Layer2：Rollups詳細解讀-ODAILY_ROLL

背景介紹

從比特幣創世開始，一直到以太坊網絡中CryptoKitties游戲的出現。主流公鏈項目最被人詬病的地方就是低下的TPS。以太坊15左右的TPS完全無法給大多數應用提供實時穩定的支持，這與當前互聯網行業動輒上萬TPS的業務形成了鮮明的對比。甚至有很多人因此覺得公鏈將長期處于“不可用”狀態。然而，公鏈愛好者不會因為困難而停下腳步。

主流方案對比

對于以太坊而言，過去幾年內關于以太坊擴容的方案如雨后春筍般涌出，形成了百家爭鳴的態勢。其主流的方案如下所示:

1.鏈上擴容：

分片技術：分片一詞本來源于數據庫的術語，表示將大型數據庫分割為很多更小的、更易管理的部分，從而能夠實現更加高效的交互。

區塊鏈分片是指對區塊鏈網絡進行分片，從而增加其擴展性。根據最新的以太坊2.0規范，以太坊區塊鏈會被分為1024個分片鏈，這也意味著以太坊的TPS將提高1000倍以上。但目前Sharding方案仍然在跨分片通信、欺詐識別、隨機分配與選舉安全性等方面存在不足。

Layer 2解決方案Scroll發布Pre-Alpha測試網升級版本，已支持部署智能合約:10月11日消息，基于zkEVM的Layer 2解決方案Scroll發布其Pre-Alpha測試網升級版本。據悉，新版本已支持開發者使用Hardhat和Foundry等工具部署智能合約，并支持用戶在升級的跨鏈橋合約上在其Layer 1和Layer 2測試網之間橋接NFT和用戶自定義的ERC-20 Token。[2022/10/11 10:30:42]

2.鏈下擴容：

狀態通道：指代用于執行交易和其他狀態更新的“鏈下”技術。

但是，一個狀態通道內發生的事務仍保持了很高的安全性和不可更改性。如果出現任何問題，我們仍然可以回溯到鏈上交易中確定的穩定版本。

側鏈技術：側鏈是平行于主鏈的一條鏈，由側鏈上的驗證者把一條鏈的最新狀態提交給主鏈上的智能合約，這樣持續推進的一類系統。側鏈通常使用PoA(Proof-of-Authority)、PoS(ProofofStake)等高效的共識算法。它的優勢在于代碼和數據與主鏈獨立，不會增加主鏈的負擔，缺陷在于它的安全性弱、不夠中心化，無法提供審查抗性、終局性和資金所有權保證。

Polygon 正與安永合作啟動專為企業設計的 Layer 2 Rollup 方案 Polygon Nightfall:5月17日消息，Polygon 正與安永合作在主網上啟動專為企業設計的 Layer 2 Rollup 解決方案 Polygon Nightfall，Polygon Nightfall 結合了 Optimistic Rollup 和零知識（ZK）密碼學的概念，可為希望采用以太坊的公司提供可訪問性和隱私性。[2022/5/17 3:22:01]

Rollup技術：顧名思義，就是把一堆交易卷起來匯總成一個交易，所有接收到這個交易的節點只去驗證執行結果，而不會驗證邏輯。因此Rollup交易所需Gas費會遠小于交易Gas費總和，TPS也增加了。

主流的Rollup技術可以分為兩類：

ZkRollup：基于零知識證明的Layer2擴容方案，采用有效性驗證方法(VP)，默認所有交易都是不誠實的，只有通過有效性驗證才會被接受。ZkRollup在鏈下進行復雜的計算和證明的生成，鏈上進行證明的校驗并存儲部分數據保證數據可用性。

Klaytn將Gas費用下調至250ston，Baobab測試網和Cypress主網將于5月12日和22日進行升級:5月6日消息，區塊鏈平臺Klaytn宣布在Klaytnv1.8.3升級采用時間順序對交易進行排序后，Gas費用將下調到250ston，DApp開發者和MetaMask用戶需進行相應Gas設置，否則交易無法提交到網絡。此外，Klaytn的Baobab測試網升級預計將于北京時間5月12日1:50進行，Cypress主網升級預計將于5月22日18:15進行。（Medium）[2022/5/6 2:55:04]

OptimisticRollup：樂觀的Rollup協議，采用欺詐證明方法，即對鏈上發布的所有Rollup區塊都保持樂觀態度并假設其有效，它僅在欺詐發生的情況下提供證據。

樂觀Rollup的優勢在于能使得原生Layer1上的solidity合約可以無縫移植到Layer2，從而最大程度提升了技術人員的研發體驗，目前主流方案包括Optimism和Arbitrum。

波卡跨鏈互操作性項目Interlay獲DFG領投650萬美元融資:金色財經報道，波卡跨鏈互操作性項目Interlay宣布完成了一筆650萬美元新一輪融資，領投方為DFG，參投方包括IOSG、KR1、Hypersphere、Nexo Finance、D1 Ventures和Signum Capital。本輪融資完成后，他們將在波卡上引入與BTC掛鉤的封裝代幣interBTC，這樣用戶就可以使用該代幣進行DeFi貸款和其他活動，后續Interlay還計劃將其產品擴展到其他Layer 1區塊鏈（比如以太坊、Cosmos、Solana和Avalanche）。據悉，Interlay還將參與波卡于2021年12月23日開始的第二批平行鏈拍賣，如果順利的話，interBTC將平行鏈上的DeFi項目進行基礎。[2021/12/22 7:55:01]

Plasma方案：通過智能合約和Merkel樹建立子鏈，每個子鏈都是一個可定制的智能合約，子鏈共存并獨立運行，從而大幅降低主鏈的TPS壓力。

我們對解決方案進行比較，結果如下：

比原鏈打造的Layer 2價值交換協議“MOV”正式上線:據官方消息，3月30日，比原鏈團隊打造的去中心跨鏈Layer 2價值交換協議——MOV正式上線。

MOV推出轉賬即交易的概念，用戶交易資產就是在錢包上發起一筆鏈上轉賬。同時MOV基于的側鏈Vapor，TPS峰值達1.6萬。 MOV本次上線實現了BTM、USDT、ETH的資產跨鏈和兌換功能，通過磁力合約和閃兌功能在鏈上進行交易，從而實現價值流通。[2020/3/30]

Rollup機制目前被普遍認為是最有前景的擴容方式，在兩種主流的Rollup方案中，最核心的問題便是如何驗證Rollup交易中的真實性。

OptimisticRollups和ZKRollups運用了不同的思維邏輯，前者樂觀地相信交易的真實性，而后者悲觀地不相信，因此生成零知識證明來自證清白。

相比之下，兩者的優劣如下：

OptimisticRollup的優勢是能夠更好地支持EVM合約，劣勢在于驗證效率低，安全性較低；

ZkRollup的優勢在于高度去中心化，驗證效率高，劣勢在于生成零知識證明并打包的過程非常復雜，較難兼容EVM，也較難落地。

下面主要對OptimisticRollup的兩大方案Optimism和Arbitrum進行介紹。

Optimism和Arbitrum

首先我們來看看OptimisticRollup方案的流程：

Optimism和Arbitrum在基本流程上跟上述描述一樣，直截了當來說：Optimism的爭議解決方案比Arbitrum更依賴于以太坊虛擬機(EVM)。當有人提交關于Optimism的挑戰時，存在問題的交易都會通過EVM再運行一遍。

相比之下，Arbitrum使用鏈下爭議解決流程將爭議二分減少到一筆交易中的一個步驟。然后，協議將這個一步的斷言發送到EVM進行最終驗證。

因此，從概念上講，Optimism的爭議解決過程比Arbitrum簡單得多。但Arbitrum大大減少了鏈上的驗證壓力。

Arbitrum的整體架構如下所示：

由于Arbitrum是針對以太坊的擴容方案，因此Arbitrum架構自然部分存在于Layer1上，部分存在于Layer2上；

存在于Layer1上的Arbitrum組件為EthBridge，它是一組以太坊合約；

EthBridge負責仲裁ArbitrumRollup協議，以及維護鏈的inbox和outbox；

鏈的inbox和outbox允許用戶、Layer1合約和完整節點將他們的交易發送到鏈并觀察這些交易的結果；

Arbitrum虛擬機是Layer1和Layer2之間的網關，這也由EthBridge產生；

AVM能夠讀取輸入，并對這些輸入執行計算以產生輸出；

ArbOS運行在Arbitrum虛擬機之上，負責保證Arbitrum鏈上智能合約的執行；

ArbOS完全存在于Layer2上，并像在以太坊上運行一樣運行EVM合約。

Arbitrum的爭議解決過程主要依賴鏈下的遞歸二分算法。該算法通過不斷二分差異點來迫使”斷言者“和”挑戰者“縮小分歧，最終在Layer1上解決分歧。解決的具體方案如下所示：

而Optimism則直接讓EVM執行整個交易，因此它只需要一輪交互即可完成。出于這個原因，OptimismRollup通常被稱為“單輪”，而ArbitrumRollup是“多輪”。兩者最大的區別在于：Arbitrum解決爭議時間長，因此確認時間較長。Optimism需要執行整個交易，Gas費更高。

Eigen——Layer2Rollup的隱私計算方案

對于隱私計算而言，通常結果是樂觀主義的。在隱私計算領域，一筆交易極其復雜，在Layer1執行完這筆交易非常困難，因此，Arbitrum是隱私計算領域中較優的選擇，這也是Eigen基于Arbitrum進行開發的原因。

EigenRollup是一套EVM兼容、支持樂觀執行和可驗證性聲明的混合Rollup方案。

樂觀執行：類似于CPU的分支預測(BranchPrediction),交易會被預執行，驗證者驗證交易的合法性；通過挑戰協議對有爭議的交易進行裁決；

可驗證性聲明：采用TEE簽名和零知識證明技術對計算過程的正確性和結果完整性提供非交互式證明。

EigenRollup基于Arbitrum提供如下技術：

隱私可驗證性證明：EigenRollup在Arbitrum的交互式證明方案的基礎上，采用TEE進行關鍵隱私操作指令的執行，從而降低交互式證明消耗，提供交互式證明的隱私保護；

公平定序器：現有的定序器存在中心化程度太高，以及跟驗證節點聯合作惡的風險。EigenRollup采用一種公平算法來實現定序器，實現了低手續費的同時，也防止了MEV等攻擊的可能性。

分布式任務執行引擎：EGVM作為隱私合約的執行虛擬機，支持分布式任務管理。EGVM會將分布式任務調度到EigenCC計算集群進行并行計算,并且生成對應的可驗證證明。

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