如何看待以太坊“以 Rollup 為中心”的未來？_UPS

Rollups解決方案必須優先考慮降低執行成本、跨層互操作性和用戶隱私。

關鍵要點

為了緩解當前的可擴展性問題，以太坊正在轉向一個「以 Rollup 為中心的路線圖」，將最佳的鏈上和鏈下擴容方案結合起來。

以太坊的鏈上擴容方案 danksharding 為 Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 等 L2 (第二層) 擴容方案的蓬勃發展提供了充足的數據空間。

Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 都有其缺點：大多數 Optimistic Rollups 都存在層與層之間漫長的取款等待期；而 ZK-Rollups 往往要進行大量的計算，無法提供無縫的可組合性。

為了使得以 Rollup 為中心的未來保持可行性，Rollups 解決方案必須優先考慮降低執行成本、跨層互操作性和用戶隱私。

可擴展性是在最小化 (交易) 成本和不犧牲區塊鏈網絡的去中心化和安全性的同時增加網絡的速度和吞吐量的方法。以太坊目前無法擴展。在過去的兩年里，隨著用戶數量的增加，以太坊的交易成本飆升，使得日常投資者幾乎無法承擔使用該網絡的成本。

以太坊進行擴容有兩個核心選擇：鏈上擴容和鏈下擴容。與「The Merge」(合并) 相結合，以太坊團隊正在引入一種名為「danksharding」的新分片設計，從而引入鏈上擴容解決方案。這些變化預計將在未來幾個月的某個時候發生。

鏈下擴容來自于位于現有區塊鏈之上的替代協議，不需要更改當前的以太坊 L1 協議。L2 擴容方案通過在鏈下處理所有交易驗證，同時從以太坊主網獲得安全性。當前最知名的 L2 擴容方案是 Rollups。

在為「合并」做準備的同時，以太坊正在轉向「以 Rollup 為中心的路線圖」。它計劃結合最好的鏈上和鏈下擴容方案。

01. Rollups 簡要指南

Rollups 是該領域中最突出的 L2 擴容解決方案。我們可以根據其交易驗證和數據存儲方法對 Rollups 進行分類。所有 Rollups 都是將大量鏈下交易數據聚合成批量，并在達成共識時將結果發布至以太坊主網。

1) Optimistic Rollups

日本金融廳長官：日本要密切關注如何克服發行CBDC的挑戰:日本金融廳長官HIMINO表示，日本不僅需要對央行數字貨幣(CBDC)進行學術研究，要更密切地關注如何克服發行央行數字貨幣可能帶來的挑戰。如果只是解除對比特幣和其他加密貨幣的管制，這可能只會增加投機交易，并不一定會促進技術創新。不考慮推動加密貨幣交易的新舉措，希望更多地關注如何將區塊鏈技術與增強公共福利的政策結合起來。[2020/8/5]

Optimistic Rollups 網絡，比如 Arbitrum 或 Optimism，假定所有交易從一開始就是有效的。為了確保這些交易的安全，Optimistic Rollups 網絡提供了一個挑戰期 (challenge period)，網絡驗證者可以通過父鏈 (比如以太坊) 上的一個欺詐證明 (fraud proof)?來質疑某筆交易的合法性。通過僅在懷疑存在欺詐時執行證明，Optimistic Rollups 顯著提高了吞吐量并減少了延遲 (交易確認時間)。挑戰期通常為七天。

圖源: ethereum.org

在挑戰期期間，用戶可以在 L2 生態系統內使用他們的資產，但無法將資產取回至 L1 鏈上。作為對 Optimistic Rollups 中較長的取款等待期的回應，一些快速取款方案正在崛起。比如，通過由社區驅動的流動性池，Boba Network 將退出等待期縮短到了幾分鐘。

此外，大多數的 Optimistic Rollups 都是具有?EVM (以太坊虛擬機) 兼容性的，這意味著你在 L1 上能做的任何事情，都可以在這些 Optimistic Rollups 網絡中做到，而且是以更快和更便宜的方式做到。EVM 兼容性是迄今為止大多數基于以太坊的 Rollups 都屬于 Optimistic Rollups 的核心原因。對于以太坊開發者來說，將智能合約遷移到這些 Optimistic Rollups 方案是一個毫無困難的過程。此外，Optimistic Rollups 提供了完全的透明性，因為所有交易數據都被發布至以太坊父鏈。

2) ZK-Rollups

趙錫軍：央行數字貨幣重點在于如何與傳統貨幣進行融合:對于“數字貨幣研發重點和難點”的看法，中國人民大學財政金融學院副院長趙錫軍指出，其中涉及兩個問題。一是技術是否成熟。比特幣實際上就是數字貨幣最初的雛形，從技術層面來講，比特幣是有一些缺陷的，一旦支付量變大，就會出現支付困難或者效率下降。另外，比特幣出現過被盜等安全問題。而據央行貨幣研究所所長穆長春的一個內部研討會指出，央行數字貨幣，效率是非常高的，支付能力很強，說明已經克服技術方面的問題。二是數字貨幣被引入后，如何與傳統的貨幣和貨幣管理運行體系進行融合。數字貨幣的發行，是基于區塊鏈的基礎，它是有上限的，從目前來講它的發行規模取決于互聯網的算力。盡管穆長春所長也提到，央行數字貨幣現在可以突破區塊鏈的上限限制，但是破獲以后，它的發行究竟是怎么樣的，是否能夠跟我們目前的人民幣發行順利融合，這需要在制度層面有所安排。（澎湃新聞）[2020/4/22]

零知識 (ZK)-Rollups 網絡，比如 StarkNet，類似于 Optimistic Rollups，也是組合大量鏈下交易并分批次地提交回以太坊主網。然而，ZK-Rollups 并不是假設所有交易在被證明有效之前是有效的，而是使用有效性證明 (validity prroofs) 來立即驗證交易。這些有效性證明和壓縮數據將作為它們對應的原始交易包的代理，被提交至以太坊 L1 進行鏈上驗證。

圖源: Simon Brown?

有效性證明是非常復雜和耗時的，因此與 Optimistic Rollups 相比，ZK-Rollups 存在延遲增加。由于生成密碼證明 (有效性證明) 需要大量的計算，ZK-Rollups 網絡中的交易定序器 (sequencers) 需要高規格的硬件，從而使得日常用戶難以參與成為其定序器。

此外，由于與生俱來的復雜性，大多數 ZK-Rollups 通常并不兼容 EVM。因此，以太坊開發者們很難將智能合約遷移到 ZK-Rollups 方案中，這使得在不完全改變智能合約框架的情況下，為這些 ZK-Rollups 方案開發通用應用程序變得更加困難。ZKSync 和 zkEVM 最近已經在以太坊測試網絡上部署了兼容 EVM 的 ZK-Rollup 方案，為以 ZK-Rollup 為中心的未來帶來了曙光。

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02. 以太坊「以 Rollup 為中心」的路線圖

在今年的某個時候，以太坊將經歷共識機制的轉變，從 PoW (工作量證明) 轉變為 PoS (權益證明)，這被稱為「合并」(The Merge)。這一改變將減少以太坊網絡的能源排放，提高網絡安全性，并減少來自礦工的中心化風險。以太坊的「以 Rollup 為中心的路線圖」將支持任意數量的驗證者，只要他們將 32 ETH 作為經濟質押金。

分片 (sharding) 是一種鏈上水平擴容方案，可以增加區塊鏈能夠高效處理的活動量。實質上，以太坊區塊鏈將被分割成更小的鏈，也即所謂的「分片鏈」(shards)，這些分片鏈將并行運行，并最終通過信標鏈 (Beacon Chain) 連接在一起。每條分片鏈將通過一個節點子集來運行，這些節點將檢查數據可用性。這種系統確保了任何人都可以使用標準的消費級硬件來運行網絡節點，同時提高網絡的可擴展性。

不像傳統的分片那樣為交易提供更多的空間，最新的 danksharding 方案專注于為數據 blobs 提供區塊空間。以太坊協議不會試圖解釋這些數據，而只是驗證這些數據 blobs 是完全可用的。這些數據 blobs 要想被視為完全可用，則必須不能丟失任何數據，且 Rollup 狀態必須能夠使用該數據進行重建。該數據空間將用于支持高交易吞吐量的 L2 擴容方案。

簡言之，PoS 共識機制為 L2 Rollups 提供了穩健的安全性和去中心化。

Danksharding 形成數據層，提供大量數據可用性，從而為 Rollups 提供了一個低成本的場所來發布它們的數據。Danksharding 使以太坊的以 Rollup 為中心的路線圖變得可行。它將以太坊變成結算和數據可用性層，并將可擴展性移交到 L2 Rollups 的手中。目前，通過結合 Rollup 和以太坊架構，當前以太坊僅 15-45 TPS 的交易吞吐量可以擴展至高達 1000-4000 TPS。分片鏈的引入將進一步為 Rollups 擴大數據存儲容量，將吞吐量提高到 100,000 TPS 以上。

聲音 | 段新星：看到有價值的場景時思考如何用區塊鏈去更好地打造才是正確的:Bytom創始人段新星在“區塊鏈平昌論壇2019(Blockchain Pyeongchang Forum, BPF2019)”的圓桌論壇上表示，在投機和炒作層面區塊鏈處于熊市，但是在區塊鏈應用層面仍然在向前發展。同時，他指出，不能像拿著錘子砸釘子一樣，把區塊鏈強加于所有項目，而應該在看到有價值、有意義的場景時，思考如何用區塊鏈去更好地打造才是正確的。只有做到這點，離區塊鏈下一次爆發也就不遠了。[2019/1/28]

03. 以 Rollup 為中心的未來

Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 的耀眼優勢在于，它們能夠在無需妥協安全性和去中心化的情況下解決以太坊的可擴展性問題。它們允許以低得多的費用來進行幾乎即時的交易，同時減少以太坊主網上的網絡擁堵。

然而，這兩種類型的 Rollups 都有明顯的缺點，這對它們的長期可持續性提出了質疑。由于欺詐證明系統，Optimistic Rollups 會受到長達一周的退出等待期的影響。而 ZK-Rollups 的計算量太大，目前無法與 EVM 兼容。如前所述，兩種解決方案的開發人員都在解決這些問題。

以太坊的生態系統為 Rollup 生態系統的蓬勃發展提供了充足的空間。以太坊路線圖鼓勵試驗，允許最佳的 L2 方案在成熟的以太坊生態系統中茁壯成長。除了各自的缺點之外，未來的 Rollup 部署必須解決交易成本的差異、以太坊的分片生態系統的碎片化以及隱私保護問題。

1) 成本

一個可擴展的區塊鏈需要能夠支持越來越多的事務 (交易) 量，同時不能在交易成本上進行妥協。如前所述，Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 都解決了這個問題，但是二者比較結果如何？

ZK-Rollups 在運行其有效性證明時可能會花費大量成本。但是，隨著程序的改進，ZK-Rollup 網絡中的每個交易批次中包含的交易數量將會增加，這將降低每筆交易的邊際成本。從長遠來看，ZK-Rollup 將克服其有效性證明最初產生的固定成本的缺點。

現場 | 獨立數字經濟學者劉志毅：區塊鏈經濟的內核在于如何建立新的秩序:金色財經現場報道，在今日舉辦的第六屆中國創業者大會區塊鏈技術與應用峰會上，獨立數字經濟學者劉志毅提到，區塊鏈思想的核心是信息，區塊鏈經濟的內核在于如何建立新的秩序。他認為，我們應當建立對思想演變本質的認識，對技術演化與文明關系的認識以及對信息技術革命本質的認識。[2018/7/19]

理論上來說，Optimistic Rollups 應該有著幾乎無成本的交易。與 ZK-Rollups 不同，Optimistic Rollups 不存在繁重的后端計算或數據壓縮 (這會進一步增加交易成本)。通常情況下，Optimistic Rollups 運營商會承擔運行欺詐證明的成本。然而，將未壓縮的數據發布回以太坊會增加交易成本。此外，由于欺詐證明尚未完全部署在這些解決方案上，因此目前 Optimistic Rollups 上的交易成本高于預期。

在以太坊分片鏈上，任何一個 Rollup 方案的交易成本都應該比當前情況顯著降低。理論上，如果 ZK-Rollups 能夠繼續降低每筆交易的邊際成本，Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 之間的成本差異應該非常小。

2) 碎片化

整個加密生態系統都存在碎片化問題。大多數協議都是以孤島式的方式運行，整個行業是相對支離破碎的。在區塊鏈之間移動資產是復雜和不直觀的，特別是對新用戶。

許多 Rollups 網絡有著繁榮但孤立的 L2 生態系統。由于能夠很容易地連接以太坊協議內的組件，開發者們正在 Arbitrum 和 Optimism 上快速地構建應用程序。然而，一旦用戶將他們的資產放入這些系統中，他們往往會發現將這些資金重新轉移到不同的平臺是一項挑戰。像 Hop 和 Connext 這樣的「跨層橋」和「跨鏈橋」有助于解決流動性資產的部分互操作性問題。用戶可以相對快速且經濟有效地將資產從一個平臺無縫轉移到另一個平臺。

跨鏈橋會將資產鎖定在某個 L1 智能合約中，然后將該 Token 資產的某種版本發送至另一條區塊鏈或 Rollup 上，反之亦然。如果沒有 EVM 兼容性，用戶將需要放棄對其加密資產的控制權，因為該跨鏈橋的安全性不再依賴于底層區塊鏈的安全性。為了將資產從以太坊轉移到不具有 EVM 兼容性的 Rollups (比如 Loopring 或 StarkNet) 中，用戶可以從某個中心化交易平臺向該 Rollup 發送 Token 資產，或者支付 Gas 費用將資產發送至該 Rollup 本身。就后者而言，這些資產將存在于該 L2 Rollup 中。

對于將資產從以太坊跨鏈橋接至 Rollup 而言，自今年早些時候市場低迷以來，L2 橋接在總 TVL (鎖倉總價值) 方面有所下降。盡管有著很長時間的取款等待期，但像 Arbitrum、Optimism 和 Boba 這樣的 Optimistic Rollups 目前在累積的橋 TVL 方面處于領先地位。zkSync 是該領域一個相當新的 Rollup，但它是少數幾個具有 EVM 兼容性的 ZK-Rollups 之一。

同樣，在基于 PoS 的以太坊世界中，圍繞 Rollups 的互操作性也存在一些問題。「互操作性橋梁」將成為以 Rollups 為中心的以太坊生態系統中至關重要的基礎設施組件。它們將致力于防止孤島式的 Rollup 生態系統，保持可組合性，緩解碎片化的流動性。這些橋梁是跨 Rollup 通信和資產遷移的必要手段。

以太坊以 Rollup 為中心的生態系統鼓勵試驗和發展當前的區塊鏈架構。目前，EVM 兼容性限制了 Rollup 框架內的發展，限制了智能合約創新的自由。EVM 兼容性可能會成為一個過時的特性，被未來的可組合性驅動技術的發展所取代。

從短期來看，Optimistic Rollups 是以太坊生態系統領先的擴容方案。它們在 EVM 兼容性方面有一個現有的優勢，這為其應用程序提供了所需的可組合性。然而，隨著時間的推移，由于以下幾個因素，向 ZK-Rollups 的過渡將自然發生：更低的、無須信任的取款等待期；更高的吞吐量；卓越的數據壓縮能力；以及每筆交易的邊際成本的降低。

3) 隱私

區塊鏈本質上是公開的，通過完全的透明度來提供對該領域的信任。在任何給定的時間，任何人都可以前往 Etherscan，查看誰在與什么合約進行交互，涉及多少資金。雖然錢包地址是一種匿名的隱私解決方案，但社交媒體平臺提供了一個口子，將公眾身份與相應的錢包聯系起來。?

另一方面，目前的 TradFi (傳統金融) 系統完全是私密的：人們不能查看彼此的財務狀況。在一個數據隱私成為主流問題的時代，很容易理解為什么散戶投資者，尤其是企業，不愿公開他們的私人信息，并將其與他們的財務記錄聯系起來。加密領域需要像當前的 Web2 一樣私密，否則，坦率地說，將沒有長期采用的潛力。

那么，開發者究竟如何才能在不妥協安全性的情況下從公開交易中刪除可識別信息呢？

ZK-Rollups 的優點在于其數據壓縮能力。如前所述，ZK-Rollups 驗證鏈下的所有交易數據，并將經驗證的證明和經壓縮的交易數據發布回以太坊主網。以太坊驗證者不需要解釋該交易批次中的數據，而只是檢查和確保該 L2 方案已經驗證了該數據。

專注于隱私的 ZK-Rollups 會將可識別信息從它們捆綁的交易數據中移除，并只發布適當的信息。比如，Aztec 在其 Rollup 方案中創建了一個化名系統，從而將交易數據與相關的交易方完全分離開來。用戶可以通過他們即將發布的 Aztec Connect 橋以匿名的方式發送或接受 Token，并與去中心化應用進行交互。

然而，這種隱私功能的增加是有代價的。該 Rollup 無法像以前那樣處理交易列表。Aztec 引入了第二個零知識證明 (因此現在它是 ZK-ZK-Rollup) 來驗證一個 ZK 證明列表，每個證明都驗證一筆隱私交易。Polygon 推出了他們面向企業的隱私 Rollup，即 Polygon Nightfall，它在 ZK 隱私 Rollup 之上運行了一個 Optimistic Rollup。

之前的隱私技術，如 Monero、Zcash 和 Tornado Cash，都遭到了主流的采用，或者讓用戶自己選擇是否使用隱私。當投資者想要將他們的交易隱私化時，他們必須選擇使用隱私。然而，在交易的另一端的一方可能不會這樣做，因此交易的一端是公開的。隨著時間的推移，交易數據中的動態可能會被拼湊在一起，以揭示雙方的身份，這就違背了從一開始就從交易中隱匿身份的目的。這種提供選擇性的隱私應用中存在的漏洞，從一開始就破壞了建立隱私交易的目的，因此，隱私應該是應用中的默認設置。

對于 ZK-Rollups 來說，啟用私有交易更簡單，因為 Optimistic Rollups 將所有交易數據發布到它們的父鏈。但是，也有一些選擇可以使 Optimistic Rollups 實現隱私交易。它們可以效仿 Tornado Cash 的做法，切斷源地址和目標地址之間的鏈上關聯。目前的 Optimistic Rollups 可以將諸如 Aztec 等以隱私為導向的 ZK-Rollups 作為 L3 (第三層) 來托管。未來的部署也可以混合他們的解決方案，比如 Polygon Nightfall，并實現 ZK-Rollup 來驗證隱私交易。

04. 寫在最后

Optimistic Rollups 方案在當前市場上領先于 ZK-Rollups。由于通常與 EVM 等效，所以 Optimistic Rollups 具有其應用程序所需的可組合性，并且由于沒有復雜的鏈下計算而更加簡單。從長遠來看，如果 ZK-Rollups 的技術持續改進，基于更好的產品契合度，它們有可能贏得 L2 Rollup 比賽。隨著更多兼容 EVM 的解決方案的出現，ZK-Rollups 應該變得更具有成本效益，利用前所未有的額交易隱私性，并產生更和諧的跨鏈和跨層橋接體驗。

以太坊并不是唯一專注于以 Rollup 為中心的路線圖的 L1 區塊鏈。Tezos、NEAR 和 Celestia 已經轉向了某種以 Rollup 為導向的區塊鏈。此外，目前的 L1 競爭在不久的將來可能不會消失。這些 L2 生態系統可能不僅要相互競爭，還要與 L1 生態系統 (如 Solana) 甚至是 L2 側鏈 (如 Polygon) 競爭。

以太坊向以 Rollup 為中心的過渡將需要幾年時間。當前的 Rollups 將需要時間來以適當的方式實現，為執行錯誤留出了足夠的空間。雖然 Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 都有各自的權衡，但一個有凝聚力的以太坊生態系統的可能性對加密貨幣的進一步采用總體來說是個好兆頭。

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