Optimism VS ZK，以太坊擴容技術一覽_TIM:OPTI

在展開對OptimismRollup和ZKRollup的對比分析之前，我們需要先了解Rollup的誕生背景。

Rollup被認為是以太坊擴容的終極解決方案，它在第1層之外執行交易，卻在第1層發布交易數據。這使得Rollup可以擴展網絡，并仍然從以太坊共識中獲得安全性。整個過程本質上是執行交易、獲取數據、壓縮數據，并將其以單個批次的形式匯總到主鏈上，因此得名「Rollup」。

DeFi夏季、2021年初的加密貨幣牛市，對以太坊需求的高漲使得擴容辯論不斷升溫，Gas費用飆升讓用戶支付的交易費用更加昂貴。

與此同時，在Web3高速發展的背景下，以太坊日益成為了數千個DApp的宿主。龐大的交易量勢必會帶來運行速度的限制，使得以太坊上項目交易速度越來越慢，用戶也留存度逐漸下滑。

基于此，尋找完美的擴容方案，成了多個團隊和整個以太坊社區的重要目標。一般而言，以太坊的擴展方案一共有3種主要方式：擴展區塊鏈本身——第1層擴容；在第1層之上構建——第2層擴容和在第1層一側構建側鏈。

那么Rollup的擴容原理就是將數百個已處理的交易匯總成一個批次并在與以太坊主網平行的L2鏈上執行交易，最終完成的交易再按批次發布到底層區塊鏈，以此來提升交易速度，降低Gas費用。

Optimism正開發OP Stack故障證明系統，含防錯程序、防故障虛擬機等組件:7月25日消息，Optimism生態開發人員正開發OP Stack的故障證明系統，包括防錯程序（FPP）、防故障虛擬機（FPVM）、Dispute Game等組件，此外FPP和FPVM的分離使得相同的操作程序既可以在FPVM中運行，也可以在ZKVM中運行，以幫助OP Stack ZKP實現基于ZK的有效性證明，并為不同網絡之間的低延遲跨鏈橋提供支持。[2023/7/25 15:56:25]

在一眾Rollup方案中，OptimisticRollup和ZKRollup都有著不俗的表現。事實上，OptimisticRollup和ZKRollup的執行原理大同小異，區別在于驗證方式。今天，就讓我們走近這兩種卓越的擴容方案，比較它們在具體執行過程中的優劣勢，并積極展望下一代以太坊擴容方案的理想模式。

Optimism

OptimisticRollup，如其名所言采取的是“樂觀”機制——欺詐證明。系統默認執行交易數據的可靠性，無需經過有效驗證便會直接進入等待期，等待期里有任何節點提出異議并佐證為惡意交易，則取消交易；若無異議，等待期結束即交易完成并寫入區塊。“欺詐證明”的交易方案省去了大規模的部署驗證，從而節省了計算資源，保證了交易的確切性。

7月份Optimism主網日交易量兩次突破60萬筆:金色財經報道，在World ID和World App遷移到OP主網計劃后，Optimism交易量有所上升。根據Etherscan 數據，7 月份Optimism主網日交易量兩次突破60萬筆。L2Beat的數據還顯示，Layer2 網絡在過去30天內處理了1595萬筆交易，平均每天每秒處理6.12筆交易。[2023/7/23 15:53:03]

在OptimisticRollup中，突出的方案為Arbitrum和Optimism。Optimism雖為第一個發明與EVM兼容的OptimisticRollup協議，但囿于主網啟動延遲讓Arbitrum獲得了后發優勢。

Optimism：單輪非交互式欺詐證明

Optimism使用智能合約，將交易數據從以太坊主鏈轉移到Layer2，定序器可以將多個交易捆綁成一個批次，然后通過單個交易將該批次提交回主。定序器在所有交易都有效的假設下，樂觀地執行相應流程。系統設置一周的等待期，在此期間任何質疑都可被提出，如有異常就會生成欺詐證明。

以太坊二層擴容網絡Optimism或即將推出Token OP:金色財經消息，以太坊二層擴容網絡Optimism發文《A New Chapter》，回顧過去取得進展、網絡成績、融資信息等，并稱將開啟由“社區所有權和治理驅動”的新篇章，即將發布更多信息。根據社區推測以及官方路線圖，Optimism或即將推出Token OP。

根據官方信息，Optimism目前已幫用戶節省超11億美元gas費用，部署超6800個合約，促成超174億美元的交易量，產生超過2450萬美元的收入。

此前4月13日消息，知情人士：四大Layer2中或有一方將于下個月發行Token。[2022/4/20 14:35:10]

Arbitrum：多輪交互型欺詐性證明

Arbitrum于2021年5月28日在以太坊主網上啟動。整體上執行的流程差別不大，主要是在于Arbitrum的驗證人和挑戰者在鏈下通過二分法的方式不斷拆分存在爭議的步驟，直至將爭議范圍縮減到某個具體步驟，再到L1鏈上對相應步驟進行判定，高效解決爭議。因此，相比Optimism來說，Arbitrum能承載更高的交易容量，實現更徹底的“追根溯源”。

Optimism：EVME quivalence完全符合以太坊虛擬機規范，將成為L2下一個通用標準:10月28日消息，以太坊擴容方案Optimism發文，稱相信EVM Equivalence完全符合以太坊虛擬機規范，將成為L2領域的下一個通用標準。EVM Equivalence不是在Solidity中實現EVM，而是用更小、更簡單的指令集實現一個VM （Virtual Machine，虛擬機），并于欺詐證明期間在這個VM 中運行EVM，為此必須簡單地編譯一個現有的EVM解釋器，例如Geth解釋器，以便在更簡單的VM中運行。同時這允許Geth本身在一個爭議友好的環境中運行，由于 Geth 是 EVM 等效（EVM-equivalent）的，所以環境也是如此，這使其能夠繞過在鏈上重新實現 EVM，并使系統能夠適應未來對EVM的升級，目前Optimism團隊正在與編譯專家 George Hotz 一起工作以實現這個目標。[2021/10/28 21:04:10]

ZKRollup

ZKRollup，這一概念在1980年時被麻省理工的研究人員引入，一度將其稱為“月亮數學”。

動態 | 基于Optimistic Rollup的以太坊側鏈Fuel已上線公開測試網:Fuel Labs宣布已上線基于Optimistic Rollup的以太坊側鏈Fuel的公開測試網，代碼也已開源。Fuel側鏈是專門針對以太坊大額支付設計，在伊斯坦布爾升級之前，保守估計能將以太坊ERC-20代幣交易成本降低5倍，和支付通道不同，它不保證即時最終性，但沒有預先質押要求，在以太坊區塊時間確認期間提供無需信任和成本低廉的交易。Fuel 使用UTXO數據模型，任何計算機或電話都能輕松進行驗證，客戶端可并行化驗證，且對瀏覽器友好。[2020/1/13]

ZKRollup是通過零知識有效性證明的擴容方案。它分批處理鏈下交易，并生成加密有效性證明來驗證交易真實性。這些有效性證明將批量交易添加到L1區塊鏈，可被L1合約快速驗證，而無效批次則會被直接拒絕。

如果說Optimisticrollups假設每個參與交易的人都出于善意做事，那么ZKRollup則竭力確定情況確實如此。目前，ZKRollup版圖主要有Hermez、ZKSync等。

Hermez：生成簡潔的非交互式知識論證

Hermez可以生成SNARK的密碼證明，具備將以太坊擴展到每秒2000筆交易的能力。該體系主要依靠協調員處理并生成有效性證明，協調員通過拍賣程序選出，注冊的網絡節點會出價成為下一個協調員。目前，Hermez團隊已宣布他們正在開發零知識的以太坊虛擬機(ZKEMV)，旨在實現完全的操作碼兼容性。

ZKSync：生成簡潔的非交互式知識論證

ZKSync將自己的項目描述為一個擴展和隱私引擎，支持在以太坊中進行Ether和ERC-20代幣的低Gas傳輸。在ZKSync中，只有一個驗證者處理批次并生成有效性證明。現已推出ZKSync2.0，作為鏈下數據可用性解決方案，確認質押和數據可用性，同時保障監護人無法竊取資金。

開發者和用戶不同的使用需求，從而在吞吐量、時效性、成本等各方面展現各自的“高光屬性”。具體可以從以下幾個方面思考不同的開發場景需求，在這兩者間做出相應的選擇。

技術人員的開發門檻，節省了大量時間、精力、金錢成本。如果開發者想在短時間內上手Rollup解決方案，Optimism當是首選，數據表明Optimistim可以提供高達10-100倍的可擴展性改進。

相較而言，ZKRollup需要提供有效性證明并一一提交給主網，這一步驟帶來的技術開發難度遠高于Optimism。常有新手開發者嘗試使用ZKRollup時面臨錯誤百出的情況，反而降低了擴容效率和運行速度。

智能合約可執行性

Optimism的互操作性很強，也可以執行智能合約。這讓Optimism在L2上具備更多靈活操作的空間，以用戶共同參與的行為，讓Optimism的運作更具備“信任度”，從而贏得了更好的數據保護、確定的交易雙方權利等附加優勢。值得一提的是，如Fuel、OMGX、Cartesi等團隊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，讓Optimism的可適性更強，性能更出眾。

而ZKRollup目前大多限于簡單的交易，這給ZKRollup的擴展帶來了諸多局限。因此，目前ZK只能通過ZKSync開發的兼容EMV虛擬機，來支持任何用Solidity編寫的智能合約，開拓其應用空間。或者憑借Loopring、Hermez和ZKTube來擴展支付規模，引入隱私功能等。

提取資金的執行效率

作為保障用戶交易和提供確權證明的機制，交易后資金的提取速度也是開發者和用戶選擇的關鍵。而在這個角度上，ZKRollup反倒更有優勢。Optimistim的爭議解決過程繁瑣，必須給所有參與者足夠的時間來提交欺詐證明，然后再最終確定交易。這段時間相當長，畢竟在確保最壞的情況下，欺詐性交易仍有可能被申訴。從Optimistim中提取資金的時間長達一兩周。

相較之下，ZKRollup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。這無形中節約了用戶的時間成本，也促使更多交易流通加快實現，提升了交易環境的整體效率。

ETH主鏈上被"結算"，這在驗證本質上不同于Optimistim。像SNARK、STARK、PLONK和DARK，這些部署在ZKRollup上的證明策略都包括數據足跡、證明時間、驗證時間、串通風險等方面各自安全強度和風險證明。

可見，相比單純的欺詐性證明來說，ZK在安全隱私保護上設置了多重保障與驗證機制，確保交易驗證的嚴謹周到。還有如Aztec正專注于將隱私功能引入其ZKRollup技術，從而完善ZKRollup的隱私機制。

展望2023的Optimism和ZK

正如我們所看到的那樣，Optimism和ZK作為Rollup解決方案上“各有千秋”。新的一年，它們仍將在各自的道路上革新迭代，或許我們可以期待2023年Optimism和ZK這兩種擴容方案會應用到更多實際項目中去，持續為以太坊的發展賦能加碼。

目前來說，我們只能得出Layer2將在使以太坊更具可擴展性方面發揮重要作用的結論，但是何種Rollup解決方案更勝一籌？則不能有明確的說法。毫無疑問的是，Optmism與ZK會朝著成為Web3世界Rollup方向的“黑馬”推出更多優化舉措。

長期來看，或許隨著ZK相關技術的不斷發展，ZKRollup的局限性會被打破，迸發出強勁的應用潛力。我們也希望在未來的時光里，這兩種Rollup方案能夠實現優勢互補，將安全隱私、時效成本、開發門檻等因素的融合為更加優質的產品，打開一個新世界。正如我們所看到的那樣，Optimism和ZK作為Rollup解決方案上“各有千秋”。新的一年，它們仍將在各自的道路上革新迭代，或許我們可以期待2023年Optimism和ZK這兩種擴容方案會應用到更多實際項目中去，持續為以太坊的發展賦能加碼。

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