ROLL:L2 扩容技术详解：Optimistic Rollups 与 ZK Rollups

$ARB即将上线，L2也得到了更多重视，最近关于OP和ZK两种解决方案孰优孰劣的争论越来越多，有人说OP是正统，有人说ZK更安全，本文将深入探讨两种流行的二层扩容方案，以及最近备受瞩目的Arbitrum。这是一篇技术导向性的文章，我将重点阐述它们的工作原理和特点，并用通俗易懂的语言进行讲解，以帮助大家更好地理解和评估这些扩容方案。

1.扩容方案概述

随着区块链技术的快速发展，可扩展性问题成为了阻碍区块链广泛应用的主要障碍之一。为了提高网络的吞吐量和降低交易费用，扩容就是一件必须要解决的事情。扩容方案通常分为两大类：一类是链下扩容，通过在底层区块链之上构建新的协议层来实现扩容；另一类是链上扩容，通过优化底层区块链协议本身来提高吞吐量。

链上扩容方案可以分为分片、选择更高效的共识算法和协议优化等。其中分片是将区块链网络分割成多个相互独立的子链，每个子链可以并行处理交易。这样，整个网络的吞吐量会随着子链数量的增加而线性增长，分片也是以太坊2.0路线图中关键的一步，分片之后TPS和Gas才能得到真正的优化。最近这几年共识算法的创新很少见了，像之前提出的POS、DPOS、DAG等都是相对于POW的创新，相比于POW，它们可以减少网络资源消耗，提高交易处理速度，同样，以太坊也选择了这条路。第三个方案是对底层区块链协议进行优化，例如调整区块大小、区块产生时间等，可以在一定程度上提高网络的吞吐量，比如比特币的隔离见证升级。

火币发言人否认“将2亿USDT和5000ETH转入火币的巨鲸”属孙宇晨地址:金色财经报道，火币发言人否认“今日上午将2亿USDT和5000ETH转入火币的巨鲸”属孙宇晨地址。此外，该地址被标记为TRX代币前10位持有者之一。[2023/8/8 21:31:31]

链下扩容方案可以分为状态通道、Plasma和Rollups。状态通道允许用户在链下进行交易，仅在通道开启和关闭时与主链进行交互，这极大地减少了链上交易数量，从而提高了吞吐量，像RaidenNetwork和LightningNetwork就是分别针对以太坊和比特币的状态通道扩容产品。Plasma是一种子链方案，允许用户将资产从主链迁移到子链，并在子链上进行交易，子链周期性地将其状态更新提交给主链，以确保安全性，比如OMGNetwork。Rollups是将多笔交易打包成单个证明，并提交到主链。这样，主链仅需验证证明而无需处理每笔交易，从而提高了吞吐量。典例是zkSync和Optimism，Arbitrum同样也是基于OP的产品。

2.OptimisticRollups和zk-Rollups

2.1zk-Rollups

矿企Genesis Digital Assets共运行12万台矿机，容量超过400 MW:7月7日消息，The Block Pro数据显示，比特币矿企Genesis Digital Assets目前在16个数据中心拥有12万台活跃的挖矿设备，累计容量超过400 MW。在2022年4月的一轮融资中，该公司的估值为55亿美元。

据去年彭博社报道，Alameda Research于2021年8月至2022年4月期间总计向Genesis Digital投资11.5亿美元，其中包括2021年8月投资的约1亿美元、2022年1月投资的5.5亿美元、2022年2月投资的2.5亿美元以及2022年4月以55亿美元估值进行的2.5亿美元投资，Genesis Digital成为了Alameda Research金额最大的风险投资。[2023/7/7 22:24:34]

Backed核心团队NFF将于8月底停止运营，项目代码开源:6月14日消息，由Coinbase前职员创建的NFT借贷协议Backed宣布其团队Non Fungible Finance(NFF)已决定停止运营，Backed协议、社区NFT和papr MEME将继续存在，由NFF运营的接口（withbacked.xyz、papr.wtf）将在2023年8月底结束。[2023/6/14 21:35:30]

zk-Rollups是一种基于零知识证明的二层扩容方案。首先由RollupOperator组件将多个链下交易聚合成一个批次，之后使用零知识证明生成一个简洁的证明文件，这个证明可以验证整个批次的交易的有效性，而不需要逐一检查每笔交易；然后将证明及与该批次相关的数据提交到主链，主链通过验证证明的正确性，确保交易是有效的；主链验证通过后，链上合约会根据证明中的数据更新链上的状态。这意味着，尽管交易是在链下进行的，但链上状态仍然得到了更新，确保了数据的一致性。

注：零知识证明是一种密码学概念，它允许一个证明者向验证者证明某个陈述为真，而无需透露任何关于该陈述的其他信息。简而言之，零知识证明可以让一个人证明他拥有某种信息，而不需要透露这个信息本身。

全球旅行箱品牌日默瓦与RTFKT合作推出NFT Forging活动:5月20日消息，全球知名旅行箱品牌日默瓦在其官方社交媒体宣布与耐克旗下加密时尚潮牌RTFKT合作推出NFT Forging活动，旨在为NFT持有者提供实物Meta Artisan Original Cabin手提箱。

据悉本次NFT锻造活动将于5月29日至6月5日进行，总计提供888枚NFT和888个配套的限量版实体手提箱，此外活动期间RIMOWA和RTFKT还将推出四款Avatar可穿戴套装NFT。[2023/5/20 15:15:19]

2.2OptimisticRollups

OptimisticRollups是一种基于乐观性验证的二层扩容方案，即默认提交的区块是正确的，除非有人提出质疑。它同样需要RollupOperator将许多链下交易聚合成一个批次，之后计算批次交易产生的新状态并生成一份链下状态更新；然后将链下状态更新、相关数据提交到主链，这个状态默认是正确的，不需要额外验证；但是在状态更新提交后，会有一个固定的挑战期，在此期间，任何人都可以通过提供欺诈证明来质疑提交的状态更新的有效性，与被质疑状态的相关的整个交易将通过EVM运行检验，如果证明状态更新是错误的，提交者会被惩罚，同时链上状态会回滚到正确的状态；如果在挑战期内没有人质疑状态更新，或者质疑被证明是错误的，那么链上状态会根据提交的状态更新进行更新。

今日恐慌与贪婪指数为26，恐慌程度较昨日下降:金色财经报道，今日恐慌与贪婪指数为26（昨日为25），恐慌程度较昨日下降，等级为恐慌。

注：恐慌指数阈值为0-100，包含指标：波动性（25%）＋市场交易量（25%）＋社交媒体热度（15%）＋市场调查（15%）＋比特币在整个市场中的比例（10%）＋谷歌热词分析（10%）。[2023/1/10 11:03:37]

2.3ZK与OP比较

ZK和OP各有各的特点，我从下面5个不同角度对他们进行了分析，以供各位根据自己的倾向去评判：?

1.交易验证方式：

OP：通过欺诈证明验证交易。OP假设交易默认是有效的，除非有人提交证据证明某笔交易无效。这需要链下用户和节点持续监测，以确保RollupOperator没有作恶。

ZK：通过零知识证明验证交易。ZK生成一个简洁的证明来确保批次中的交易有效性，无需逐一检查每笔交易。

2.安全性：

OP：由于默认假设交易有效，可能存在一定的安全风险，需要链下用户和节点积极监测交易以确保安全性。

ZK：基于零知识证明的验证方式为ZK提供了较高的安全性，因为它需要生成一个证明来确保交易的有效性。

3.吞吐量与性能：

OP：与ZK相比，OP通常具有较快的链下交易处理速度，但链上验证可能需要更长时间，因为需要等待欺诈证明的挑战周期。

ZK：虽然生成零知识证明需要一定的计算资源，但ZK的链上验证速度较快，因为一旦证明生成，主链就可以快速验证。

4.通用性

OP：OP完全兼容EVM，众多DAPP可以直接迁移，方案整体的计算复杂度低，更适用于通用的智能合约执行和复杂计算。

ZK：虽然零知识证明技术在发展中，但目前它在通用智能合约和复杂计算方面的应用受到一定限制。

5.成本：

OP：通常具有较低的链下交易成本。

ZK：生成零知识证明需要一定的计算资源，可能导致较高的链下交易成本。

总的来说，OptimisticRollups和zk-Rollups分别具有各自的优缺点，OptimisticRollups更适合处理复杂的智能合约场景，具有较好的以太坊兼容性；而zk-Rollups在安全性和隐私保护方面具有优势。

3.Arbitrum

Arbitrum是一种基于OptimisticRollups的二层扩容解决方案，它结合了OptimisticRollups的优势，并对仲裁过程进行了创新和优化，在处理质疑和仲裁时采用了二分查找技术，降低了仲裁过程的复杂性和成本。

在上文提到在乐观性验证系统中，当有人对某个提交的区块提出质疑时，就要启动仲裁过程。质疑者需要指出区块中存在的一个具体错误，例如交易执行的结果不正确、状态更新错误等。

为了高效地找到错误的位置，二分查找将错误可能出现的范围分为两半，质疑者需要选择错误出现在哪一半，并继续向下查找。例如，如果质疑者认为错误出现在区块的前半部分，那么他们需要提供该部分的状态更新证明；在每次迭代中，质疑者和验证者将错误可能出现的范围继续分为两半，质疑者需要在每次迭代中指出错误出现在哪一半，并提供相应的证明，验证者则需要提供相应的反驳证据；通过不断的二分查找迭代，质疑者和验证者将错误可能出现的范围逐渐缩小；最终，当范围缩小到一个具体的交易或状态更新时，质疑者需要提供详细的证据来证明错误的存在，验证者则需要提供相应的反驳证据；经过一系列的二分查找迭代和证据交换，如果质疑者能够成功证明区块中存在错误，那么区块将被认定为无效，如果验证者能够成功反驳质疑者的证据，那么区块将被认定为有效。在这个过程中，错误的一方将损失押金，而胜利的一方可能会获得奖励。

综上所述，二分查找仲裁可以缩小错误范围，这个过程在链下执行，而链上只需要验证最后的争议部分，从而减少了链上的交易处理成本，但是这个过程也延长了处理时间，所以在发生仲裁的情况下Arbitrum比Optimistic更便宜，但也更慢。

4.总结

很多同一赛道的竞争对手都呈现一者重技术，一者重生态的格局，OP和ZK有些像Aptos和SUI，最后哪家胜利就看用户的投票了。

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