ROLL:Rollup 生态速览：Optimistic Rollup 和 zk Rollup 之外还有哪些新型设计？

撰文：AlexBeckett

编译：Amber

自2019年初概念诞生以来，Rollup已经取得了长足的进步。现如今市场上出现了两个主要的竞争者，并基于此衍生出了一众颇具想象力的设计理论以及混合演变。本文将盘点截止2022年中Rollup生态的发展现状。

OptimisticRollup

由于通用的OptimisticRollup占据了先发优势，因此争取到了大多数的Rollup应用，其中的Arbitrum和Optimism也堪称「Rollup标杆」。

按TVL排序，目前Rollup应用中Arbitrum排名第一，锁仓金额达到了24亿美元。尽管已经在主网上运行了一年之久，但系统上仍有许多尚待测试的环节。目前开发Arbitrum的主体OffchainLabs运营着一个唯一的中央排序器，虽然交互式欺诈证明是灵活的，但中央排序器是唯一可以提交争议以产生欺诈证明的白名单实体。从用户的角度来看，尽管整个系统逐步去中心化的趋势是可预期的，但他们仍然需要给予系统大量的信任。

协议的新一代升级Nitro已经在Devnet上线，Nitro将彻底改变现有的架构，用WASM-Geth组合取代定制的Arbitrum虚拟机。Arbitrum的交互式欺诈证明将在WASM上运行，节点将有一个与Geth相当的代码库，再加上一些特定的Rollup优化。总而言之，Nitro将带来重大的优化，在提高性能的同时提供更好的EVM兼容性。

Optimism是第二大OptimisticRollup，在所有Rollup中按TVL排名第三，坐拥4.69亿美元锁仓资金。OptimismPBC运行的情况与Arbitrum类似，都是单一的中心化排序器。然而，OptimismPBC已经找到了一种方法，通过使用排序器的利润来为网络提供回报，以此激励生态发展。第一轮共有100万美元的资金捐赠给了58个公共产品。虽然中心化的设计在区块链这个「去中心化本源」的世界中很难产生积极影响，但是Optimism做出的尝试看似已经最大程度上缓解了这一问题。

跨链互操作协议Celer已支持 Rollup_Finance:5月11日消息，跨链互操作协议 Celer Network 宣布其用于资产桥接的 cBridge 已集成 Rollup_Finance，用户现在可以获得快速、简单、低成本的桥接，将资产从其他链路转移到 zksync。[2023/5/11 14:56:32]

目前Optimism的设计中缺乏欺诈证明，尽管逐步去中心化和必要的安全升级是可以预期的。然而，几乎所有的Rollup都有即时或延迟的可升级性，所以Rollup的安全性最终取决于多签设计的升级。即将到来的Bedrock升级将把Optimism的架构转变为与Arbitrium类似的架构。目前的Optimism虚拟机将被替换为MIPS-Geth组合，其中节点等效于普通的以太坊Geth节点。新增功能还包含交互式欺诈证明，这是对其原有非交互式欺诈证明的升级。Bedrock将是Optimism的又一个里程碑，将为系统增添很多功能和改进。

此外，Optimism还实现了一个飞跃，即进行了非精英治理的实验。决策被分成两部分，分别是代币治理和用户治理。其中代币治理即以代币为投票凭证，而用户治理则是一人一票制。在这样一个系统中，最困难的点在于投票身份分配，需要最大限度地减少虚假攻击。如果一个用户可以获得一个以上的投票人身份，他就可以对「政府」造成比普通用户更多的影响。乐观派指出，他们将使用不可转让的NFT来代表公民身份，但是个人交换私钥以获得更多投票权的威胁仍然存在。

Fuel是OptimismRollup领域的另一个值得关注的竞争者，它采取了与Arbitrum和Optimism截然不同的方法。FuelLabs正在为FuelV2建立一个定制的虚拟机，使用基于Rust的编程语言。虽然与EVM兼容的Rollup对于Ethereum开发生态系统的Rollup特别有用，但定制的VM更容易实现性能最大化，因为它们不必遵守许多既定的标准。

V神：ZK Rollup可能是以太坊顶级Layer2扩展武器:8月8日消息，以太坊创始人Vitalik Buterin在2022韩国区块链周KBW 2022峰会中就以太坊的各类问题进行发言，他表示，由于Layer2 Rollup，以太坊网络的交易成本将很快降至1美分，在将来所有效率改进后交易成本可能降至0.05美元，甚至可能低至0.02美元，随着成本的下降，区块链实际上可以启用和解锁全新的场景用例，这将完全改变游戏规则。另外，下一个十年对区块链技术至关重要，区块链应用需要证明它们的实用性， 所以ZK Rollup很可能是以太坊的顶级Layer2扩展武器。Vitalik还表示，量子计算将是未来的重要考虑因素，以太坊需要升级以保护自己免受未来的量子计算攻击，并考虑转向“新形式的密码学”，以抵抗潜在的攻击，但可能需要几十年的时间。[2022/8/8 12:10:08]

笔者最喜欢FuelV2的部分是并行交易处理能力，一旦数据量达到了相当的量级后，实施并行处理的Rollup将比那些没有实施并行处理的Rollup更有优势。值得注意的是，FuelV1主网以太坊上的第一个OptimisticRollup，并且仍然是唯一一个拥有无权限排序器和欺诈证明的Rollup。

对于Fuel来说，OptimisticRollup是远远优于zk-Rollups的。一是OptimisticRollup具备完全的、不受限制的可组合性：zk-Rollups在通过zkcircuits组合智能合约方面存在先天劣势。唯一具有普遍可组合性的zk-Rollup是StarkNet，不过其目前有许可的智能合约部署和桥梁可以支持的TVL数量的上限。所有其他zk-Rollups都是特定的应用，或者只做代币转移。

Vitalik 提出基于 Truebit 搭建 EVM Optimistic Rollup 的方案:5月2日，以太坊创始人 Vitalik Buterin 在以太坊研究论坛中提出，可基于交互式验证协议 Truebit 搭建以太坊二层扩容方案 Optimistic Rollup 以解决重复验证问题，并给出了基本方案。

Truebit 可以使智能合约以标准的程序语言安全地执行复杂的计算从而降低 gas 费用，该协议已于 4 月 21 日上线以太坊主网。[2021/5/2 21:17:41]

另一点是因为EVM兼容性：zkcircuits与EVM中标准的某些类型的密码学有固有的兼容性问题，这使得zkEVM成为一项极具挑战性的任务。OptimisticRollups已经在主网上运行了一段时间的EVM兼容性，升级后有望进一步实现等效性。

zk-Rollup

过去一段时间以来，以太坊社区已经达成共识，即zk-Rollups是可扩展的Rollups的最终状态。因此，与OptimisticRollup相比，似乎有更多的zk-Rollup在积极开发中，其中许多计划在未来两年内推出。

StarkNet是目前主网上唯一一个通用的、可组合的zk-Rollup。然而，该系统仍处于早期的阿尔法阶段，有多种限制。StarkNet和Ethereum之间的桥存在限制，上限未来会逐渐增加。StarkNet上的智能合约部署也是白名单模式。我认为这主要是为了减少智能合约错误发生的风险，因为很可能没有足够的审计人员来审计开发者想要部署的所有合约——StarkWare暂时承担这个角色是合理的。可审计性是新的自定义语言的普遍缺点之一，而zk系统的复杂性只会使其更加复杂。

金色相对论 | Jay：Rollup + 以太坊2.0 分片可以把ETH TPS 达到10万笔/秒:11月27日消息，在今日举行的金色相对论中，针对“从以太坊的发展过程来看，选择pow作为1.0阶段有一定的历史因素，但随着现在的技术发展，例如rollup以及layer2解决方案的增加，您认为以太坊还需要以太坊2.0吗？”的问题，Loopring COO Jay表示，首先L2 方案还在很早期，zkRollup, OVM, Plasma, State channel 都是并行存在着的。目前看来Rollup 技术比较收社区推崇也是最主流的方案。但Rollup 里面也分zk 和optimism 2 大方向。未来到底是一个Rollup 独大还是多个平行进行都还很难说。特别是在各个rollup之前还不能打通的情况下。所以在不能说服社区都用一个rollup方案或同意的情况下，2.0 需要不断的进行下去。另外Rollup + 2.0 分片可以ETH TPS 达到10万笔/秒。完全是一个互补的方案，而不是排斥的。只有到达这个量级才是目前生活中可以取代中心化系统的量级，所以我们更应该不断推动。[2020/11/27 22:20:23]

zkSync是另一个主要的「zk-Rollup」竞争者，最近的测试网上线标志着zkEVM在实时测试网中的第一个实例的推出。然而，随着zkPorter的加入，zkSync2.0不再仅仅是一个升级版。它将使用户能够在zkPorter和Ethereum之间选择发布其交易数据。虽然以太坊正在通过danksharding升级数据吞吐量，但volition是一个伟大的中间地带，为用户提供了更好的选择。

虽然大多数zk-Rollups都优先考虑可扩展性，但隐私是zk-Rollups可以实现的另一个重要方面。Aztec目前正通过他们的隐私代币转移zk-Rollup在隐私领域处于领先地位，他们也是笔者所知的唯一以隐私为重点的以太坊Rollup。Aztec预计将很快推出其下一个迭代，Aztecconnect，它使用户能够隐私访问EthereumDeFi。这与使用Tornado.cash之类的应用相比是一个很大的进步，因为Tornado.cash的隐私只能通过混币来实现，而不能直接「隐藏」交易。

V神：phase1后以太坊已有扩展性，rollup就是一种计算分片:对于此前“以太坊2.0或将暂且搁置阶段二”一事，V神回应称，因为我们有rollup，phase1（数据分片）后以太坊已经有扩展性，可以处理每秒10万交易，所以加内置的计算分配没有什么用。最好的理解是，rollup就是一种计算分片。Phase 1也并不需要等很长时间，我们已经有个开发者在做测试客户端。

对于问题“如果走这样的技术路线，是否意味着phase1即可实现质押金的取回？现在已经质押的ETH，是否可以提早取出？做验证人的锁仓期不需要2年了？”V神回复称，按照最新的路线图，合并以太坊1.0和2.0甚至不需要分片，所以如果分片居然需要很长的时间这个不会影响合并的时间，合并（和取款）可能会分片之前发生。分片和合并是并行研发的。[2020/11/16 20:58:19]

zk-Rollups已经非常复杂了，再加上隐私问题就更复杂了。zk-Rollups有可能永远不会达到隐私可组合智能合约的状态。正因为如此，隐私可能会通过特定的应用链出现，无论是通过zk-Rollups还是zk-Rollup之上的Validiums。

其他各种各样的zk-Rollups也已经在逐渐显露头角，包括Scroll和Polygon的各种项目。zk-Rollups之间的一个很大的区别是使用自定义虚拟机或zkEVM执行环境的区别。它的优点和缺点与OptimisticRollup类似。然而，zk-Rollups在实现zkEVM方面有更多内在的复杂性。正因为如此，有一个非常有力的案例可以证明采用自定义虚拟机和语言的路线，如StarkNet和Cairo。

SovereignRollup

Rollup类别中的最后两个目前还仅仅存在于理论之中。SovereignRollup与常见的Rollup的区别在于它有一个分叉选择规则，允许它独立于其基础层进行分叉。相反，一个普通的Rollup会将其分叉选择权委托给它的结算层，因为它需要确保Rollup的正确性。

SovereignRollup在像Celestia这样的DA层上最为突出，在那里，Rollup交易的正确性不由DA层来保证。正因为如此，像Celestia这样的Rollup交易是默认的Sovereign交易，因为他们必须通过欺诈/有效性证明和分叉选择来确保自己的交易正确性。这不应该被误认为是共识，Celestia提供的共识是关于交易排序的协议。

对于乐观的SovereignRollup，交易被认为是正确的，所以Rollup节点只需要从Celestia下载块数据。zk-SovereignRollup通过有效性证明来确保正确性，这些证明将通过p2p网络在Rollup节点之间分发。

SovereignRollup的重要性正体现在他们的分叉能力上，这使得Rollup能够真正独立于其基础层。

结算Rollup

结算层是一种专门为结算而建立的SovereignRollup体。重要的是，结算层是任何与Rollup具备双向信任最小化桥梁的区块链。该桥梁使代币可以在Rollup层和结算层之间双向转移。信任最小化是桥梁的一个属性，其中通信只依赖于通过验证数据可用性和欺诈/有效性证明的诚实少数人假设。

和任何结算层一样，结算Rollup的目的是为「Rollup」提供一个环境，以验证证明、解决争端和桥接代币。虽然，从技术上讲，在结算之上的「Rollup」是混合型的，因为它们通过结算Rollup所处的数据可用性层使用链外DA，这使它们成为一个验证层或一个乐观的验证层。

混合型

Validium

Validium是一种混合型的zk-Rollup，交易数据在链外发布，这意味着除了用于验证有效性证明的结算层之外，还依赖外部环境。StarkEx是唯一已经上线的验证体的实例。StarkEx是一个特定应用的验证器，目前支持三个应用：ImmutableX、Sorare和DeversiFi。StarkEx还支持zk-Rollup模式，该模式被当下TVL第二大的Rollup应用DyDx使用。

StarkEx使用了一个数据可用性委员会，该委员会由一组受信任的各方组成，为StarkEx的验证体提供数据可用性。虽然将数据可用性委托给一个许可委员会降低了安全性，但它使StarkEx的验证人能够提供比zk-Rollups更便宜的交易。成本降低是可能的，因为向以太坊发布数据是很昂贵的，而这也是造成Rollup交易费用的主要可变成本。

附带DAC的Validium的一些安全问题可以通过使用外部数据可用性层来减少。安全性的主要增加来自于区块链提供的加密经济安全，节点可以因为不诚实的活动而被监禁和砍掉。这种实施的有效性是对「Rollup」的成本-安全权衡的一个有趣实验。

?图片来源：Celestia

OptimisticValidium

与Validium一样，OptimisticValidium也是一种混合的OptimisticRollup，其中交易数据被发布到链外。对于这种特定的混合体应该被称为什么，还没有达成普遍共识。

Metis是目前唯一的OptimisticValidium实例。需要注意的是，OptimisticValidium的安全度相比其对应的Validium更弱一些，因为数据的可用性是生成欺诈证明和成功解决争端所必需的。如果发生了纠纷，而有关状态转换的数据不可用，那么欺诈证明就不能证明欺诈。正因为如此，如果链外数据可用性提供者未能提供数据，资金就会从OptimisticValidium中被盗。

Volition

通过zk-Rollup和Validium的结合，还有一种混合型Rollup，即Volition。Volition让用户可以选择链上或链下的数据可用性。这种选择是在个人交易层面上做出的，链外数据代表更便宜的费用和更低的安全性，而链上数据则导致更高的费用和更高的安全性。这给了用户由个别系统提供的选择自由，而不是明确地寻找适合用户的成本-安全偏好的链路。

目前，zkSync2.0是唯一公开宣布的开发中的Volition。在zkSync2.0中，链上数据由以太坊提供，而链下数据则由他们自己的专用PoS链提供，称为zkPorter。不过由于目前缺乏细节信息的披露，因此只能猜测未来StarkWare将为StarkEx或StarkNet提供一个用户自定义的选项。

Adamantium

Adamantium是一种每个人都要亲自向网络提供自己数据的Validium。个人的交易数据由个人存储，并且他们必须保持在线以证明每个区块的数据可用性。如果用户不在线，或者未能证明，那么他们的资金就会自动撤回到链上的结算层。虽然StarkWare提出了Adamantium的设计，但目前还没有任何团队在这方面取得了更多进展。而未来这种假设如若能够顺利落地，那么对于那些希望对自己的安全进行更多个人控制的用户或实体来说，可能会非常有吸引力。

EnshrinedRollup

EnshrinedRollup是一个由现有区块链一部分组成的Rollup。简单地说，它是一个执行分片。在以太坊2.0提案和其他类似的分片区块链中看到的EnshrinedRollup和执行分片之间的区别是，执行分片被提议为单片。全局验证器组将被分割成委员会，并分配给一个特定的分片，作为验证器组。执行分片将作为一个独立的区块链，有自己的执行、共识和数据可用性，但它将检查点返回到「信标链」，类似于侧链检查点回到他们选择的链。理论上，一个以太坊的Rollup将只做执行，并使用信标链来验证数据可用性和欺诈/有效性证明。

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