浅谈Zk和Optimistic Rollups：原理、区别和前景

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编译：深潮 TechFlow

人们说，如果能有一个更新，能将 ETH L1 的 TPS 提高 100 倍，Gas 费减少 100 倍，那我们就不需要 Rollup。

但真的是这样吗？

其实不是的。原因是 L1 的速度越快，Gas 越低，Rollup 的速度就越快。

所以，你会选择 100x L1 还是 10000x Rollup？

ETH 的扩展是以太坊社区中讨论最多的话题之一。因此，寻找扩展解决方案一直是 ETH 生态系统中多个团队的首要任务。

目前，存在三种热门方式来扩展以太坊：第 1 层扩展（ETH 2.0），在第 1 层之上的扩展（第 2 层扩展——状态通道、Plasma 和 Rollup），以及侧链。

• 以太坊社区对扩展性的担忧导致了以太坊在多个层面的升级开发，这种升级被称为 ETH 2.0。ETH 2.0 的目的旨在使以太坊更具可扩展性、安全性和持久性。

• 侧链是一个独立的区块，通过双向桥与主链（ETH L1）相连。侧链与主链有不同的共识机制，并且不依赖主链的安全性。因此，这就导致侧链的安全性低于 L2。人们一直都把 Polygon 当作一个侧链，这是错误的。Polygon 是一个提交链，提交链是一个非托管的侧链，它的共识机制依赖于主链（ETH L1）。
• L2 是指任何建立在以太坊之上的系统，它继承了 ETH L1 的安全性。它们包括 Plasma、Rollups 和状态通道。

*在这篇文章中，我们将专门介绍 Rollups*

Rollups 是一种常见的扩展解决方案，其工作方式是在 L1 之外处理和执行交易，但将交易发布到 L1。这使得 Rollups 提供扩展功能的同时，又能从 L1 中获得安全。

为了实现这一点，Rollups 的交易通常会选择在单独的链上执行，该链可以运行特定于 Rollup 的 EVM。

在下一个步骤中，交易信息被分组，并由一个排序器发布到 ETH L1 上。

上述整个过程包括执行交易，获取数据，对其进行压缩，并将交易'卷起'到主链的形成一个批次。详细地说，在 Rollups 中的一批交易被'汇总'到一个状态根（一个用作见证的小单位），其中包含了足够的信息来验证 L2 上发生的每一个交易。

那么 ETH 又是如何知道发布的数据是有效的呢？

Rollups 在 L1 上部署了一组智能合约，负责处理存款和提款，并验证证明。这个证明是 Optimistic Rollups 和 Zk Rollups 之间的主要区别。

对于 Optimistic Rollups 来说，它向 ETH L1 发布交易，并假定它是正确的。在欺诈用户进行无效交易的情况下，网络必须识别他们，恢复正确的交易，并对欺诈用户进行惩罚。

为了实现这一点，Optimistic Rollups 具有争议解决系统，可以识别无效的交易和不良行为者，并阻止他们参与系统中的进一步欺诈行为。

Optimistic Rollups 为了能重放 L1 执行的交易，并且保证其确切状态与在 Rollups 上执行交易时存在的确切状态相同，就需要创建一个“管理合约”。

Optimistic Rollups 的用例是 Optimism、Arbitrum 和 Cartesi，你可以很轻松的在网络上查找到其确切资料。下面我们来看看 Zk Rollups。

ZkRollups 使用有效性证明（如 Zksnark，ZkStark ）来检查交易，并在将其发送到 ETH 链之前检查其合法性。

ETH Zk Rollups 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"，而不是类似于 Optimistic Rollups 的争议解决系统。尽管它很复杂，但团队花了数年时间试图将复杂的交易信息细化为更简单的证明，以便于验证。

仅在今年，就有 3 个 Zk EVMs 进入了测试网阶段，其中一些已经进入主网，这包括 Scroll，Polygon Hermez，以及 Zksync2.0。

接下来，我们来看看 Optimistic Rollups 和 Zk Rollups 的区别。

Optimistic Rollups：

资金提现缓慢——由于争议解决系统，网络在交易最终完成之前，会给网络用户一些时间来提交他们的欺诈证明。

提款可能会很慢，大多数时候，用户必须等待 7 天才能将资金取回 L1。然而，现在也有项目提供快速流动性退出，来挽救这种情况。

EVM 的兼容性——Optimistic Rollups 仍然需要编写他们自己的 EVM 。大多数情况下，合约可以从 L1 发送到 Optimistic Rollups，而不需要做任何改变。

Zk Rollup：

快速取款——由于没有争议解决程序，因此在Zk Rollups 中的提款速度很快，并且在交易孵化到 L1 时还提供了有效性证明。

EVM 兼容性——由于 Zk 技术所涉及的复杂性和密码学，大多数 Zk Rollups 并不兼容EVM，例如 Starkware。

与 EVM 兼容的 Zk Rollups 的是 ZkEVM。ZkEVM 允许开发者将 ETH 主链上的 Solidity 合约移植到 Rollup 上，而不需要改变底层代码。

无论是 Zk 还是 Optimistic 还是侧链，都是一场旨在完善 ETH L1 主网的竞赛，其目的都是为了更好地提高 ETH 的可扩展性和完善区块链。