L2 擴容技術詳解：Optimistic Rollups 與 ZK Rollups_ROLL

$ARB即將上線，L2也得到了更多重視，最近關于OP和ZK兩種解決方案孰優孰劣的爭論越來越多，有人說OP是正統，有人說ZK更安全，本文將深入探討兩種流行的二層擴容方案，以及最近備受矚目的Arbitrum。這是一篇技術導向性的文章，我將重點闡述它們的工作原理和特點，并用通俗易懂的語言進行講解，以幫助大家更好地理解和評估這些擴容方案。

1.擴容方案概述

隨著區塊鏈技術的快速發展，可擴展性問題成為了阻礙區塊鏈廣泛應用的主要障礙之一。為了提高網絡的吞吐量和降低交易費用，擴容就是一件必須要解決的事情。擴容方案通常分為兩大類：一類是鏈下擴容，通過在底層區塊鏈之上構建新的協議層來實現擴容；另一類是鏈上擴容，通過優化底層區塊鏈協議本身來提高吞吐量。

鏈上擴容方案可以分為分片、選擇更高效的共識算法和協議優化等。其中分片是將區塊鏈網絡分割成多個相互獨立的子鏈，每個子鏈可以并行處理交易。這樣，整個網絡的吞吐量會隨著子鏈數量的增加而線性增長，分片也是以太坊2.0路線圖中關鍵的一步，分片之后TPS和Gas才能得到真正的優化。最近這幾年共識算法的創新很少見了，像之前提出的POS、DPOS、DAG等都是相對于POW的創新，相比于POW，它們可以減少網絡資源消耗，提高交易處理速度，同樣，以太坊也選擇了這條路。第三個方案是對底層區塊鏈協議進行優化，例如調整區塊大小、區塊產生時間等，可以在一定程度上提高網絡的吞吐量，比如比特幣的隔離見證升級。

CZ：銀行系統的失敗和加密沒有太大關系，銀行系統越好對加密越有利:5月1日消息，Binance 創始人 CZ 在 AMA 中發言表示，銀行行業存在了很長時間，因此銀行也變得越來越沒有效率。銀行的失敗和加密的發展沒有太大關系，加密貨幣只是人們進行投資的一種選擇，不同的人喜歡不同類型的資產，人們并不會在銀行失敗之后就進入加密領域。銀行系統越好，對加密越有利。我們應該專注于讓加密使用起來更方便。

CZ 表示，在面對各地的監管時，我認為最大的挑戰是銀行的支持，如果銀行尤其愿意與加密業務合作交流。這樣我們才能真正方便地實現傳統金融系統和加密金融系統之間的流動性整合，這對雙方都有好處。[2023/5/1 14:37:32]

鏈下擴容方案可以分為狀態通道、Plasma和Rollups。狀態通道允許用戶在鏈下進行交易，僅在通道開啟和關閉時與主鏈進行交互，這極大地減少了鏈上交易數量，從而提高了吞吐量，像RaidenNetwork和LightningNetwork就是分別針對以太坊和比特幣的狀態通道擴容產品。Plasma是一種子鏈方案，允許用戶將資產從主鏈遷移到子鏈，并在子鏈上進行交易，子鏈周期性地將其狀態更新提交給主鏈，以確保安全性，比如OMGNetwork。Rollups是將多筆交易打包成單個證明，并提交到主鏈。這樣，主鏈僅需驗證證明而無需處理每筆交易，從而提高了吞吐量。典例是zkSync和Optimism，Arbitrum同樣也是基于OP的產品。

數據：交易所的ETH余額達到4年低點:金色財經報道，Glassnode數據顯示，交易所的ETH余額剛剛達到19,291,160.094 ETH的4年低點，此前的4年低點為19,291,269.797 ETH。[2022/12/23 22:02:26]

2.OptimisticRollups和zk-Rollups

2.1zk-Rollups

zk-Rollups是一種基于零知識證明的二層擴容方案。首先由RollupOperator組件將多個鏈下交易聚合成一個批次，之后使用零知識證明生成一個簡潔的證明文件，這個證明可以驗證整個批次的交易的有效性，而不需要逐一檢查每筆交易；然后將證明及與該批次相關的數據提交到主鏈，主鏈通過驗證證明的正確性，確保交易是有效的；主鏈驗證通過后，鏈上合約會根據證明中的數據更新鏈上的狀態。這意味著，盡管交易是在鏈下進行的，但鏈上狀態仍然得到了更新，確保了數據的一致性。

Atem Network內容發布平臺Atem Review引入社交激勵系統:9月15日消息，Web3社交協議Atem Network旗下內容發布平臺Atem Review引入社交激勵系統（Social Incentives System）。創作者可以在該平臺上創建Web3原生圖文筆記，并將內容轉換為NFT供粉絲收集，同時創作者可通過持有AtemPenNFT并在Atem Review上創建及分享圖文筆記，獲得ATEM形式的社交激勵。根據項目計劃，ATEM共發行2億枚，其中36%（7200萬枚）將作為社交激勵措施，在未來四年內以獎勵形式分發給社區，Atem Pen NFT將于9月下旬正式發售。[2022/9/15 6:57:39]

注：零知識證明是一種密碼學概念，它允許一個證明者向驗證者證明某個陳述為真，而無需透露任何關于該陳述的其他信息。簡而言之，零知識證明可以讓一個人證明他擁有某種信息，而不需要透露這個信息本身。

2.2OptimisticRollups

三星電子旗下投資公司Samsung Next投資NFT游戲Genopets:7月8日消息，三星電子旗下投資子公司Samsung Next宣布其已通過簡單未來代幣協議（SAFT）方式投資了NFT游戲Genopets，但具體投資金額未披露。

Genopets曾于去年10月份完成830萬美元融資，Konvoy Ventures和Pantera Capital領投，Animoca Brands、Solana Capital、Alameda Research等參投。（The Guru）[2022/7/8 1:59:58]

OptimisticRollups是一種基于樂觀性驗證的二層擴容方案，即默認提交的區塊是正確的，除非有人提出質疑。它同樣需要RollupOperator將許多鏈下交易聚合成一個批次，之后計算批次交易產生的新狀態并生成一份鏈下狀態更新；然后將鏈下狀態更新、相關數據提交到主鏈，這個狀態默認是正確的，不需要額外驗證；但是在狀態更新提交后，會有一個固定的挑戰期，在此期間，任何人都可以通過提供欺詐證明來質疑提交的狀態更新的有效性，與被質疑狀態的相關的整個交易將通過EVM運行檢驗，如果證明狀態更新是錯誤的，提交者會被懲罰，同時鏈上狀態會回滾到正確的狀態；如果在挑戰期內沒有人質疑狀態更新，或者質疑被證明是錯誤的，那么鏈上狀態會根據提交的狀態更新進行更新。

英國央行副行長：隨著美聯儲量化緊縮，加密貨幣將迎來艱難時刻:金色財經報道，英國央行副行長?Jon Cunliffe在周二的華爾街日報會議上向加密貨幣投資者發出了警告。

Cunliffe警告稱，加密貨幣投資者應該預料到未來會有更多困難時期。他解釋說，隨著美聯儲和世界各國央行收緊金融條件，投資者將更傾向于更安全的資產。在回答有關利率上升是否會增加加密貨幣壓力的問題時，Cunliffe表示：我認為隨著這一過程的繼續，隨著（量化緊縮）在美國開始，我認為我們將看到風險資產的轉移。

Cunliffe 還討論了影響加密市場的另一個因素。他指出，俄烏戰爭正促使投資者將資金轉移到更安全的資產中。[2022/5/19 3:27:30]

2.3ZK與OP比較

ZK和OP各有各的特點，我從下面5個不同角度對他們進行了分析，以供各位根據自己的傾向去評判：?

1.交易驗證方式：

OP：通過欺詐證明驗證交易。OP假設交易默認是有效的，除非有人提交證據證明某筆交易無效。這需要鏈下用戶和節點持續監測，以確保RollupOperator沒有作惡。

ZK：通過零知識證明驗證交易。ZK生成一個簡潔的證明來確保批次中的交易有效性，無需逐一檢查每筆交易。

2.安全性：

OP：由于默認假設交易有效，可能存在一定的安全風險，需要鏈下用戶和節點積極監測交易以確保安全性。

ZK：基于零知識證明的驗證方式為ZK提供了較高的安全性，因為它需要生成一個證明來確保交易的有效性。

3.吞吐量與性能：

OP：與ZK相比，OP通常具有較快的鏈下交易處理速度，但鏈上驗證可能需要更長時間，因為需要等待欺詐證明的挑戰周期。

ZK：雖然生成零知識證明需要一定的計算資源，但ZK的鏈上驗證速度較快，因為一旦證明生成，主鏈就可以快速驗證。

4.通用性

OP：OP完全兼容EVM，眾多DAPP可以直接遷移，方案整體的計算復雜度低，更適用于通用的智能合約執行和復雜計算。

ZK：雖然零知識證明技術在發展中，但目前它在通用智能合約和復雜計算方面的應用受到一定限制。

5.成本：

OP：通常具有較低的鏈下交易成本。

ZK：生成零知識證明需要一定的計算資源，可能導致較高的鏈下交易成本。

總的來說，OptimisticRollups和zk-Rollups分別具有各自的優缺點，OptimisticRollups更適合處理復雜的智能合約場景，具有較好的以太坊兼容性；而zk-Rollups在安全性和隱私保護方面具有優勢。

3.Arbitrum

Arbitrum是一種基于OptimisticRollups的二層擴容解決方案，它結合了OptimisticRollups的優勢，并對仲裁過程進行了創新和優化，在處理質疑和仲裁時采用了二分查找技術，降低了仲裁過程的復雜性和成本。

在上文提到在樂觀性驗證系統中，當有人對某個提交的區塊提出質疑時，就要啟動仲裁過程。質疑者需要指出區塊中存在的一個具體錯誤，例如交易執行的結果不正確、狀態更新錯誤等。

為了高效地找到錯誤的位置，二分查找將錯誤可能出現的范圍分為兩半，質疑者需要選擇錯誤出現在哪一半，并繼續向下查找。例如，如果質疑者認為錯誤出現在區塊的前半部分，那么他們需要提供該部分的狀態更新證明；在每次迭代中，質疑者和驗證者將錯誤可能出現的范圍繼續分為兩半，質疑者需要在每次迭代中指出錯誤出現在哪一半，并提供相應的證明，驗證者則需要提供相應的反駁證據；通過不斷的二分查找迭代，質疑者和驗證者將錯誤可能出現的范圍逐漸縮小；最終，當范圍縮小到一個具體的交易或狀態更新時，質疑者需要提供詳細的證據來證明錯誤的存在，驗證者則需要提供相應的反駁證據；經過一系列的二分查找迭代和證據交換，如果質疑者能夠成功證明區塊中存在錯誤，那么區塊將被認定為無效，如果驗證者能夠成功反駁質疑者的證據，那么區塊將被認定為有效。在這個過程中，錯誤的一方將損失押金，而勝利的一方可能會獲得獎勵。

綜上所述，二分查找仲裁可以縮小錯誤范圍，這個過程在鏈下執行，而鏈上只需要驗證最后的爭議部分，從而減少了鏈上的交易處理成本，但是這個過程也延長了處理時間，所以在發生仲裁的情況下Arbitrum比Optimistic更便宜，但也更慢。

4.總結

很多同一賽道的競爭對手都呈現一者重技術，一者重生態的格局，OP和ZK有些像Aptos和SUI，最后哪家勝利就看用戶的投票了。

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