Rollups 可能會觸發DeFi 的另一個高增長時期，但也存在可組合性和流動性斷裂等挑戰。
原文標題：《詳解以太坊擴容「聖杯」Rollups：交易將升至每秒上千筆，或觸發DeFi 另一個高增長期？ 》
撰文：jakub，來源：Finematics
Rollups 被認為是以太坊擴容的最終解決方案。那麼，Rollups 是怎麼回事？ Optimism 和ZK rollups 之間有什麼區別？ Arbitrum 與Optimism 有何不同？以及為什麼當涉及到擴展以太坊時，rollups 被認為是聖杯（holy grail）？你將在本文中找到這些問題的答案。
介紹
以太坊擴容一直是加密領域討論最多的話題之一。擴容辯論通常在網絡活動頻繁的時期升溫，例如2017 年的CryptoKitties 熱潮，2020 年的DeFi 夏季或2021 年初的加密貨幣牛市。
在這些時期，對以太坊網絡的空前需求導致了極高的gas 費用，使得日常用戶支付交易費用變得昂貴。
為了解決這個問題，尋找最終的擴展解決方案一直是多個團隊和整個以太坊社區的首要任務之一。
一般來說，有3 種主要方式來擴展以太坊或大多數其他區塊鏈：擴展區塊鏈本身——第1 層（Layer 1）擴容；在第1 層之上構建——第2 層（Layer 2）擴容和在第1 層一側構建側鏈。
對於第1 層，Eth2 是擴展以太坊區塊鏈的首選解決方案。 Eth2 指的是一組相互關聯的變化，例如遷移到權益證明（PoS）、將工作量證明（PoW）區塊鏈的狀態合併到新的PoS 鍊和分片中。
特別是分片，可以顯著增加以太坊網絡的吞吐量，尤其是在與rollups 結合時。
當涉及到第1 層以外的擴展時，已經嘗試了多種不同的擴展解決方案，並取得了一些混合結果。
一方面，我們有第二層的解決方案，如Channels，它完全由以太坊保障，但僅適用於特定的應用程序集。
另一方面，側鏈通常與EVM 兼容，可以擴展通用的應用程序。主要的缺點是它們不依賴於以太坊的安全性，而是擁有自己的共識模型，因此不如第2 層解決方案安全。
大多數rollups 的目標是通過創建一個通用的擴展解決方案，同時仍然完全依賴以太坊的安全性，來實現這這兩個方面的最佳效果。
這是擴容的聖杯，因為它允許在不犧牲安全性的情況下，在以太坊上部署所有現有智能合約，幾乎沒有變化。
難怪rollups 可能是所有解決方案中最受期待的擴展方案。
但是，首先，什麼是rollups？
Rollups
Rollup 是一種擴展解決方案，它通過在第1 層之外執行交易，但在第1 層發布交易數據來工作。這使得rollup 可以擴展網絡，並仍然從以太坊共識中獲得其安全性。
將計算移到鏈下實際上允許處理更多的交易，因為只有rollup 交易的部分數據必須適合以太坊區塊。
為了實現這一點，rollup 交易在單獨的鏈上執行，該鏈甚至可以運行特定於rollup 的EVM 版本。
執行rollup 交易後的下一步是將它們批處理在一起，並將它們發佈到以太坊主鏈上。
整個過程本質上是執行交易、獲取數據、壓縮數據，並將其以單個批次的形式匯總到主鏈上，因此得名「rollup」。
儘管這看起來是一個潛在的好解決方案，但接下來自然會出現一個問題：
「以太坊如何知道發布的數據是有效的，並且不是由試圖使自己受益的不良行為者提交的？」
確切的答案取決於特定的rollup 實現，但一般來說，每個rollup 在第1 層部署一組智能合約，負責處理存款和取款以及驗證證明。
證明也是不同類型的rollup 之間的主要區別所在。
Optimistic rollups 使用欺詐證明。相比之下，ZK rollups 則使用有效性證明。
讓我們進一步探討這兩種類型的rollups。
Optimistic 與ZK Rollups 比較
Optimistic rollups 將數據發佈到第1 層，並假設它是正確的，因此被稱為「樂觀的」（optimistic）。如果發布的數據是有效的，我們就在快樂的道路上，不需要做其他事情。 Optimistic rollups 得益於在樂觀的情況下不需要做任何額外的工作。
在發生無效交易的情況下，系統必須能夠識別它，恢復正確的狀態並懲罰提交此類交易的一方。為了實現這一點，Optimistic rollups 實現了一個爭議解決系統，該系統能夠驗證欺詐證明，檢測欺詐交易，並抑制不良行為人提交其他無效交易或錯誤的欺詐證明。
在大多數Optimistic rollups 實現中，能夠向第1 層提交成批交易的一方必須提供保證金，通常以ETH 的形式。任何其他網絡參與者如果發現錯誤的交易，都可以提交欺詐證明。
提交欺詐證明後，系統進入爭議解決模式。在這種模式下，這次可疑交易在以太坊主鏈上再次執行。如果執行證明交易確實是欺詐性的，則提交此交易的一方將受到懲罰，通常是通過削減其抵押的ETH。
為了防止不良行為者使用不正確的欺詐證明向網絡發送垃圾郵件，希望提交欺詐證明的各方通常還必須提供可能會受到削減的保證金。
為了能夠在第1 層執行rollup 交易，Optimistic rollups 必須實現一個系統，能夠以交易最初在rollup 上執行時的確切狀態重放交易。這是Optimistic rollups 的複雜部分之一，通常通過創建一個單獨的管理器合約，用rollup 的狀態替換某些函數調用來實現的。
值得注意的是，即使只有1 個誠實的一方監控rollup 的狀態，並在需要時提交欺詐證明，該系統也能按預期工作並檢測出欺詐。
還值得一提的是，由於rollup 系統內有正確的激勵機制，進入爭端解決程序應該是一種特殊情況，而不是經常發生的事情。
當涉及到ZK rollups 時，根本沒有爭議解決方案。這是通過利用一種稱為零知識證明的巧妙加密技術來實現的，因此命名為ZK rollups。在這個模型中，發佈到第1 層的每個批次都包含一個稱為ZK-SNARK 的加密證明。該證明可以在提交交易批次時由第1 層合約快速驗證，並且可以立即拒絕無效批次。
聽起來很簡單吧？也許表面上是這樣。在實踐中，為了使其發揮作用，多名研究人員花費了無數的時間來迭代這些巧妙的密碼學和數學作品。
Optimistic 和ZK rollups 之間還有一些其他的區別，因此讓我們一一介紹它們。
由於爭議解決過程的性質，Optimistic rollups 必須給所有網絡參與者足夠的時間來提交欺詐證明，然後再在第1 層最終確定交易。這段時間通常相當長，以確保即使在最壞的情況下，欺詐性交易仍然可以被爭辯。
這導致從Optimistic rollups 中提取資金的時間相當長，因為用戶必須等待甚至多達一兩週才能將他們的資金提取回第1 層。
幸運的是，有一些項目正在努力通過提供快速的「流動性存在」來改善這種情況。這些項目提供幾乎即時的提款回到第1 層，另一個第2 層甚至一個側鏈，並為這種便利收取少量費用。 Hop 協議和Connext 是值得關注的項目。
ZK rollup 不存在長時間提現的問題，因為只要將rollup 批次連同有效性證明提交到第1 層，資金就可以提現。
到目前為止，看起來ZK rollup 只是Optimistic rollups 的更好版本，但它們也有一些缺點。
由於該技術的複雜性，創建與EVM 兼容的ZK rollup 要困難得多，這使得在無需重寫應用程序邏輯的情況下，擴展通用應用程序變得更加困難。話雖如此，ZKSync 在這方面正在取得重大進展，他們可能很快就會推出與EVM 兼容的ZK rollup。
Optimistic rollups 程序在EVM 兼容性方面要容易一些。他們仍然需要通過一些修改來運行自己的EVM 版本，但是99% 的合約可以在不做任何更改的情況下移植。
ZK rollup 也比Optimistic rollups 的計算量更大。這意味著計算ZK 證明的節點必須是高規格的機器，這使得其他用戶很難運行它們。
在擴展改進方面，兩種類型的rollups 都應該能夠將以太坊從每秒15 到45 筆交易（取決於交易類型）擴展到每秒1000 到4000 筆交易。
值得注意的是，通過為第1 層上的rollup 批次提供更多空間，可以每秒處理更多事務。這也是Eth2 可以與rollup 產生巨大協同作用的原因，因為它通過創建多個分片來增加可能的數據可用性空間——每個分片都能存儲大量的數據。 Eth2 和rollup 的結合可以使以太坊的交易速度提高到每秒10 萬筆交易。
現在，讓我們談談在Optimistic 和ZK rollups 上工作的所有不同項目。
Optimistic Rollups
Optimism 和Arbitrum 是目前最流行的Optimistic Rollups 選擇項目。
Optimism 已經部分推廣到以太坊主網上，與Synthetix 或Uniswap 等有限的合作夥伴一起，以確保該技術在全面啟動之前按預期工作。
Arbitrum 已經將其版本部署到主網上，並開始將不同的項目納入其生態系統中。與其只允許有限的合作夥伴能夠首先部署他們的協議，他們決定為所有想要在其rollup 中啟動的協議提供一個時間窗口。當這段時間結束後，他們將一次性向所有用戶開放。
在Arbitrum 上啟動的一些最著名的項目有Uniswap、Sushi、Bancor、Augur、Chainlink、Aave 等等。
Arbitrum 最近還宣布與Reddit 建立合作夥伴關係。他們將專注於啟動一個單獨的rollup 鏈，這將允許Reddit 擴展他們的獎勵系統。
Optimism 正在與MakerDAO 合作創建Optimism Dai 橋，並使DAI 和其他代幣能夠快速提取回第1 層。
儘管Arbitrum 和Optimism 都試圖實現相同的目標——構建與EVM 兼容的Optimistic Rollups 解決方案，但它們的設計存在一些差異。
Arbitrum 有一個不同的爭議解決模式。他們沒有在第1 層重新運行整個交易來驗證欺詐證明是否有效，而是提出了一個交互式的多輪模型，該模型允許縮小爭議範圍，並可能僅在第1 層執行一些指令來檢查可疑的交易是否有效。
這也產生了一個很好的副作用，即部署在Arbitrum 上的智能合約可能大於以太坊上允許的最大合約大小。
另一個主要區別是處理事務排序和MEV 的方法。
Arbitrum 最初將運行一個負責交易排序的排序器，但從長遠來看，他們希望將其去中心化。
Optimism 更喜歡另一種方法，在這種方法中，交易的順序以及MEV 可以在一定時期內拍賣給其他方。
值得一提的還有其他一些致力於Optimistic Rollups 的項目。 Fuel、OMG 團隊與OMGX 和Cartesi 等等。他們中的大多數人也試圖為他們的rollups 開發一個與EVM 兼容的版本。
ZK rollups
雖然看起來以太坊社區主要關注的是Optimistic Rollups，至少在短期內是這樣的，但我們不要忘記，致力於ZK rollups 的項目進展也非常迅速。
對於ZK rollups，我們有幾個可用選項。
Loopring 使用ZK rollup 技術來擴展其交易和支付協議。
Hermez 和ZKTube 正在使用ZK rollup 擴大支付規模，Hermez 還在建立一個與EMV 兼容的ZK rollup。
Aztec 正專注於將隱私功能引入其ZK rollup 技術。
DeversiFi、Immutable X 和dYdX 等項目已經廣泛使用基於StarkWare 的rollup 技術。
正如我們之前提到的，ZKSync 正在開發一個兼容EMV 的虛擬機，它將能夠完全支持任何用Solidity 編寫的任意智能合約。
總結
正如我們所看到的，在optimistic 和ZK rollup 陣營中都有很多事情在進行，不同rollup 之間的競爭將會很有趣。
Rollup 也應該對DeFi 產生重大影響。以前由於交易費用高而無法在以太坊上進行交易的用戶，將能夠在下一次網絡活動頻繁時留在生態系統中。它們還將支持需要更便宜的交易和更快的確認時間的新型應用程序。所有這一切都得到了以太坊共識的完全保護。看起來rollup 可能會觸發DeFi 的另一個高增長時期。
但是，在rollup 方面仍存在一些挑戰。
可組合性就是其中之一。為了組合使用多個協議的事務，所有這些協議都必須部署在同一個rollup 上。
另一個挑戰是流動性斷裂。例如，如果沒有新資金作為一個整體進入以太坊生態系統，Uniswap 或Aave 等協議中存在於第1 層的現有流動性將在第1 層和多個rollup 實現之間共享。較低的流動性通常意味著較高的滑點和較差的交易執行。
這也意味著，自然會有贏家和輸家。目前，現有的以太坊生態系統還不足以利用所有擴展解決方案。從長遠來看，這很可能會發生改變，但在短期內，我們可能會看到一些rollups 和其他擴展解決方案成為無人之地。
未來，我們可能還會看到用戶完全生活在一個rollup 生態系統中，並且長時間不與以太坊主鍊和其他擴展解決方案進行交互。如果我們將看到更多的中心化交易所能夠實現直接的存款和取款，這可能尤其明顯。
儘管如此，rollups 似乎是擴展以太坊的最終策略，而且挑戰很可能會以某種方式得到緩解。看到rollups 如何獲得越來越多的用戶的採用顯然非常有趣。
在討論rollups 時經常出現的一個問題是它們是否對側鏈構成威脅。就我個人而言，我認為側鏈仍將在以太坊生態系統中佔有一席之地。這是因為，儘管第2 層上的交易成本將比第1 層低得多，但它很可能仍然高到足以給某些類型的應用程序（例如游戲和其他高容量應用程序）定價。
當以太坊引入分片時，這種情況可能會改變，但屆時側鏈可能會產生足夠的網絡效應來長期生存。看看這在未來會如何發展一樣非常有趣。
此外，rollups 的費用高於側鏈，因為每個rollup 批次仍然需要支付以太坊區塊空間的費用。
值得記住的是，以太坊社區非常關注以太坊擴展策略中的rollups——至少在短期到中期，甚至可能更久。我建議閱讀《Vitalik Buterin：探討以Rollup 為中心的以太坊發展路線》。
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