Web3新手系列：以太坊Rollups介紹

以太坊作爲目前最活躍的區塊鏈平台之一，它承載着大量的去中心化應用，從 DeFi（去中心化金融）到 NFT（非同質化代幣），生態系統非常繁榮。不過，鏈上的交易的繁榮也伴隨着一些固有的挑戰，例如經常由於網路擁堵導致交易的費用瘋狂漲、交易時間變長、失敗率增加，非常影響鏈上參與者的熱情。

爲了解決以上問題，同時不影響主鏈的分布式特性，社區主要採用 L2 擴容方案。L2 的核心原理是將計算和交易從主網（也就是 L1）放到第二層網路上執行，只將最終的交易結果提交到主網。這樣能夠讓交易本身更加高效、費用更低，同時依然能夠繼承主網的安全性。

比較知名的 L2 方案有 Rollups、側鏈等。

其中 Rollups 又細分爲 Optimistic Rollups 和 Zero-Knowledge Rollups（ZK-Rollups）。

OP-Rollups

先來看下 Optimistics Rollups，它將所有交易計算和狀態更新放在 L2 網路上進行（這能夠加快交易速度、減少交易費用），然後將交易的原始數據批量壓縮後發布到主網（這用於確保交易有效）。在提交時，L2 節點會默認認爲這些交易都是有效的，不包含惡意交易，這使用到了現實世界的法律：如果沒有人能證明你有罪，那你就應該被認爲是無罪的。這種模式去掉了大量無用的驗證，能夠極大的加快交易確認速度，提升交易效率。

在交易被節點提交後，驗證者如果發現某筆交易有問題，可以在七天內提交一個欺詐證明，此證明將交由 L1 上的智能合約驗證，由於提交者需要明確指出有問題的交易，驗證者只需要驗證指定的交易即可，所以能夠很快證明交易究竟是否有問題。如果真的包含了有問題的交易，那麼此交易所在的 Batch 以及其之後的所有 Batch 都不得不回滾，L2 鏈將會整體回滾到作惡交易執行前的狀態，作惡的節點會受到懲罰（沒收質押的保證金），而驗證者則會收到一些獎勵。

如果在七天內沒有收到任何節點提交的欺詐證明，那麼所有交易將被區塊鏈網路確認合法。

目前來看，“欺詐證明”是個相當實用的設計，它就像是神話故事中的達摩克利斯之劍，它的存在本身要比用它做出實際懲罰更有用。持劍人能夠對害蟲進行有效威懾的作用，要遠遠大於其本身的戰鬥力所帶來的作用。從現狀而言，幾乎從來沒有節點提交欺詐證明，更別說真的證明出節點作惡了。原因是多方面的，例如各個實現了 Op-Rollups 的項目本身就已經經過了充分的測試、嚴重的懲罰導致作惡成本很高，以及節點作惡帶來的經濟和信用損失要遠遠高於作惡而帶來的微不足道的收益。

實際上，相比起節點作惡，人們更常遇到的反而是網路波動、軟件 bug 導致的網路波動或中斷。而 Op-Rollups 的缺點則主要在於長達七天的挑戰期所帶來的資金流轉問題，以及中心化風險等。

ZK-Rollups

與天生樂天派的 Op-Rollups 相反，ZK-Rollups 在將數據提交到鏈上時，除了壓縮後的數據本身外，還需要附帶一個有效性證明。也就是說，ZK-Rollups 同樣將交易放在鏈下進行，同樣將交易打包提交到主網，但是在正式提交之前，需要先在鏈下計算出一個有效性證明。

ZK 的概念實際上在區塊鏈誕生之前就已經存在，但是現實世界的復雜性使得它的應用場景非常有限，在應用時需要限制在很小的範圍內，例如特定兩方的隱私問題，並且通常要有一個中心化的驗證者，這決定了它本身就需要基於一定程度的信任。而區塊鏈在應用 ZK 技術時的優勢就在於它能夠天然的將復雜性收斂到智能合約內，它實際上只需要驗證在區塊鏈上的數據和計算，智能合約做不到的事情它自然也無法驗證。所以相比前者，人們只要相信去中心化的智能合約即可，這種信任無需錨定任何中心化的組織或個人。

ZK-Rollups 相對與 Op-Rollups 的復雜性也在於此，它需要根據交易執行時的數據和交易執行所經過的實際邏輯，編譯成一條復雜的邏輯電路圖，然後根據這個電路圖，使用專用的證明器通過密碼學計算，生成出一個能夠被快速驗證的結果（這裏需要耗費一些時間）。由於數學運算依賴於算力強大的計算機，所以通常會有專用的編譯器和驗證器進行這些工作。

Layer 成本

那麼，還有個問題，L2 網路的存在目的之一是爲了降低用戶在 L1 上交互的成本，那麼它們本身的成本如何？

首先是 Op-Rollups，它的成本主要有兩處：一個是把壓縮後的交易數據提交到 L1 時需要支付的交易費用；另外還有 L2 節點的運營成本（包括它們的硬件以及利潤）。最終這些成本都將轉嫁給用戶。

好消息是目前以太坊的 EIP-4844 方案讓 L2 與主網交互時的費用大幅降低了。

除此之外，維護節點需要將大量的資金鎖倉，這部分資金無法用於其他目的，可能會讓投資者錯失機會並造成間接損失。

ZK-Rollups 的成本則主要來自於計算成本，生成零知識證明需要佔用大量的計算資源，並且需要部署專門的硬件。而且與 Op-Rollups 相同，它也需要承擔將數據提交到鏈上的交易費用。

並且，專業的硬件讓普通用戶望而卻步，這也會導致網路更加中心化。

總結

無論是 Optimistic Rollups 還是 ZK-Rollups，都是以太坊生態爲應對可擴展性挑戰而給出的關鍵答案。當前，兩大方案仍在演進中，隨着以太坊 EIP-4844 等升級落地，L2 的數據發布成本已大幅降低，這將進一步釋放兩種方案的潛力。