OPT:Optimism VS ZK 以太坊扩容技术一览

在展开对OptimismRollup和ZK?Rollup的对比分析之前，我们需要先了解Rollup的诞生背景。

Rollup被认为是以太坊扩容的终极解决方案，它在第1层之外执行交易，却在第1层发布交易数据。这使得Rollup可以扩展网络，并仍然从以太坊共识中获得安全性。整个过程本质上是执行交易、获取数据、压缩数据，并将其以单个批次的形式汇总到主链上，因此得名「Rollup」。

为什需要Rollup扩容方案？

实际上，Rollup的研究热度与以太坊近年来的发展息息相关。以太坊扩容一直是加密领域讨论最多的话题之一。无论是2017年的?CryptoKitties热潮，还是2020年的?DeFi夏季、?2021年初的加密货币牛市，对以太坊需求的高涨使得扩容辩论不断升温，Gas费用飙升让用户支付的交易费用更加昂贵。

与此同时，在Web3高速发展的背景下，以太坊日益成为了数千个DApp的宿主。庞大的交易量势必会带来运行速度的限制，使得以太坊上项目交易速度越来越慢，用户也留存度逐渐下滑。

基于此，寻找完美的扩容方案，成了多个团队和整个以太坊社区的重要目标。一般而言，以太坊的扩展方案一共有3种主要方式：扩展区块链本身——第1层扩容；在第1层之上构建——第2层扩容和在第1层一侧构建侧链。

那么Rollup的扩容原理就是将数百个已处理的交易汇总成一个批次并在与以太坊主网平行的L2链上执行交易，最终完成的交易再按批次发布到底层区块链，以此来提升交易速度，降低Gas费用。

Optimism正开发OP Stack故障证明系统，含防错程序、防故障虚拟机等组件:7月25日消息，Optimism生态开发人员正开发OP Stack的故障证明系统，包括防错程序（FPP）、防故障虚拟机（FPVM）、Dispute Game等组件，此外FPP和FPVM的分离使得相同的操作程序既可以在FPVM中运行，也可以在ZKVM中运行，以帮助OP Stack ZKP实现基于ZK的有效性证明，并为不同网络之间的低延迟跨链桥提供支持。[2023/7/25 15:56:25]

在一众Rollup方案中，OptimisticRollup和ZKRollup都有着不俗的表现。事实上，OptimisticRollup和ZKRollup的执行原理大同小异，区别在于验证方式。今天，就让我们走近这两种卓越的扩容方案，比较它们在具体执行过程中的优劣势，并积极展望下一代以太坊扩容方案的理想模式。

解密Optimism与?ZK的版图体系

Optimism

OptimisticRollup，如其名所言采取的是“乐观”机制——欺诈证明。系统默认执行交易数据的可靠性，无需经过有效验证便会直接进入等待期，等待期里有任何节点提出异议并佐证为恶意交易，则取消交易；若无异议，等待期结束即交易完成并写入区块。“欺诈证明”的交易方案省去了大规模的部署验证，从而节省了计算资源，保证了交易的确切性。

Dopex上线Option Scalps V2，允许制定短期期权交易策略:6月20日消息，去中心化期权协议Dopex宣布上线交易产品Option Scalps V2，允许制定短期交易策略，即，购买1到240分钟的短期期权。Option Scalps V2还引入了V3限价订单头寸来降低兑换费用，当前，交易者现在不会因为兑换而产生费用，而是会因根据其存入的流动性完成订单而获得奖励。[2023/6/20 21:50:01]

在OptimisticRollup中，突出的方案为?Arbitrum?和?Optimism。Optimism虽为第一个发明与EVM兼容的OptimisticRollup协议，但囿于主网启动延迟让Arbitrum获得了后发优势。

Optimism：单轮非交互式欺诈证明

Optimism使用智能合约，将交易数据从以太坊主链转移到Layer2?，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，乐观地执行相应流程。系统设置一周的等待期，在此期间任何质疑都可被提出，如有异常就会生成欺诈证明。

Optimism官方：Optimism的Kovan测试网将于10月5日全面退役:8月15日消息，近日，以太坊二层扩容网络Optimism官方发推文称， Optimism Kovan已被弃用，取而代之的是Optimism Goerli。Optimism的Kovan测试网将于10月5日全面退役。为了鼓励所有项目在此截止日期之前迁移，将降低Optimism Kovan公共端点的速率限制。

此前7月1日消息，Optimism决定淘汰Kovan测试网，计划在8月15日之前将项目迁移至Goerli。[2022/8/15 12:26:10]

Arbitrum：多轮交互型欺诈性证明

Arbitrum于2021年5月28日在以太坊主网上启动。整体上执行的流程差别不大，主要是在于Arbitrum的验证人和挑战者在链下通过二分法的方式不断拆分存在争议的步骤，直至将争议范围缩减到某个具体步骤，再到L1链上对相应步骤进行判定，高效解决争议。因此，相比Optimism来说，Arbitrum能承载更高的交易容量，实现更彻底的“追根溯源”。

ZKRollup

ZKRollup，这一概念在1980年时被麻省理工的研究人员引入，一度将其称为“月亮数学”。

ZKRollup是通过零知识有效性证明的扩容方案。它分批处理链下交易，并生成加密有效性证明来验证交易真实性。这些有效性证明将批量交易添加到?L1区块链，可被L1合约快速验证，而无效批次则会被直接拒绝。

以太坊二层解决方案Optimism将启用多客户端架构:3月12日消息，以太坊二层解决方案 Optimism 宣布将启用多客户端架构。Optimism 表示，L2 中维护升级密钥可能会导致安全问题，而升级密钥的存在的原因是代码编写复杂，很难实现无错误的代码。以太坊通过可互操作性的多客户端生态系统实现高安全性和可用性，Optimism 也将使用多客户端路径去中心化，将目标锁定在把标准以太坊客户端转变为 Optimism 客户端所需不到 1000 行代码上。Optimism 将与外部团队合作并激励他们创建其他客户端，形成 Optimists 联盟并发布 Bedrock 之后，启用多客户端架构。[2022/3/12 13:52:22]

如果说Optimisticrollups假设每个参与交易的人都出于善意做事，那么ZKRollup则竭力确定情况确实如此。目前，ZKRollup版图主要有Hermez、ZKSync等。

Hermez：生成简洁的非交互式知识论证

Hermez可以生成SNARK的密码证明，具备将以太坊扩展到每秒2000笔交易的能力。该体系主要依靠协调员处理并生成有效性证明，协调员通过拍卖程序选出，注册的网络节点会出价成为下一个协调员。目前，Hermez团队已宣布他们正在开发零知识的以太坊虚拟机(ZKEMV)，旨在实现完全的操作码兼容性。

以太坊扩容方案Optimism：下周将公布重大新闻:9月11日消息，以太坊扩容方案Optimism发推称，下周将公布重大新闻。不过官方未透露相关细节。[2021/9/11 23:18:15]

ZKSync：生成简洁的非交互式知识论证

ZKSync将自己的项目描述为一个扩展和隐私引擎，支持在以太坊中进行Ether和ERC-20代币的低Gas传输。在ZKSync中，只有一个验证者处理批次并生成有效性证明。现已推出?ZKSync2.0?，作为链下数据可用性解决方案，确认质押和数据可用性，同时保障监护人无法窃取资金。

OptimismVSZK：谁更胜一筹？

Optimism和ZK从踏入市场开始，便走入了两条不同的扩容方案道路。欺诈式证明和有效性证明，对应的是开发者和用户不同的使用需求，从而在吞吐量、时效性、成本等各方面展现各自的“高光属性”。具体可以从以下几个方面思考不同的开发场景需求，在这两者间做出相应的选择。

开发门槛与使用成本

Optimism无需大规模部署验证，在假设所有交易都是有效的前提下，节省了大量开发步骤，并将这些验证信息发布到基础层。这种得益于在乐观的情况下，不需要做任何额外的工作，就能极大降低了技术人员的开发门槛，节省了大量时间、精力、金钱成本。如果开发者想在短时间内上手Rollup解决方案，Optimism当是首选，数据表明Optimistim可以提供高达?10-100倍的可扩展性改进。

相较而言，ZKRollup需要提供有效性证明并一一提交给主网，这一步骤带来的技术开发难度远高于Optimism。常有新手开发者尝试使用ZKRollup时面临错误百出的情况，反而降低了扩容效率和运行速度。

智能合约可执行性

Optimism的互操作性很强，也可以执行智能合约。这让Optimism在L2上具备更多灵活操作的空间，以用户共同参与的行为，让Optimism的运作更具备“信任度”，从而赢得了更好的数据保护、确定的交易双方权利等附加优势。值得一提的是，如Fuel、OMGX、Cartesi等团队中的大多数人也试图为他们的Rollups开发一个与EVM兼容的版本，让Optimism的可适性更强，性能更出众。

而ZKRollup目前大多限于简单的交易，这给ZKRollup的扩展带来了诸多局限。因此，目前ZK只能通过ZKSync开发的兼容EMV虚拟机，来支持任何用Solidity编写的智能合约，开拓其应用空间。或者凭借Loopring、Hermez和ZKTube来扩展支付规模，引入隐私功能等。

提取资金的执行效率

作为保障用户交易和提供确权证明的机制，交易后资金的提取速度也是开发者和用户选择的关键。而在这个角度上，ZKRollup反倒更有优势。Optimistim的争议解决过程繁琐，必须给所有参与者足够的时间来提交欺诈证明，然后再最终确定交易。这段时间相当长，毕竟在确保最坏的情况下，欺诈性交易仍有可能被申诉。从Optimistim中提取资金的时间长达一两周。

相较之下，ZKRollup不存在长时间提现的问题，因为只要将Rollup批次连同有效性证明提交到第1层，资金就可以提现。这无形中节约了用户的时间成本，也促使更多交易流通加快实现，提升了交易环境的整体效率。

安全隐私保护的力度

目前，ZKRollup使用复杂的数学计算和密码学来确保交易在ETH主链上被"结算"，这在验证本质上不同于Optimistim。像SNARK、STARK、PLONK和DARK，这些部署在ZKRollup?上的证明策略都包括数据足迹、证明时间、验证时间、串通风险等方面各自安全强度和风险证明。

可见，相比单纯的欺诈性证明来说，ZK在安全隐私保护上设置了多重保障与验证机制，确保交易验证的严谨周到。还有如?Aztec正专注于将隐私功能引入其ZKRollup技术，从而完善ZKRollup的隐私机制。

展望2023的Optimism和ZK

正如我们所看到的那样，Optimism和ZK作为Rollup解决方案上“各有千秋”。新的一年，它们仍将在各自的道路上革新迭代，或许我们可以期待?2023年Optimism和ZK这两种扩容方案会应用到更多实际项目中去，持续为以太坊的发展赋能加码。

目前来说，我们只能得出?Layer2将在使以太坊更具可扩展性方面发挥重要作用的结论，但是何种Rollup解决方案更胜一筹？则不能有明确的说法。毫无疑问的是，Optmism与ZK会朝着成为Web3世界Rollup方向的“黑马”推出更多优化举措。

长期来看，或许随着ZK相关技术的不断发展，ZKRollup的局限性会被打破，迸发出强劲的应用潜力。我们也希望在未来的时光里，这两种Rollup方案能够实现优势互补，将安全隐私、时效成本、开发门槛等因素的融合为更加优质的产品，打开一个新世界。正如我们所看到的那样，Optimism和ZK作为Rollup解决方案上“各有千秋”。新的一年，它们仍将在各自的道路上革新迭代，或许我们可以期待2023年Optimism和ZK这两种扩容方案会应用到更多实际项目中去，持续为以太坊的发展赋能加码。

参考文献：

Optimistic、zk-Rollups、L3...以太坊的可扩展性研究现在已经走到了哪一步？

以太坊的扩容之路

深度｜如何理解ZK和OptimisticRollup的前景和区别？

OptimisticRollupsVSZKRollups：六个最令人兴奋的以太坊Layer2扩展项目

Optimism的未来：Bedrock升级，Rollup去中心化以及融合ZK方案

科普|ZKRollup&OptimisticRollup

L2Rollup的竞争现状和挑战

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