Optimistic Rollups VS ZK Rollups ：六个最令人兴奋的以太坊 Layer 2 扩展项目
在本文中，我们将集中讨论 rollups ，并将研究Layer 2 解决方案类别中一些最有前途的项目。
Rollups 有两种不同的风格
Rollups 是 Layer 2 解决方案中最有前途的类别之一。这些解决方案将交易计算转移到链下，但将交易数据存储在以太坊链上，这意味着rollups由Layer 1 保护。
所有这些都是通过智能合约完成的，其主要功能是捆绑或“rollups”交易数据，并将其移到链下进行处理。这些数据由通常称为定序器或验证器的网络参与者处理，然后他们将成批的高度压缩的交易数据提交回主链。这些批次包含验证交易是否有效所需的最少信息。
由于rollups 将计算转移到链下，但仍将（高度压缩）数据提交到以太坊主网，因此它们可以在可扩展性方面产生收益，而不会产生其他Layer 2 解决方案有时会出现的数据可用性问题。一些rollups也有链下数据可用性的选项（实际上没有数据被发布到以太坊上），这可以导致吞吐量的显著提高，但代价是安全性的降低。
验证方法是两种类型的rollups之间的关键区别——零知识 (ZK) rollups和optimistic rollups。ZK rollups 生成可用于证明交易有效性的加密证明。每批交易都有自己的“有效性证明”, 提交给主链。
相比之下，optimistic rollups 假设所有交易都是有效的，并在不进行任何计算的情况下提交批次，这可以显着提高可扩展性。然而，它们包括一个质疑期，在此期间，任何人都可以质疑一个批次中包含的数据的合法性。如果检测到欺诈性交易，rollups会执行一个所谓的欺诈证明，并使用 Layer 1 上可用的数据运行正确的交易计算。为了确保激励他们只处理合法交易数据，需要定序器抵押 ETH。如果他们勤奋地履行职责，他们就会获得质押奖励，但如果定序器向以太坊主链提交欺诈交易，他们的质押就会被削减。
Optimistic Rollups
Optimistic rollups的最大优势之一源于它们不执行默认的计算，这可以带来显着的可扩展性收益 - 估计表明 optimistic rollups 可以提供高达 10-100 倍的可扩展性改进。缺点是，需要有一个质疑期，意味着提款期明显长于 ZK rollups。
Optimistic rollups的另一大优势是它们能够执行智能合约，而 ZK rollups 大多限于简单的交易。
目前，optimistic 的 rollups 空间正在成为两个主要竞争对手——Optimism和Arbitrum的战场。这两个项目之间的竞争已经进入白热化阶段，两者都已经取得了一些早期的成功。这两种解决方案非常相似，主要区别在于它们生成欺诈证明的方式。它们与以太坊虚拟机 (EVM) 和以太坊工具的兼容性也存在差异。
Optimistic
作为第一个在区块链领域获得关注的optimistic rollups协议，Optimism 也应该是第一个启动主网的协议。然而，从其最初计划去年3月推出的延迟，使得Arbitrum击败了它的市场。尽管如此，该项目仍继续吸引着浓厚的兴趣，甚至从投资公司 Andreessen Horowitz获得了 2500 万美元的资金。
在一个典型的rollups方式中，Optimism 使用智能合约将交易数据从以太坊主链转到Layer 2网络，其中定序器可以将多个交易捆绑成一个批次，然后通过单个交易将该批次提交回主。定序器在所有交易都有效的假设下，乐观地执行这些职责。该系统有一周的时间，在此期间可以质疑该假设。如果发现任何差异，rollups会生成欺诈证明。为了生成这样的证明，整个Layer 2交易都在 Layer 1上执行。这种方法的优点是可以非常快速地生成证明。
Optimism 试图尽可能接近以太坊生态系统。它的 L2 节点使用修改过的GETH，并且有一个Solidity编译器。然而，除了Solidity之外，它不支持任何EMV语言。
目前该协议没有原生代币，使用 ETH 进行支付。
Arbitrum
Arbitrum项目被设定为Optimism的主要挑战者，但在后者的启动延迟后，它在optimistic rollups 竞赛中取得了早期领先。Arbitrum 于 去年 5 月 28 日在以太坊主网上启动。
如上所述，Arbitrum 与 Optimism 非常相似，两个项目之间的主要区别在于它们生成欺诈证明的方式。与Optimism不同的是，Optimism执行的是整个 L2 交易，而Arbitrum采取的是多轮方法，它执行 L2 交易的小块，直到发现差异。这种方法的好处是能够实现更高的交易容量。缺点是，以这种方式生成欺诈证明通常需要一周时间，在某些情况下可能需要两周时间，比 Optimism 使用的方法要长得多。
在兼容性方面，Arbitrum 支持所有 EMV 语言，包括 YUL、Vyper 和 Solidity 等。但是，它使用自定义 L2 节点。与 Optimism 一样，Arbitrum 使用 ETH 进行支付。
ZK Rollups
Optimistic rollups 假设每个人都出于善意行事，而 zk rollups则试图确保情况确实如此。Rollups 将交易包移动到Layer 2，并为每个包生成有效性证明。然后，有效性证明被提交给 Layer 1 ，作为其相应交易包的代理。这种方法导致了数据大小的显著减少，反过来又降低了验证区块的时间和gas成本。您可以通过使用一些巧妙的技巧来实现进一步的优化。例如，帐户可以表示为索引，而不是地址，这大大减少了交易规模。
ZK Rollups 的一个缺点是生成有效性证明是一个复杂且耗时的过程。另一个缺点是前面提到的无法执行智能合约，尽管也有一些例外，我们将在下面看到。
另一方面，zk rollups 不需要质疑期，因为有效性证明已经验证了交易数据的合法性。这就是 zk rollups 允许非常快的提款时间的原因。因此，虽然 zk rollups 通常不适合通用应用程序，但它们对于交易所和其他需要简单支付的应用程序来说非常有用。
目前有许多有前途的项目正在填充以太坊生态系统的 ZK rollup 角落。以下是一些最有希望的项目：
Hermez
我们从 Hermez 开始，因为早些时候成为头条新闻的一项重大发展。根据 2021年 8 月13 日的公告， Hermez 已与 Polygon 合并，这是一项价值 2.5 亿美元的具有里程碑意义的交易。这次合并意味着 Polygon，可以说是最流行的以太坊扩展项目（虽然技术上不是Layer 2，因为它是一个侧链）现在正在获得 ZK rollups功能。
那么Hermez到底是什么？它是一个zk rollups，可以生成称为 SNARK（简洁的非交互式知识论证）的密码证明。它由流行的 Circom 和 SnarkJS 库背后的团队 Iden3 开发。根据 Iden3 的说法，Hermez 可以将以太坊扩展到每秒 2,000 笔交易。
Hermez 网络依靠协调员来处理 Hermez rollups的批次并为这些批次生成有效性证明。协调员是通过拍卖程序选出来的，注册的网络节点会出价成为下一个协调员。中标者可以在一个持续 40 个以太坊区块或大约 10 分钟的“时段”内处理尽可能多的批次。
目前，投标以 Hermez 的专有代币 HEZ 支付。然而，这种情况即将改变，因为在Polygon的交易之后，HEZ将不复存在，将由Polygon的代币Matic取代。根据Hermez 发布的一份智能合约显示，允许 HEZ 持有者以每个 HEZ 3.5 Matic 的价格将其 HEZ 换成 Matic 代币。
去年Hermez 推出了原子交易功能，可以在网络上进行廉价的代币交换。同时，Hermez 团队宣布他们正在开发一个零知识的以太坊虚拟机 (ZKEMV)，旨在实现完全的操作码兼容性。这意味着 Hermez，或者更准确地说，Polygon Hermez，将能够支持智能合约。
ZKSync
接下来，我们有另一个基于 SNARK 的rollups。ZKSync背后的团队Matter Labs ，将他们的项目描述为一个扩展和隐私引擎，支持在以太坊网络中进行 Ether 和 ERC-20 代币的低gas传输。ZKSync 的座右铭——“依靠数学，而不是验证者”——似乎被恰当地选择了，因为目前只有一个验证者处理批次并生成有效性证明。
ZKSync 还支持代币交换和 NFT（不可替代代币）铸造。去年，该平台在 alfa 中推出了 ZKEVM，允许其执行智能合约。ZkSync 支持以太坊中的大多数操作代码。
ZKSync 2.0 愿景的很大一部分是被称为 ZK Porter 的链下数据可用性解决方案。该解决方案旨在补充 ZKSync 2.0 的rollups组件，这意味着rollups合约和账户将能够与 ZKPorter 账户交互，反之亦然。ZKPorter 中的链下数据可用性将由所谓的监护人保护，他们质押 ZKSync 代币，并签署区块，以确认 ZKPorter 帐户中的数据可用性。由于他们的质押，监护人有动力确保没有数据可用性故障。更重要的是，Matter Labs 声称， ZKSync的股权证明比侧链等替代性扩展解决方案中的PoS明显更安全，因为监护人无法窃取资金。
Loopring
Hermez 正在努力支持——ZKSync 已经支持——智能合约，而下一个 ZK rollup 解决方案Loopring仅专注于去中心化交易所 (DEX) 和支付应用程序。通过Loopring，任何人都可以成为自己的订单簿 DEX 或自动做市商 (AMM) 的运营商，并利用其 ZK rollup 技术，以低 gas 成本实现高吞吐量——Loopring 声称其 ZK rollup 可以达到每秒 2,025 个，而每笔交易的成本比以太坊上的相同指标低 100。交易所运营商需要在协议的本地 LRC 代币中发布大量债券（股权）。
Loopring的名称源于该协议最有趣的功能之一——订单环。订单环是一个循环交易系统，最多包含 16 个单独的订单。因此，因此，虽然一个买入订单通常必须与一个相反的卖出订单相匹配，反之亦然，但订单环中的订单不需要直接匹配即可执行。该系统可以带来更好的流动性、价格发现和其他好处。
StarkEX
可以说 StarkEx（由StarkWare开发的Layer 2扩展和支付协议）最有趣的方面是它使用 STARK（简洁透明的知识论证）。与 SNARK 不同，SNARK 需要一个可信的设置（或多方仪式）来生成预生成的密钥，然后用于创建和验证证明，STARK 使用一种无需此类设置的方法。这种方法是由 StarkWare 开创的，它仍然是基于 STARK 技术的驱动力。实现这一点的关键创新是图灵完备的编程语言 Cairo。Cairo 由 StarkWare 团队开发，可以生成 STARK 证明以进行一般计算。StarkEx 协议是在开罗编写的。
这两种 ZKP 类型之间的另一个区别是，虽然 SNARK 是基于椭圆曲线密码学的，但 STARK 依赖于哈希函数，这提供了一定的好处，其中包括量子抗性。
缺点是，STARK 的证明规模要大得多，因此验证成本要高得多。
尽管如此，StarkEX 协议已经被用于支持一些有趣的项目，包括 DeversiFi DEX 和 NFT 铸币交易平台 Immutable X。
总 结
Layer 2将在使以太坊更具可扩展性方面发挥重要作用，并将很好地补充更大努力（以太坊 2.0 ）来解决 Layer 1 的可扩展性问题。区块链行业的许多人甚至一些知名的局外人都持有同样的观点。
"虽然没有什么争议，为了继续支持网络的快速增长，扩展以太坊是必要的，但这个问题有时被框定为以太坊2.0、Layer 2 服务和 "以太坊杀手 " Layer 1 之间的竞争，" Andreessen Horowitz在宣布他们对Optimism的2500万美元A轮投资时说。“互联网历史的一个教训是，当你为开发人员提供一个强大的新计算平台时，他们会以如此快的速度创建应用程序，以至于需求始终超过供应。我们相信以太坊也是如此，因此扩展的答案是“以上所有”，包括以太坊 2.0、桥接的 Layer 1 和Layer 2 解决方案。
当说到Layer 2解决方案时，rollup与其中最好的方案并驾齐驱，甚至在某些方面可能比其他方案更好一些。以太坊的创建者 Vitalik Buterin 非常喜欢rollups，并将其视为 PoS 和分片（以太坊 2.0 项目的两个主要组成部分）的天然契合，这并非巧合。
如果您想了解有关这项令人兴奋的技术的更多信息，Vitalik 的“An Incomplete Guide to Rollups”是一个很好的开始。您还可以查看 LimeChain 联合创始人兼区块链架构师 George Spasov对一些最著名的rollups项目的看法，以及为什么他认为 Polygon-Hermez 交易会改变行业的游戏规则。
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