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介紹

以太坊擴(kuò)展一直是加密貨幣領(lǐng)域討論最多的話題之一。在2017年CryptoKitties熱潮、2020年DeFi盛夏或2021年初加密貨幣牛市等網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)頻繁的時(shí)期，關(guān)于以太坊擴(kuò)容的爭(zhēng)論通常都會(huì)升溫。

在這些時(shí)期，用戶對(duì)以太坊網(wǎng)絡(luò)的空前需求導(dǎo)致了極高的gas費(fèi)用，從而使得用戶會(huì)在日常支付非常昂貴的交易費(fèi)用。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，對(duì)于多個(gè)團(tuán)隊(duì)和整個(gè)以太坊社區(qū)來(lái)說(shuō)，尋找最終的擴(kuò)展性解決方案一直是最優(yōu)先考慮的問(wèn)題之一。

一般來(lái)說(shuō)，有3種主要的方法來(lái)擴(kuò)展以太坊或其他大多數(shù)區(qū)塊鏈：擴(kuò)展區(qū)塊鏈本身——第1層擴(kuò)展；在第1層之上進(jìn)行搭建——第2層擴(kuò)展方案以及在第1層網(wǎng)絡(luò)的側(cè)鏈進(jìn)行搭建。

當(dāng)提到第1層網(wǎng)絡(luò)時(shí)，Eth2是擴(kuò)展以太坊區(qū)塊鏈的可選擇解決方案。Eth2指的是一組相互關(guān)聯(lián)的變化，例如遷移到權(quán)益證明（PoS），將工作量證明（PoW）區(qū)塊鏈的狀態(tài)合并到新的PoS鏈和分片中。

特別是分片，它可以顯著增加以太坊網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，特別是當(dāng)它與rollup結(jié)合時(shí)。

如果你想了解更多關(guān)于Eth2的信息，你可以在這里查看這篇文章。

當(dāng)涉及到第1層之外的擴(kuò)展時(shí)，開(kāi)發(fā)者們已經(jīng)嘗試了多種不同的擴(kuò)展解決方案，但結(jié)果是將不同的解決方案混合使用的。

一方面，我們有像Channels這樣的第二層解決方案，它們由以太坊完全保護(hù)，但只適用于特定的應(yīng)用程序集。

另一方面，側(cè)鏈通常是與以太坊虛擬機(jī)（EVM）兼容的，它可以擴(kuò)展通用應(yīng)用程序。它們的主要缺點(diǎn)是不依賴以太坊的安全性，而是擁有自己的共識(shí)模型，因此其安全性不如第二層解決方案。

大多數(shù)rollups的目標(biāo)是通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)通用的可擴(kuò)展解決方案，同時(shí)仍然完全依賴以太坊的安全性，從而實(shí)現(xiàn)這兩者結(jié)合的最佳效果。

這是擴(kuò)展的圣杯，因?yàn)樗试S在不犧牲安全性的情況下，在以太坊上部署所有現(xiàn)有智能合約，幾乎或沒(méi)有變化。

難怪rollups可能是所有解決方案中最受期待的擴(kuò)展方案。

但是，什么是rollups呢？

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rollups

rollups是一種可擴(kuò)展的解決方案，其工作原理是在第1層之外執(zhí)行交易，但在第1層上發(fā)布交易數(shù)據(jù)。這使得rollups可以擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，并且仍然從以太坊共識(shí)中獲得安全性。

將計(jì)算移出鏈，實(shí)際上可以處理更多的交易，因?yàn)閞ollups交易的部分?jǐn)?shù)據(jù)必須要適合以太坊的區(qū)塊。

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，rollups交易在單獨(dú)的鏈上執(zhí)行，該鏈甚至可以運(yùn)行特定于rollups的EVM版本。

執(zhí)行rollups交易后的下一步是將它們批處理在一起，并將它們發(fā)布到主以太坊鏈。

整個(gè)過(guò)程本質(zhì)上是執(zhí)行交易、獲取數(shù)據(jù)、壓縮數(shù)據(jù)并以單個(gè)批的形式將其上卷到主鏈，因此稱(chēng)為“rollups”。

雖然這看起來(lái)是一個(gè)潛在的好解決方案，但接下來(lái)自然會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題:

“以太坊如何知道發(fā)布的數(shù)據(jù)是有效的，并不是由一個(gè)試圖讓自己受益的作惡參與者提交的？”

確切的答案取決于特定的rollups實(shí)現(xiàn)，但一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)rollups在第1層部署一組智能合約，負(fù)責(zé)處理充值和提現(xiàn)以及驗(yàn)證證明。

證明也是不同類(lèi)型rollups的主要區(qū)別發(fā)揮作用的地方。

Optimism的rollups使用欺詐證據(jù)（fraud proof）。相比之下，ZK rollups使用有效性證明（validity proof）。

讓我們進(jìn)一步研究這兩種類(lèi)型的rollups。

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Optimism和ZK rollups

Optimism rollups將數(shù)據(jù)傳到到第1層，并假設(shè)它是正確的，因此命名為“Optimism”。如果發(fā)布的數(shù)據(jù)是有效的，那么我們就在正確的處理路徑上，不需要做任何其他事情。Optimism rollups得益于在Optimism場(chǎng)景中不需要做任何額外的工作。

在無(wú)效交易的情況下，系統(tǒng)必須能夠識(shí)別它，恢復(fù)正確的狀態(tài)，并懲罰提交此類(lèi)交易的一方。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，Optimism的rollups實(shí)現(xiàn)了一個(gè)爭(zhēng)議解決系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠驗(yàn)證欺詐證明，檢測(cè)欺詐交易，并抑制不良行為者提交其他無(wú)效交易或不正確的欺詐證明。

在大多數(shù)Optimism的rollups實(shí)現(xiàn)中，能夠向第1層提交批量交易的一方必須提供一個(gè)擔(dān)保，通常以ETH的形式。任何其他網(wǎng)絡(luò)參與者如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)不正確的交易都可以提交欺詐證明。

在提交欺詐證明后，系統(tǒng)進(jìn)入爭(zhēng)議解決模式。在這種模式下，可疑的交易再次在以太坊的主鏈上執(zhí)行。如果執(zhí)行證明交易確實(shí)是欺詐性質(zhì)的，那么提交該交易的一方將受到懲罰，通常是通過(guò)削減其提供擔(dān)保的ETH來(lái)完成。

為了防止不良行為者用錯(cuò)誤的欺詐證據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上濫發(fā)信息，希望提交欺詐證據(jù)的各方通常還必須提供一份擔(dān)保。

為了能夠在第1層上執(zhí)行rollups交易，Optimism rollups必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠以交易最初在rollups中執(zhí)行時(shí)的確切狀態(tài)重播交易。這是Optimism rollups的復(fù)雜部分之一，通常通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的管理器合約來(lái)實(shí)現(xiàn)，該合約用rollups中的狀態(tài)替換某些函數(shù)調(diào)用。

值得注意的是，即使只有一個(gè)誠(chéng)實(shí)方監(jiān)視r(shí)ollups的狀態(tài)并在需要時(shí)提交欺詐證明，系統(tǒng)也可以按預(yù)期工作并檢測(cè)欺詐。

值得一提的是，由于在rollups系統(tǒng)中有正確的激勵(lì)機(jī)制，進(jìn)入爭(zhēng)議解決過(guò)程應(yīng)該是一種例外情況，而不是經(jīng)常發(fā)生的事情。

而ZK rollups是沒(méi)有任何爭(zhēng)議解決方案的。它是通過(guò)利用一種稱(chēng)為零知識(shí)證明的加密技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的，因此也被稱(chēng)為ZK rollps。在這個(gè)模型中，發(fā)布到第1層的每一批都包含一個(gè)名為ZK-SNARK的加密證明。當(dāng)交易批被提交時(shí)，第1層合約可以快速驗(yàn)證證明，無(wú)效的交易可以直接被拒絕。

這聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單吧？在實(shí)踐中，許多研究人員花了無(wú)數(shù)時(shí)間來(lái)對(duì)這些密碼學(xué)和數(shù)學(xué)進(jìn)行迭代。

在Optimism和ZK rollups之間還有其他一些區(qū)別，所以讓我們一個(gè)一個(gè)地介紹它們。

由于爭(zhēng)議解決過(guò)程的性質(zhì)，Optimism rollups必須給所有網(wǎng)絡(luò)參與者足夠的時(shí)間提交欺詐證明，然后在第1層完成交易。這段時(shí)間通常很長(zhǎng)，以確保即使在最壞的情況下，欺詐**易仍有爭(zhēng)議。

這導(dǎo)致從Optimism的rollups中提取資金需要很長(zhǎng)時(shí)間，用戶甚至需要等待一到兩周才能將資金提現(xiàn)到第1層。

幸運(yùn)的是，有一些項(xiàng)目正在通過(guò)提供快速的“流動(dòng)性”來(lái)改善這種情況。這些項(xiàng)目幾乎可以將資金立即提現(xiàn)到第1層、第2層甚至側(cè)鏈，并收取少量費(fèi)用。Hop協(xié)議和Connext是我們要研究的項(xiàng)目。

ZK rollups沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間提現(xiàn)的問(wèn)題，因?yàn)橹灰獙ollups批處理和有效性證明提交到第1層，資金就可以提現(xiàn)了。

到目前為止，看起來(lái)ZK rollup只是Optimism rollup的一個(gè)更好的版本，但它們也有一些缺點(diǎn)。

由于該技術(shù)的復(fù)雜性，創(chuàng)建與EVM兼容的ZK rollups要困難得多，這使得在不重寫(xiě)應(yīng)用程序邏輯的情況下擴(kuò)展通用應(yīng)用程序變得更加困難。盡管如此，ZKSync在這一領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，他們可能很快就能推出兼容EVM的ZK rollups。

在EVM兼容性方面，Optimism rollups稍微容易一些。他們?nèi)匀恍枰\(yùn)行自己版本的EVM，只需要做一些修改，但99%的合約都可以在不做任何修改的情況下進(jìn)行移植。

ZK rollups的計(jì)算量也比Optimism的rollups大得多。這意味著計(jì)算零知識(shí)證明的節(jié)點(diǎn)必須是高規(guī)格的機(jī)器，這使得其他用戶很難運(yùn)行它們。

當(dāng)涉及到擴(kuò)展性改進(jìn)時(shí)，這兩種類(lèi)型的rollups都應(yīng)該能夠?qū)⒁蕴粡拿棵?5到45筆交易（取決于交易類(lèi)型）擴(kuò)展到每秒1000到4000筆交易。

值得注意的是，通過(guò)為第1層上的rollups批提供更多的空間，系統(tǒng)將可能每秒可以處理更多的交易。這也是為什么Eth2可以通過(guò)rollups創(chuàng)建一個(gè)巨大的協(xié)同效應(yīng)，因?yàn)樗ㄟ^(guò)創(chuàng)建多個(gè)分片增加了可能的數(shù)據(jù)可用空間——每個(gè)分片都能夠存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。Eth2和rollups的結(jié)合可以使以太坊的交易速度達(dá)到每秒10萬(wàn)筆交易。

現(xiàn)在，讓我們討論所有在Optimism和ZK rollups上工作的不同項(xiàng)目。

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Optimism rollups

當(dāng)談到Optimism rollups時(shí)， Optimism和Arbitrum是目前最流行的選擇。

目前，以太坊主網(wǎng)已經(jīng)部分推出了Optimism，合作伙伴包括Synthetix或Uniswap，以確保該技術(shù)在全面發(fā)布前能夠按照預(yù)期工作。

Arbitrum已經(jīng)在主網(wǎng)上部署了自己的版本，并開(kāi)始在它的生態(tài)系統(tǒng)中加入不同的項(xiàng)目。他們決定給所有想要發(fā)布協(xié)議的協(xié)議一個(gè)時(shí)間窗口，而不是讓流動(dòng)性提供者首先部署他們的協(xié)議。當(dāng)這段時(shí)間結(jié)束后，他們將一次性向所有用戶打開(kāi)大門(mén)。

在Arbitrum上推出的一些最著名的項(xiàng)目有Uniswap、Sushi、Bancor、Augur、Chainlink、Aave等等。

Arbitrum公司最近還宣布了與Reddit的合作。他們將專(zhuān)注于推出一個(gè)單獨(dú)的rollups鏈，讓Reddit可以擴(kuò)大他們的獎(jiǎng)勵(lì)系統(tǒng)。

Optimism正在與MakerDAO合作，創(chuàng)建Optimism Dai橋，并使Dai和其他代幣能夠快速提現(xiàn)到第1層。

盡管Arbitrum和Optimism都試圖實(shí)現(xiàn)相同的目標(biāo)——構(gòu)建與EVM兼容的Optimism rollups解決方案——但它們的設(shè)計(jì)存在一些差異。

Arbitrum有一個(gè)不同的爭(zhēng)議解決模式。他們想出了一個(gè)交互式多輪模型允許爭(zhēng)端的范圍縮小的，僅在第1層執(zhí)行少量指令以檢查可疑事務(wù)是否有效，而不是在第1層上重新運(yùn)行整個(gè)交易來(lái)驗(yàn)證欺詐證據(jù)是否有效。

這也導(dǎo)致了一個(gè)副作用，即部署在Arbitrum上的智能合約可能會(huì)超過(guò)以太坊上允許的最大合約大小。

另一個(gè)主要區(qū)別是處理交易排序和礦工可提取價(jià)值（MEV）的方法。Arbitrum最初將運(yùn)行一個(gè)負(fù)責(zé)對(duì)交易進(jìn)行排序的排序器，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，他們希望將其去中心化。

Optimism傾向于另一種方式，即交易順序，以及MEV，它們可以在一段時(shí)間內(nèi)拍賣(mài)給其他各方。

值得一提的是，還有一些其他的項(xiàng)目也在進(jìn)行Optimism的rollups。Fuel，OMG團(tuán)隊(duì)，OMGX和Cartesi等等。他們中的大多數(shù)人還試圖開(kāi)發(fā)與EVM兼容的rollups版本。

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ZK rollups

盡管看起來(lái)以太坊社區(qū)主要專(zhuān)注于Optimism的rollups，但至少在短期內(nèi)，我們不要忘記ZK rollups項(xiàng)目也進(jìn)展得非?？?。

使用ZK rollups，我們有一些可用的選項(xiàng)。

Loopring使用ZK rollups技術(shù)來(lái)擴(kuò)展其交換和支付協(xié)議。

Hermez和ZKTube正在使用ZK rollups擴(kuò)展支付，Hermez還建立了一個(gè)EVM兼容的ZK rollups。

Azgtec正專(zhuān)注于將隱私功能引入他們的ZK rollups技術(shù)。

基于starkware的rollups已經(jīng)被DeversiFi、Immutable X和dYdX等項(xiàng)目廣泛使用。

正如我們前面提到的，ZKSync正在開(kāi)發(fā)一個(gè)與EVM兼容的虛擬機(jī)，該虛擬機(jī)將能夠完全支持任何用Solidity編寫(xiě)的智能合約。

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總結(jié)

正如我們所看到的，在Optimism和ZK rollups陣營(yíng)中都有很多事情正在發(fā)生，不同rollups之間的競(jìng)爭(zhēng)將是值得關(guān)注的。

rollups對(duì)DeFi也有很大的影響。以前由于交易費(fèi)用高而無(wú)法在以太坊上交易的用戶，將能夠在下一次網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)高的時(shí)候留在生態(tài)系統(tǒng)中。它們還將催生一種新的應(yīng)用程序，要求更便宜的交易和更快的確認(rèn)時(shí)間。所有這些都得到了以太坊共識(shí)的充分保障。看來(lái)rollups可能會(huì)觸發(fā)DeFi的另一個(gè)高增長(zhǎng)時(shí)期。

然而， rollups仍然存在一些挑戰(zhàn)。

可組合性就是其中之一。為了組合使用多個(gè)協(xié)議的交易，所有協(xié)議都必須部署在同一個(gè)rollups中。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是流動(dòng)性枯竭。例如，如果沒(méi)有新的資金進(jìn)入整個(gè)以太坊生態(tài)系統(tǒng)，那么存在于第一層協(xié)議（如Uniswap或Aave）上的現(xiàn)有流動(dòng)性將在第一層和多個(gè)rollups之間實(shí)現(xiàn)共享。較低的流動(dòng)性通常意味著更高的滑點(diǎn)和更糟糕的交易執(zhí)行。

這也意味著自然會(huì)有贏家和輸家。目前，現(xiàn)有的以太坊生態(tài)系統(tǒng)還不夠大，無(wú)法使用所有的擴(kuò)展解決方案。從長(zhǎng)期來(lái)看，這種情況可能會(huì)改變，但在短期內(nèi)，我們可能會(huì)看到一些rollups和其他擴(kuò)展解決方案變得沒(méi)人使用。

在未來(lái)，我們可能還會(huì)看到用戶完全生活在一個(gè)rollups生態(tài)系統(tǒng)中，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不與主以太坊鏈和其他可擴(kuò)展解決方案進(jìn)行交互。如果我們將看到更多中心化的交易所能夠?qū)崿F(xiàn)直接的充值和提現(xiàn)，那么這一點(diǎn)就會(huì)特別明顯。

盡管如此，rollups似乎是擴(kuò)展以太坊的最終策略，相關(guān)的挑戰(zhàn)很可能會(huì)以某種方式得到緩解?？吹絩ollups如何獲得越來(lái)越多的用戶，這顯然是非常有趣的。

在討論rollups時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題是，它們是否對(duì)側(cè)鏈構(gòu)成威脅。就我個(gè)人而言，我認(rèn)為側(cè)鏈在以太坊生態(tài)系統(tǒng)中仍然有自己的位置。這是因?yàn)?，盡管第2層的交易成本比第1層低得多，但仍有可能超過(guò)某些類(lèi)型的應(yīng)用，如游戲和其他高容量應(yīng)用的價(jià)格。

當(dāng)以太坊引入分片時(shí)，這種情況可能會(huì)改變，但到那時(shí)側(cè)鏈可能會(huì)創(chuàng)造足夠的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)來(lái)長(zhǎng)期生存。這在未來(lái)會(huì)如何發(fā)展將是一件很有趣的事情。

此外，rollups的費(fèi)用高于側(cè)鏈，因?yàn)槊總€(gè)rollups批處理仍然需要支付以太坊塊空間。

值得記住的是，以太坊社區(qū)非常關(guān)注以太坊的擴(kuò)展策略——至少在短期到中期，甚至可能更久。我建議閱讀Vitalik Buterin關(guān)于以rollups為中心的以太坊路線圖的文章。

你怎么看rollups？你最喜歡的rollups技術(shù)是什么？

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