科普 | 以太坊擴容之Layer-2 Rollup擴容解決方案的探討_ROL:以太坊

在2020年5月，以太坊網絡上出現了所謂的“黑色星期四”：以太坊變得過于擁擠，以至于MakerDAO無法按照預期進行工作。在這種情況下，不同參與者可以去競標“抵押品不足的資產”，這意味著允許一個參與者以0美元的價格競標價值450萬美元的ETH。MakerDAO的崩潰向我們展示了可擴展性不足的后果。

正如“黑色星期四”所證明的那樣，如今這種因以太坊擁堵而造成的安全威脅已成為一個十分嚴重的問題，許多項目通過創建鏈外Layer2的解決方案來解決可擴展性問題，這些解決方案本質上都是將區塊鏈作為信任的錨點。

Layer2擴容技術將事務遷移到鏈外。如果構建可行，那么Layer2擴容解決方案可以利用區塊鏈的許多好處，而不會產生相同的成本，并且需要進行更少的權衡和假設。

過去幾年中，有關以太坊的兩個主要擴容建議是側鏈和狀態通道。而近期Rollup的解決方案引起了公眾的密切關注，基于Rollup的Layer2項目也獲得了很大進展。上一期德鄰研究院為大家介紹了以太坊Layer2擴容解決方案，本期的主題是在了解Layer2的基礎上一起聊一下現在以太坊社區內大火的Rollup擴容解決方案。

徐明星新書《趣說金融史》正式發布 科普金融發展之道:金色財經現場報道，9月23日，歐科云鏈創始人徐明星攜手著名財經作家李霽月、行業觀察者顧澤輝力作《趣說金融史》一書，跨越5000年金融歷史，重讀金錢故事，并預測新的金融時代。該書由中信出版社出版，將于近期正式發售。據了解，本書可以更好地呈現金融的起源與發展，幫助人們理解貨幣、金融與未來經濟。作為區塊鏈行業領軍企業——歐科云鏈的創始人，徐明星深知技術探索對經濟社會的重要推動作用，他曾先后出版過《圖說區塊鏈》、《區塊鏈：重塑經濟與世界》、《通證經濟》、《鏈與未來》等行業權威著作，解讀區塊鏈等新型技術的推動下，金融與社會的升級之道，對經濟社會發展做出了重大貢獻。其中，《區塊鏈：重塑經濟與世界》曾作為新中國70周年重點推薦圖書之一被相關書店推薦。[2021/9/23 17:00:57]

首先，什么是Rollup？

Rollup是類似于Plasma的Layer2擴容解決方案，它借鑒了Plasma的許多概念。Rollup在某種意義上類似于Plasma，通過將交易從鏈下遷移至由主網保護的Layer2側鏈來擴容以太坊。這兩種擴容方案都將智能合約部署到主網上，其中包含了存放在側鏈中的所有資金和側鏈當前狀態的證明。側鏈用戶和運營商對側鏈進行維護，并確保將有效的狀態轉換提交給主網合約。

聲音 | 浪潮集團云南分公司總經理：云南區塊鏈產業發展需從“科普”到“專精”不斷深化:據昆明日報消息，浪潮集團云南分公司總經理鄭昕表示，云南區塊鏈產業發展需從“科普”到“專精”不斷深化。下一步，浪潮將繼續加大云南農業產業高質量發展體系建設力度，重點以普洱茶等云南優勢產業為切入點，打造云南“綠色、有機農產品高地”的品牌形象，并在此基礎上，開展基于區塊鏈的供應鏈金融服務，解決中小企業貸款難、貸款貴問題。[2019/11/11]

Rollup的概念可以追溯到2014年，被以太坊聯合創始人VitalikButerin稱為“ShadowChain”，即影子鏈。Plasma和狀態通道等解決方案的失敗導致開發人員重新審視了Buterin的ShadowChain。雖然Plasma和狀態通道每秒可以擴展數百萬個事務，但它們不能兼容那些DeFi相關的應用程序中的智能合約。

Rollup建立在“ShadowChain”構想的基礎上，通過在鏈外執行狀態并且僅使用以太坊區塊鏈來實現數據可用性。Rollup的區塊發布或狀態更新僅通過txCALLDATA將一些數據發布到每個事務的主鏈上，從而提高了吞吐量并克服了側鏈的數據扣留攻擊問題。

聲音 | CNBC主持人：加密貨幣最大的缺點之一就是難以向外行快速科普:CNBC主持人Ran NeuNer近期發推稱，加密貨幣最大的缺點之一就是很難向外行快速解釋。當人們要求我向他們解釋比特幣時，我知道他們至少需要一個小時才能真正理解。[2019/9/10]

Rollup有兩種類型：OptimisticRollup和ZKRollup。它們在確保側鏈區塊有效性方面采取的方法有所不同。對于OptimisticRollup，有效性由欺詐證明和同步假設來確保，而對于ZKRollup，有效性則由零知識證明來確保。

什么是OptimisticRollup？

OptimisticRollup的設想首先由JohnAdler在2019年7月的以太坊基金會研究論壇上提出，并且OptimisticRollup更接近影子鏈的原始設想提綱。致力于OptimisticRollup的團隊包括Optimism，FuelLabs，Arbitrum等。

聲音 | ETC Labs主管：科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰:ETCLabs主管Darin Kotalik認為，科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰，人們必須要對區塊鏈有基本的認識，分清楚公鏈和私鏈的區別。[2019/8/25]

在OptimisticRollup中，有兩個主要參與者：Aggregators和Validators。它可以提供近乎即時的交易和智能合約，并且不需要Gas費。在使用現有ECDSA簽名的情況下，由OptimisticRollup啟用的事務處理速度約為100tps。如果將簽名方法更改為BLS，則事務處理速度可以增加到500tps。

OptimisticRollup是指其對以太坊Optimistic虛擬機的使用，從技術上講，它是以太坊虛擬機的集成化，它基于Layer2的數據對Layer1的狀態進行了“樂觀”的狀態預測。我們可以這樣理解：在OptimisticRollupLayer2鏈上，用戶有一臺用于處理交易和智能合約的機器，所有日常操作都在該Layer2機器中進行；在以太坊Layer1鏈上，用戶擁有一臺相同的OVM機器，但除非緊急情況發生，否則不會使用它。如果某人認為某一個Layer2OVM的操作是具有欺詐性的，那么他可以在Layer1運行的OVM計算機上重新運行該操作來證明該操作的真實性。要成為OptimisticRollupLayer2節點，用戶須在Layer1智能合約中鎖定一些資金，如果該用戶表現不佳，并且有其他用戶最終證明了該用戶的操作具有欺詐性，則該用戶的保證金將被削減，而用戶將獲得與所削減數量等額的保證金作為獎勵。

中科院自動化研究所將面向大中小學生開展區塊鏈等主題的科普講座:5月21日，新華網訊，今年，中國科學院自動化研究所將舉辦第十四屆“自動化之光”公眾科學開放日活動。屆時，自動化所將面向大中小學生分別開展《腦與智能》、《區塊鏈技術與平行智能》、《大數據時代的視覺智能》、《動畫真奇妙》等4個主題報告，用實例和生動的演示深入淺出地為大家揭示智能技術的原理和奧妙。[2018/5/21]

OptimisticRollup可以支持簡單的支付和復雜的智能合約，現有代碼庫的大部分內容都可以輕松移植到OptimisticRollup中，因此OptimisticRollup被視為直接解決方案。另一方面，將智能合約從以太坊的主鏈無縫遷移到ZKRollup是一件相對來說難度更大的事。

什么是ZKRollup？

簡而言之，ZKRollup是一種Layer2擴容解決方案，其中所有資金都由主鏈上的智能合約持有，而它執行鏈下的計算和存儲，其側鏈的有效性通過零知識證明來確保。

ZKRollup最初由BarryWhitehat于2018年提出，其安全保障與底層Layer1相同，可以在一分鐘內生產區塊并將吞吐量提高至2,000tps。ZKRollup實現的項目包括MatterLabs和Starkware。

ZKRollup無需等待兩周的時間來完成影子鏈中的一個區塊的最終確定，而是用零知識證明代替了欺詐挑戰。賬戶和余額由單獨的Merkle樹表示。這些默克爾樹的根確保了沒有人可以偽造數據。每個Merkle樹的根都存儲在以太坊上的智能合約中，該合約只提供側鏈狀態的“簡單表示”，所有其他數據都是在鏈外存儲的。

ZKRollup就像你在與建立區塊和狀態更新的某個人進行交談。狀態的變化是經過哈希處理的，這是SNARK的輸入過程，該輸入中包括Rollup塊中每個事務的有效性證明。交易被匯總在一起，僅有頭部被簽名并提交給主鏈。因此，減少了以太坊鏈上存儲的數據量。所有簽名都被稱為ZK-SNARK的零知識證明所取代，這可以使所匯總的交易記錄得到壓縮。

由于每個簽名的驗證都被單個SNARK取代，因此計算也得到了改善。僅有一小部分信息添加到主鏈中，他們僅占通過CALLDATA在鏈上發布的交易數據的一小部分。提交區塊或狀態更新后，用戶可以檢驗零知識證明的有效性。若其中發起挑戰的交易告訴智能合約某些數據不正確，那么該區塊最終無效。

這些挑戰在ZKRollup中被ZK-SNARK所取代，在該中繼器中無效或不正確的狀態是不可能被提交的。SNARK證明這一系列交易是由擁有者正確簽署的，并且從舊的Merkle根到新的Merkle根，賬戶余額的更新是正確的。因此，中繼器不可能提交無效的或被操縱的狀態。

ZKRollup將ZKSNARK證明提交到主網Rollup合約中。然后主網智能合約將驗證并接受任何有效的證明。這個過程幾乎立即發生并且規模巨大。相較而言，OptimisticRollup總會犧牲一些可擴展性以適應Layer2上的智能合約，同樣它的過程會稍有延遲，以便于用戶有時間向BondAggregator的無效塊發起挑戰。

因此，從長遠來看，也有人認為ZKRollup是更有希望的解決方案。盡管現在這種擴容技術確實可以對OptimisticRollup進行補充以實現簡單的付款，但是已經有一些Dapp使用該技術，并且在實現智能合約支持方面取得了進展。

Rollup對于以太坊具有很大的潛力，但仍有許多挑戰需要克服。Rollup的挑戰在于DeFi服務器的可組合性。如果不同的Rollup鏈上有不同的Dapp，則不同Rollup鏈之間的信息互通將比以太坊主鏈上的信息互通更加困難。為了保持可組合性，DeFi服務器將必須在特定的Rollup鏈上進行協調并創造臨界質量。盡管在以太坊應用程序中出現了采用Rollup的良好跡象，但區塊鏈網絡“無需許可”的性質意味著并非每個用戶或服務器都將采用這些Layer2解決方案。

Tags：ROLROLLLAYER以太坊The Troller CoinTROLLER幣Dragon Slayer比特幣以太坊

AVAX