同？以及为什么当涉及到扩展以太坊时，rollups 被认为是圣杯（holy grail）？你将在本文中找到这些问题的答案。

介绍

以太坊扩容一直是加密领域讨论最多的话题之一。扩容辩论通常在网络活动频繁的时期升温，例如 2017 年的 CryptoKitties 热潮，2020 年的 DeFi 夏季或 2021 年初的加密货币牛市。

在这些时期，对以太坊网络的空前需求导致了极高的 gas 费用，使得日常用户支付交易费用变得昂贵。

为了解决这个问题，寻找最终的扩展解决方案一直是多个团队和整个以太坊社区的首要任务之一。

一般来说，有 3 种主要方式来扩展以太坊或大多数其他区块链：扩展区块链本身——第 1 层（Layer 1）扩容；在第 1 层之上构建——第 2 层（Layer 2）扩容和在第 1 层一侧构建侧链。

对于第 1 层，Eth2 是扩展以太坊区块链的首选解决方案。Eth2 指的是一组相互关联的变化，例如迁移到权益证明（PoS）、将工作量证明（PoW）区块链的状态合并到新的 PoS 链和分片中。

特别是分片，可以显著增加以太坊网络的吞吐量，尤其是在与 rollups 结合时。

当涉及到第 1 层以外的扩展时，已经尝试了多种不同的扩展解决方案，并取得了一些混合结果。

一方面，我们有第二层的解决方案，如 Channels，它完全由以太坊保障，但仅适用于特定的应用程序集。

另一方面，侧链通常与 EVM 兼容，可以扩展通用的应用程序。主要的缺点是它们不依赖于以太坊的安全性，而是拥有自己的共识模型，因此不如第 2 层解决方案安全。

大多数 rollups 的目标是通过创建一个通用的扩展解决方案，同时仍然完全依赖以太坊的安全性，来实现这这两个方面的最佳效果。

这是扩容的圣杯，因为它允许在不牺牲安全性的情况下，在以太坊上部署所有现有智能合约，几乎没有变化。

难怪 rollups 可能是所有解决方案中最受期待的扩展方案。

但是，首先，什么是 rollups？

Rollups

Rollup 是一种扩展解决方案，它通过在第 1 层之外执行交易，但在第 1 层发布交易数据来工作。这使得 rollup 可以扩展网络，并仍然从以太坊共识中获得其安全性。

将计算移到链下实际上允许处理更多的交易，因为只有 rollup 交易的部分数据必须适合以太坊区块。

为了实现这一点，rollup 交易在单独的链上执行，该链甚至可以运行特定于 rollup 的 EVM 版本。

执行 rollup 交易后的下一步是将它们批处理在一起，并将它们发布到以太坊主链上。

整个过程本质上是执行交易、获取数据、压缩数据，并将其以单个批次的形式汇总到主链上，因此得名「rollup」。

尽管这看起来是一个潜在的好解决方案，但接下来自然会出现一个问题：

「以太坊如何知道发布的数据是有效的，并且不是由试图使自己受益的不良行为者提交的？」

确切的答案取决于特定的 rollup 实现，但一般来说，每个 rollup 在第 1 层部署一组智能合约，负责处理存款和取款以及验证证明。

证明也是不同类型的 rollup 之间的主要区别所在。

Optimistic rollups 使用欺诈证明。相比之下，ZK rollups 则使用有效性证明。

让我们进一步探讨这两种类型的 rollups。

Optimistic 与 ZK Rollups 比较

Optimistic rollups 将数据发布到第 1 层，并假设它是正确的，因此被称为「乐观的」（optimistic）。如果发布的数据是有效的，我们就在快乐的道路上，不需要做其他事情。Optimistic rollups 得益于在乐观的情况下不需要做任何额外的工作。

在发生无效交易的情况下，系统必须能够识别它，恢复正确的状态并惩罚提交此类交易的一方。为了实现这一点，Optimistic rollups 实现了一个争议解决系统，该系统能够验证欺诈证明，检测欺诈交易，并抑制不良行为人提交其他无效交易或错误的欺诈证明。

在大多数 Optimistic rollups 实现中，能够向第 1 层提交成批交易的一方必须提供保证金，通常以 ETH 的形式。任何其他网络参与者如果发现错误的交易，都可以提交欺诈证明。

提交欺诈证明后，系统进入争议解决模式。在这种模式下，这次可疑交易在以太坊主链上再次执行。如果执行证明交易确实是欺诈性的，则提交此交易的一方将受到惩罚，通常是通过削减其抵押的 ETH。

为了防止不良行为者使用不正确的欺诈证明向网络发送垃圾邮件，希望提交欺诈证明的各方通常还必须提供可能会受到削减的保证金。

为了能够在第 1 层执行 rollup 交易，Optimistic rollups 必须实现一个系统，能够以交易最初在 rollup 上执行时的确切状态重放交易。这是 Optimistic rollups 的复杂部分之一，通常通过创建一个单独的管理器合约，用 rollup 的状态替换某些函数调用来实现的。

值得注意的是，即使只有 1 个诚实的一方监控 rollup 的状态，并在需要时提交欺诈证明，该系统也能按预期工作并检测出欺诈。

还值得一提的是，由于 rollup 系统内有正确的激励机制，进入争端解决程序应该是一种特殊情况，而不是经常发生的事情。

当涉及到 ZK rollups 时，根本没有争议解决方案。这是通过利用一种称为零知识证明的巧妙加密技术来实现的，因此命名为 ZK rollups。在这个模型中，发布到第 1 层的每个批次都包含一个称为 ZK-SNARK 的加密证明。该证明可以在提交交易批次时由第 1 层合约快速验证，并且可以立即拒绝无效批次。

听起来很简单吧？也许表面上是这样。在实践中，为了使其发挥作用，多名研究人员花费了无数的时间来迭代这些巧妙的密码学和数学作品。

Optimistic 和 ZK rollups 之间还有一些其他的区别，因此让我们一一介绍它们。

由于争议解决过程的性质，Optimistic rollups 必须给所有网络参与者足够的时间来提交欺诈证明，然后再在第 1 层最终确定交易。这段时间通常相当长，以确保即使在最坏的情况下，欺诈性交易仍然可以被争辩。

这导致从 Optimistic rollups 中提取资金的时间相当长，因为用户必须等待甚至多达一两周才能将他们的资金提取回第 1 层。

幸运的是，有一些项目正在努力通过提供快速的「流动性存在」来改善这种情况。这些项目提供几乎即时的提款回到第 1 层，另一个第 2 层甚至一个侧链，并为这种便利收取少量费用。Hop 协议和 Connext 是值得关注的项目。

ZK rollup 不存在长时间提现的问题，因为只要将 rollup 批次连同有效性证明提交到第 1 层，资金就可以提现。

到目前为止，看起来 ZK rollup 只是 Optimistic rollups 的更好版本，但它们也有一些缺点。

由于该技术的复杂性，创建与 EVM 兼容的 ZK rollup 要困难得多，这使得在无需重写应用程序逻辑的情况下，扩展通用应用程序变得更加困难。话虽如此，ZKSync 在这方面正在取得重大进展，他们可能很快就会推出与 EVM 兼容的 ZK rollup。

Optimistic rollups 程序在 EVM 兼容性方面要容易一些。他们仍然需要通过一些修改来运行自己的 EVM 版本，但是 99% 的合约可以在不做任何更改的情况下移植。

ZK rollup 也比 Optimistic rollups 的计算量更大。这意味着计算 ZK 证明的节点必须是高规格的机器，这使得其他用户很难运行它们。

在扩展改进方面，两种类型的 rollups 都应该能够将以太坊从每秒 15 到 45 笔交易（取决于交易类型）扩展到每秒 1000 到 4000 笔交易。

值得注意的是，通过为第 1 层上的 rollup 批次提供更多空间，可以每秒处理更多事务。这也是 Eth2 可以与 rollup 产生巨大协同作用的原因，因为它通过创建多个分片来增加可能的数据可用性空间——每个分片都能存储大量的数据。Eth2 和 rollup 的结合可以使以太坊的交易速度提高到每秒 10 万笔交易。

现在，让我们谈谈在 Optimistic 和 ZK rollups 上工作的所有不同项目。

Optimistic Rollups

Optimism 和 Arbitrum 是目前最流行的 Optimistic Rollups 选择项目。

Optimism 已经部分推广到以太坊主网上，与 Synthetix 或 Uniswap 等有限的合作伙伴一起，以确保该技术在全面启动之前按预期工作。

Arbitrum 已经将其版本部署到主网上，并开始将不同的项目纳入其生态系统中。与其只允许有限的合作伙伴能够首先部署他们的协议，他们决定为所有想要在其 rollup 中启动的协议提供一个时间窗口。当这段时间结束后，他们将一次性向所有用户开放。

在 Arbitrum 上启动的一些最著名的项目有 Uniswap、Sushi、Bancor、Augur、Chainlink、Aave 等等。

Arbitrum 最近还宣布与 Reddit 建立合作伙伴关系。他们将专注于启动一个单独的 rollup 链，这将允许 Reddit 扩展他们的奖励系统。

Optimism 正在与 MakerDAO 合作创建 Optimism Dai 桥，并使 DAI 和其他代币能够快速提取回第 1 层。

尽管 Arbitrum 和 Optimism 都试图实现相同的目标——构建与 EVM 兼容的 Optimistic Rollups 解决方案，但它们的设计存在一些差异。

Arbitrum 有一个不同的争议解决模式。他们没有在第 1 层重新运行整个交易来验证欺诈证明是否有效，而是提出了一个交互式的多轮模型，该模型允许缩小争议范围，并可能仅在第 1 层执行一些指令来检查可疑的交易是否有效。

这也产生了一个很好的副作用，即部署在 Arbitrum 上的智能合约可能大于以太坊上允许的最大合约大小。

另一个主要区别是处理事务排序和 MEV 的方法。

Arbitrum 最初将运行一个负责交易排序的排序器，但从长远来看，他们希望将其去中心化。

Optimism 更喜欢另一种方法，在这种方法中，交易的顺序以及 MEV 可以在一定时期内拍卖给其他方。

值得一提的还有其他一些致力于 Optimistic Rollups 的项目。Fuel、OMG 团队与 OMGX 和 Cartesi 等等。他们中的大多数人也试图为他们的 rollups 开发一个与 EVM 兼容的版本。

ZK rollups

虽然看起来以太坊社区主要关注的是 Optimistic Rollups，至少在短期内是这样的，但我们不要忘记，致力于 ZK rollups 的项目进展也非常迅速。

对于 ZK rollups，我们有几个可用选项。

Loopring 使用 ZK rollup 技术来扩展其交易和支付协议。

Hermez 和 ZKTube 正在使用 ZK rollup 扩大支付规模，Hermez 还在建立一个与 EMV 兼容的 ZK rollup。

Aztec 正专注于将隐私功能引入其 ZK rollup 技术。

DeversiFi、Immutable X 和 dYdX 等项目已经广泛使用基于 StarkWare 的 rollup 技术。

正如我们之前提到的，ZKSync 正在开发一个兼容 EMV 的虚拟机，它将能够完全支持任何用 Solidity 编写的任意智能合约。

总结

正如我们所看到的，在 optimistic 和 ZK rollup 阵营中都有很多事情在进行，不同 rollup 之间的竞争将会很有趣。

Rollup 也应该对 DeFi 产生重大影响。以前由于交易费用高而无法在以太坊上进行交易的用户，将能够在下一次网络活动频繁时留在生态系统中。它们还将支持需要更便宜的交易和更快的确认时间的新型应用程序。所有这一切都得到了以太坊共识的完全保护。看起来 rollup 可能会触发 DeFi 的另一个高增长时期。

但是，在 rollup 方面仍存在一些挑战。

可组合性就是其中之一。为了组合使用多个协议的事务，所有这些协议都必须部署在同一个 rollup 上。

另一个挑战是流动性断裂。例如，如果没有新资金作为一个整体进入以太坊生态系统，Uniswap 或 Aave 等协议中存在于第 1 层的现有流动性将在第 1 层和多个 rollup 实现之间共享。较低的流动性通常意味着较高的滑点和较差的交易执行。

这也意味着，自然会有赢家和输家。目前，现有的以太坊生态系统还不足以利用所有扩展解决方案。从长远来看，这很可能会发生改变，但在短期内，我们可能会看到一些 rollups 和其他扩展解决方案成为无人之地。

未来，我们可能还会看到用户完全生活在一个 rollup 生态系统中，并且长时间不与以太坊主链和其他扩展解决方案进行交互。如果我们将看到更多的中心化交易所能够实现直接的存款和取款，这可能尤其明显。

尽管如此，rollups 似乎是扩展以太坊的最终策略，而且挑战很可能会以某种方式得到缓解。看到 rollups 如何获得越来越多的用户的采用显然非常有趣。

在讨论 rollups 时经常出现的一个问题是它们是否对侧链构成威胁。就我个人而言，我认为侧链仍将在以太坊生态系统中占有一席之地。这是因为，尽管第 2 层上的交易成本将比第 1 层低得多，但它很可能仍然高到足以给某些类型的应用程序（例如游戏和其他高容量应用程序）定价。

当以太坊引入分片时，这种情况可能会改变，但届时侧链可能会产生足够的网络效应来长期生存。看看这在未来会如何发展一样非常有趣。

此外，rollups 的费用高于侧链，因为每个 rollup 批次仍然需要支付以太坊区块空间的费用。

值得记住的是，以太坊社区非常关注以太坊扩展策略中的 rollups——至少在短期到中期，甚至可能更久。我建议阅读《Vitalik Buterin：探讨以 Rollup 为中心的以太坊发展路线》。