为什么rollup可以成为最流行的layer2解决方案

除非你躲在山林中，否则很难不知道由rollup引起的热潮，这是以太坊的两层可伸缩解决方案。

2020年9月，以太坊的天然气价格突破历史新高，超过477GWEI，这可能预示着天然气价格将离升至TWEI不远。

自2017年ICO热潮以来，以太坊网络并未如此拥挤。可以说现在的拥堵程度更高了。区块气顶也达到了1250万的历史新高。交易量已达到2017年的最高水平，区块规模达到历史最高水平。

A660202虽然这对于提高以太坊网络的可用性来说是一个令人鼓舞的消息（至少就这些指标而言），但人们可能会认为，目前底层缺乏可扩展性限制了应用程序，并严重影响了用户体验。但这个问题已经不是什么新鲜事了。以太坊社区在几年前就预见到了这个问题，并一直在探索解决方案。

目前的研究主要中心化在其潜在机制上。在接下来的几个月里，我们将很快看到第0阶段的上线。然而，ETH2.0的计算可伸缩性（即通过碎片中的智能合约执行状态）要等到第2阶段才能实现，而目前预计要等到2021年之后。

在计算机科学中，所有问题都可以通过另一种迂回方式解决。——David Wheeler

Layer2解决方案的迂回方法是在Layer2上处理事务，并仅在必要时使用第一层。这些解决方案包括状态通道、侧链和等离子体。多年来，许多项目探索了这些解决方案，并取得了很大进展。

最近，bitfinex的姊妹公司tETHer发行了USDT，这是目前最有价值的稳定币，一直是以太坊汽油的最大消费国。Tether已经转移到OMG Network更可行的plasma layer 2解决方案。

Reddit举办了“伟大的Reddit scaling bake off”竞赛，以提高基于以太坊的社区积分计划的可伸缩性（目前仅在两个subdit模块中实现）。目前，本次大赛已收到22份关于Layer2解决方案的提案。

但是，需要注意的是，第1层和第2层解决方案不是互斥的，而是相乘的。

尽管在Layer2之前的几年里，解决方案将在Layer2提供更多的可扩展性。

在过去的几年里，Layer2解决方案的研究主要中心化在状态通道和等离子体工程上，但近年来，汇总解决方案得到了很大的发展。

因此，本文将对其进行深入探讨，并从其产生的原因、定义和采用等方面进行总结。我们将介绍两种上卷方案ZK-rollups和最优rollups的概念，以及一些主要的实现。最后，我们还将提到状态网络上可能从第2层解决方案中获益的各种方案，以及我们即将实施的项目。

为什么要汇总？

背景：在以太坊上构建的扩展性方案，没有对底层1层协议进行任何修改，称为第2层方案。这些方案可以在不与以太坊网络交互的情况下处理事务，并通过智能合约将其安全性锚定在以太坊的第一层。

Layer2解决方案之所以有吸引力，是因为以太坊上可以运行多个类似的方案，这些方案只被能够感知Layer2的应用程序使用，而不需要每个人升级底层基础设施（这是一个高风险的大项目）。尽管第2层不一定提供与第1层相同的安全性和确定性，但与第1层相比，它可以提高吞吐量、降低成本和改善用户体验。对于某些应用，第2层就足够了。

目前，最有潜力的Layer2解决方案是状态通道和等离子体。

状态通道最适合于具有一定数量的参与者并且需要在一段时间内多次交换状态更新的应用程序。此外，它还需要强大的可用性保证，以满足“挑战期”的安全需求。Connext Network是使用状态通道帮助DAPP实现可伸缩性的典示例。

血浆由vitalik buterin和Joseph Poon于2017年8月提出。Plasma是一个可扩展的框架，它可以通过根链上的智能合约将资产转移到/移出子链。所有交易在子链上执行，状态承诺（Merkel根通过更新区块中的所有状态创建）将在根链上发布，并可在以后退出根链时用于防欺诈。Plasma有多种变体，包括最小可行血浆、更可行血浆、现金、借记卡和优惠。OMG网络公司更具可行性的plasma是最近在市场上采用的等离子项目。

缺点：状态通道最大的缺点是它的活动假设。用户或其代表需要一直监视第1层，以应对各种挑战。Plasma不仅继承了这种活动假设，还引入了数据可用性假设，即用户需要信任运营商提供所有的交易数据，以便在必要时使用这些数据来验证交易的正确性。如果没有数据可用性，在最坏的情况下，用户退出plasma链可能会导致大规模问题。状态通道和plasma都不支持智能合约，这严重限制了需要EVM兼容性的应用程序。

根据（中文版）的对比图，rollup不需要引入上述两个限制性假设。这两种假设在很多情况下都会造成不便。对于大多数应用，rollup比状态通道和等离子更有前途。

接下来，我们来谈谈rollup的定义，以及它为什么不需要引入限制性假设，比如状态通道和等离子。

什么是汇总？

Rollup与plasma非常相似，只有一个很大的区别，它避免了数据可用性的假设，即所有的Layer2事务都将“聚合”到一个事务的调用数据中（calldata是以太坊事务存储数据参数的只读区），然后打包成块提交到第一层。

由于调用数据的成本远低于1层存储，所以rollup方案使得任何人都可以随时从第1层获取第2层的事务数据（不像Merkel root in plasma方案），以验证状态转换。因此，一旦提交了Layer2数据，就可以从第1层获得。该特性消除了活动性假设和数据可用性假设的要求，使得上卷比状态通道和等离子更有优势。

根据状态转移的验证方法，rollup可以分为两类：ZK rollup和最优rollup。

ZK汇总（zkr）：在zkr中，操作员必须为第2层的每个状态转换生成ZK snark有效证书，并将这些有效证书提交到第1层的汇总合同。汇总合同将验证从老默克尔根到新默克尔根的国家过渡证明的有效性。虽然使用了新的组件，但这些保护措施本质上是加密的。

最优汇总（or）：在or中，操作员将新的Merkel根与事务数据一起提交到第1层的汇总契约。每个人都会假设这是一个有效的状态转换（不会像zkr方案那样得到验证），乐观地向前推进。因为，如果身份证明无效，一些参与者会用欺诈性证明提出质疑。这些安全措施本质上是加密经济的，因为代币奖励以及质押和没收机制鼓励运营商诚实守信。

根据深度比较分析（中文翻译），zkr更适合短时间（约1-20分钟）的代币转账，但不支持通用应用所需的EVM兼容智能合约。相比之下，or更适合需要与EVM兼容的智能合约的应用程序，但在默认情况下，由于需要等待防欺诈质询期的结束，因此定稿需要较长时间（约1-2周）。（但是，有一些技术可以提供资金保障，以缩短或的完成时间和退出时间。）

谁在开发汇总？

许多团队正在开发zkr和or实现，并根据不同的场景设计了不同的假设和特性。

Zkr:matter labs团队开发的zksync已经在以太坊的主网络上启动。Loopring已经使用zkr启动了一个中心化的交换和支付服务。Starkware团队的starkex是一种zkr技术，使用ZK Stark（而不是ZK snark），因此它不依赖可信设置，具有更强的可扩展性，能够抵抗量子计算攻击。

或者：至少有9个项目正在研究不同或变体（请参阅本文中的比较表了解详细信息）。最大的区别在于是否支持EVM兼容性和防欺诈挑战的交互需求。例如，cell、nutberry和optimization支持与EVM兼容的智能合约和非交互式欺诈证明。

状态网络

对地位的一个重要愿景是成为“以太坊的窗口”。尽管status messenger不直接与以太坊区块链交互，但该应用程序集成了安全加密钱包和Web3.0浏览器。它们都需要与以太坊进行交互，以太坊将直接受到由于上述可扩展性挑战而飙升的天然气价格的影响。

status Network的keycard产品正在探索构建支付网络，旨在满足当前以太坊网络所不具备的信用卡级别的可扩展性和即时确定性。

此外，status network还采取了许多其他举措，如kudos rewards、Distributed to talk和ENS域名。这些措施需要较低的天然气价格来实现可行的部署和良好的用户体验。

尽管status network的nimbus团队正在与其他客户团队合作开发以太坊 2.0，但上述status计划将很快从第2层可扩展性解决方案中获益。

因此，我们的状态团队已经对第2层解决方案进行了一段时间的评估。基于所有这些原因，rollup绝对是首选。其中，支持智能合约的最优上卷方案对我们更有吸引力，因为它适用于我们所有的用例。

点对点：目前，所有的汇总架构都依赖于操作员来聚合来自客户机的所有事务，并使用传统的客户机-服务器架构来创建块。缺点是，中央集权和审查制度可能会被引入，隐私权也会降低。

因此，我们的状态团队正在探索Layer2上的客户端-运营商交互如何使用我们的去中心化点对点协议（如Waku）来提供隐私保护路由和防审查。例如，使用Waku将交易路由到不同的运营商，不仅可以保护客户的隐私，而且可以在抵制审查的同时为客户提供不同的发布交易的路径。

结论

虽然我们计划在未来几年内大规模升级到以太坊 2.0，但在过去的几年里，layer 2解决方案不断发展，rollup已经成为继state channel和plasma之后的菜鸟。

本文对Layer2环境进行了全面调查，总结了不同方案的优缺点，以鼓励更多的项目方采用汇总。最后，我们提到了status团队对第2层解决方案的探索。