Rollup解决了Plasma等前辈在开发过程中发现的“数据可用性”问题，ZK Rollup和乐观的Rollup方案成为etim扩展和改进的主要力量。阅读ZK Rollup和乐观Rollup，从本文开始。
作者潘志雄，联文研究所所长
自创建以来，ETHereum面临的最大挑战之一就是性能问题，在两层网络解决方案Plasma几乎完全崩溃之后，Rollup成为了前沿研究的焦点。
目前ETHereum链上的交易吞吐量(TPS)约为每秒30笔交易，接近比特币的数倍，但距离大规模应用还有很长的路要走。相比之下，Visa或支付宝的峰值交易处理能力至少为每秒数万笔交易。
加密货币经常被提到的一个用户场景是“跨境汇款或支付”以链上发行的稳定币USDT、USDC或PAX作为交换媒介，以太坊每秒超过20笔交易的性能仍远不能满足全球需求。
另一个流行的用户场景是去中心化金融(DeFi)。3月12日“黑色星期四”期间，以太坊网络进行链上清算和交易的首次大规模压力测试，以太坊网络几乎无法使用，但交易成本却增加了数百倍。只有当交易成本低于传统方式时，区块链才会变得更有用。
为了提高交易性能，ETHereum设立了几个研究方向，其中最重要的是Layer 2 network SOLution Plasma。然而，在过去的两年里，研究人员逐渐发现Plasma及其改进Plasma Cash存在很多问题，例如需要用户定期上网和数据可用性问题，这些问题制约了它的发展。
等离子发射一年后，一项名为Rollup的技术浮出水面。基于这个概念，出现了几个分支，其中最主流的是ZK Rollup和乐观Rollup。
Rollup技术解决了等离子体早期暴露的问题，提供了与ETHereum Layer 1(即ETHereum Layer 1)相同的数据可用性和安全性。，同时显著提高网络吞吐量，降低单个事务的成本。由于这个原因，尽管许多人将Rollup泛指为一种Layer2技术，但实际上它介于第1层和第2层之间。
汇总是什么?
Rollup的核心思想就是将分布在一个块中的大量事务数据打包成一个“压缩的”事务，并将其释放到链上。为了确保每个事务的有效性，各种Rollup方案都有不同的机制，以确保整个流程的安全性与第1层一致。ZK Rollup使用零知识来证明ZK -snark的加密技术以确保安全，而乐观的Rollup继承了Plasma的惩罚机制，以确保节点在做坏事时会付出高昂的代价。
当然，Rollup的各种方案有不同的权衡。例如，ZK Rollup的缺点是它更难支持一般的智能契约，并且“压缩”数据的过程(创建ZK证明)需要更长的时间;乐观Rollup的总体安全性略有下降。然而，各个开发团队的具体实施计划已经有了优化这些权衡的目标，一些问题也得到了显著改善。
Rollup技术将有助于提高链上应用程序的竞争力，特别是在高频交易场景中，并有望降低转让或交易成本。但是，由于其自身机制的设计，在链上设置Rollup类事务可能比直接链事务慢。因此，具体的应用场景可以包括:
一般转账或付款
增强匿名性的转账或支付
去中心化的交流
去中心化的标识系统
去中心化的社交媒体
Rollup的概念出现还不到两年。测试网络上陆续推出了各种Rollup实现方案，如Matter Labs和Fuel Labs的解决方案，应用层的产品也在开发中。第一个在主网络上发布的是由road India Loopring开发的去中心化交换，其他已经宣布采用Rollup的项目包括Synthetix、Dharma、AZTEC等。
接下来，让我们仔细看看。
等离子体失败吗?
关于讨论起源于货币扩张和块的连锁网络,对人民币成为“全球支付工具”愿景,社区,开发者,矿工们最后讨论一个计划是,高频率的交易转向虚拟层以外的货币,或者可以称为“图层2”,而不是依靠货币本身(图层1),然而,最终解决或需要依赖图层1。
这就是比特币“闪电网络”的起源。等离子体是以太层2最突出的解决方案之一，不仅因为它是Joseph Poon和以太层创始人Vitalik Buterin联合发布的白皮书，还因为已经宣布了许多基于等离子体的项目。
Plasma将高频交易迁移到以太坊网络之外的一个侧链，定期将大宗交易的哈希值发布到以太坊主网络，然后设置一些反恶意攻击机制，从而确保资金的安全。最终目标是扩展ETHereum容量，提高事务吞吐量，并降低事务成本。血浆组、Matic、LeapDAO和OmiseGo都是主要的血浆组，一些项目得到了etoeum基金会和consensus sys的资助。
但毕竟，这是一个试点项目。在这个项目的开发过程中，暴露出许多实际问题。两项最重要的挑战如下:
数据可用性:因为只有批处理事务的整体哈希值发布到第1层，而不是每个事务都发布到底层公链，所以特定的事务数据不存在于第1层，用户需要自己存储特定的事务数据。
用户体验差:为了避免恶意攻击，Plasma在设计其挑战机制时要求用户定期上网，否则用户可能会错过，造成不必要的损失。
虽然等离子也推出了升级版的标准等离子现金，但这些问题仍然存在，导致等离子集团和LeapDAO研发团队决定放弃等离子技术，转向另一项新技术:今年早些时候推出。
这个机器仍然在等离子体上工作。他们计划在5月15日至日上线主网，并在5月底前逐步将主网去中心化到100多个节点。不管Matic是否能处理好这些问题，我们都需要更多的时间。
无论如何，ETHereum扩展社区已经将更多的注意力转移到了Rollup上。
为什么Rollup有机会?
Plasma发布一年后，Github的一位匿名的Barry Whitehat提出了“Rollup”的概念，将ETHereum扩展为“SNARK”
SNARK是一种零知识证明的密码学技术，全称“零知识简练的非交互式知识论证”
有关零知识证明的详细资料，请参阅:
这篇文章解释了密码学的历史，它如何工作，零知识证明和它的潜在影响
单词Rollup本身的意思是“卷起”或“卷起”，或者可以扩展为“sum up”或“aggregate”在数据库的标准计算机语言SQL中，语法“Rollup”帮助Group by语句将一系列搜索结果显示为聚合数据，这可能就是为什么他将该技术命名为Rollup。
当Barry Whitehat提出Rollup的概念时，定义如下:
“通过聚合事务，Rollup可以在链上只创建一个事务，从而验证多个其他事务。”
通过zk-snark技术实现了对交易的打包和验证，大大降低了交易成本，保证了安全性，解决了Plasma遇到的问题。
Rollup已经被归类为Layer2技术，但是Vitalik Buterin不这么认为。
汇总概念被提出后,Vitalik Buterin同月在以太方研究论坛发表了一篇文章介绍的技术,他是如此解释说:“我们可以在以太方进一步增加资产转让交易的规模,也没有需要使用2层技术中引入“活跃假说”(活性的假设,如状态通道和等离子体),只需要使用ZK -蛇鲨验证很多生意。”
有趣的是，“Rollup”一开始并没有被认真对待。在2019年1月，物质实验室推出了一项名为等离子体Ignis的技术。在此之前，等离子体是Layer 2的主导技术，因此他们将“等离子体的零知识证明版本”作为研究方向。但从技术上讲，它并不是真正的等离子体，它更像一个卷。后来，团队完全放弃了Plasma Ignis这个名字，采用了ZK Rollup作为技术方向。随后，他们也推出了自己的基于ZK Rollup的技术实现方案ZK Sync，进行了更深入的定制和优化。
物质实验室联合创始人亚历克斯·格鲁乔夫斯基于2019年1月在推特上写道。
自ZK汇总的早期概念的主要缺点是,它花了很长时间来生成SNAKR,未能支持通常智能合同,约翰·阿德勒的联合创始人燃料eteum双重扩张的实验室和一个长期的研究计划,汇总2019年6月提出另一个方案叫做乐观。该解决方案结合了ZK Rollup在数据可用性方面的优势，以及Plasma的惩罚机制，该机制通过消除零知识证明，使支持通用智能契约变得更容易。
乐观的意思是“乐观”，所以在这个方案中，默认值是“乐观”，而不是SNARK处理后将数据聚合到链上，相信节点会将最新、准确的数据发布到链上。否则，如果其他人在验证后发现问题，则可以发起挑战，节点成功后将受到惩罚。
因此，与等离子体相比，Rollup技术是解决数据可用性问题的关键。所有事务数据都在ETHereum链上，安全性也可以与ETHereum主链处于同一级别。
那么，为什么Rollup比普通传输具有更高的吞吐量和更低的成本呢?
因为在构造Rollup类事务时，可以通过一些技术压缩大量的普通传输行为。最后，在零知识证明SNARK处理后，虽然SNARK生成过程较长，资源消耗(气体)较大，但在每一笔交易中都不显著。具体数据可在Vitalik Buterin的初始提案中获得，尽管随后有不同的实现和差异。
在他的方案中，个人交易的结构如下:
与正常的链事务所需的21,000GAS FEE相比，上述单笔事务由于减少了容量，总共只需要892燃气(例如，eteum地址为20字节，而上述单笔交易只需要3字节)。
然而，由于SNARK证明计算资源消耗大，约60万气，操作合同要求约5万气，这意味着许多交易必须分批处理，分摊几百k的间接成本。
若将ETHereum单块的Gas ceiling计算为8M，则纯ETH事务吞吐量近似为:
8M / 21k / 15秒;25 TPS
本方案的吞吐量约为:
(8m-600k-50k) / 892/15秒550 TPS
这就是为什么Rollup既可以确保第1层数据的可用性，又可以显著降低数据需求和每个事务的成本的主要原因。
除了上面提到的Rollup解决方案开发团队之外，许多应用层项目也看到了Rollup的优势，并宣布他们将研究或集成Rollup技术。从公众的项目的角度,选择乐观的汇总的一些项目,包括去中心化的交换,违抗协议,匿名服务,可能是因为项目方考虑乐观汇总优势支持通用智能合同,而不会像ZK汇总需要花大量的时间来生成蛇鲨证明,毕竟,之前没有优化可能影响应用程序的经验。
宣布采用ZK Rollup解决方案的项目并不多，但是Loopring的去中心化交换是迄今发展最快的Rollup项目之一，它在2月下旬启动了ETHereum主网络并开始公开测试。尽管他们后来在前端页面中遇到了非致命的漏洞，但他们的经验将为许多其他即将采用ZK Rollup的项目提供参考和指导。
在整个供应链中，你能减少多少交易成本?道路印刷提供了重要的现场数据。在他们的方案中，当批量处理4096个事务时，单个事务只需要375个Gas。换句话说，在正常GAS FEE下，每笔交易费用为0.09元人民币(注单位)。换句话说，100万笔交易的成本大约是900元人民币。
但是，开发等离子体的LeapDAO公司认为，卷起技术并不是万能药。在进行了详细的数据分析之后，他们提供了很多值得参考的数据。总的来说，根据他们的估计，Rollup可以将ETHereum网络的吞吐量提高10倍多，因为与Plasma相比，Rollup牺牲了很多成本。
除了两款最受欢迎的Rollup衍生产品外，还有几款ETHereum 2级扩展计划使用了Rollup这个名字，其中最常见的两款是SKALE Labs的blu-ray Rollup和Offchain Labs的任意Rollup。
然而，乐观Rollup的发起者John Adler认为，bs – Rollup并不是一般意义上的Rollup，而更像是批处理技术。在2018年和2019年发布白皮书时，都没有提到“任意汇总”它在今年早些时候上线时被称为“仲裁者”
ZK汇总进展
在研发ZK Rollup技术的过程中，最重要的公司是Matter Labs和iden3，这两家公司都推出了测试网络。但他们的产品定位略有不同，Matter Labs更像是一个通用解决方案，而iden3则是一个专用解决方案。
Matter Labs提供了一个完整的通用解决方案，称为ZK Sync。该方案考虑了ZK Rollup的一些缺点，并提出了相应的机制优化，如生成SNARK证明所需的时间和前面提到的一般智能契约的支持难度。Matter Lab的联合创始人兼首席执行官Alex Gluchowski说:“在伊斯坦布尔升级之后，ZK Sync将处于非常有利的地位，可以很容易地达到每秒数千次交易。”
Matter Labs还引入了zero-knowledge proen intelligent programming language和Zinc框架，该框架的第一个版本于今年2月发布，名为0.1 Alpha，以解决对通用智能契约的需求。Matter实验室表示，Zinc被设计用来创建安全的零知识电路、智能编程语言以及基于它们运行的程序的执行环境。遵循Rust原则并基于简化的Rust语法，对于精通Rust、c++、SOLdesert等语言的开发人员来说，可以在一天内快速学习。
iden3研究ZK Rollup的初衷是为了他们的原创项目。恒等3，如果你把它看作恒等30，它有点像Web3吗?因此,iden3团队专注于提供一个开源的身份管理系统的数字世界,利用零知识证明zk-snark提高隐私保护功能,同时汇总的事务吞吐量可以提高身份认证系统和交互的应用程序层沿链。
在应用程序层，Loopring和AZTEC分别处理用户链的事务和隐私需求。road printing Loopring的去中心化交换是当前Rollup项目中发展最快的交换之一，早在2月底就开始了ETHereum主网络的公开测试。
AZTEC是一个隐私技术解决方案，于今年2月推出了ETHereum主网络，但他们也在考虑采用Rollup技术，以显著降低ETHereum网络隐私交易的成本。他们最初在隐私技术中使用零知识证明ZK，而扩容方案选择了ZK Rollup，因此他们将新方案命名为ZK ZK Rollup，或者ZK²。汇总。第一个ZK是使用SNARK技术中的“简洁性”来增强网络的可伸缩性，将多个事务合并为一个来降低事务成本。第二个ZK是使用SNARK作为隐私技术，在合并为私有交易之前升级每一个普通的交易。
乐观汇总进展
在乐观卷起技术领域最重要的公司是Fuel Labs、乐观(pre-plasma Group)和NutBerry，它们开发了通用的乐观卷起解决方案。支持一般的智能契约比支持ZK Rollup更容易，因为它去掉了复杂的加密技术，比如复杂的零知识证明。
尽管乐观Rollup具有比Plasma提高数据可用性的优点，但它也直接合并了以前的Plasma结果。除了使用相同的游戏和惩罚机制之外，乐观的Rollup团队表示，这两种场景可以共享大量的基础设施和代码。此外，他们认为对于一个成熟的Layer2生态系统，Rollup、Plasma和state通道应该在同一个客户机(智能钱包)上协同工作。
事实上，在2019年底，在等离子集团公开放弃等离子技术之前，它成立了一家新公司，乐观Rollup，专注于乐观Rollup。目前，它已经从加密风险基金Paradigm和IDEO旗下的设计公司IDEO CoLab Ventures获得了350万美元的种子轮融资。新资金主要用于实现乐观的汇总解决方案并基于它们构建应用程序。尽管它是一家商业公司，但该团队表示，它希望继续为开源项目做出贡献，并与公众分享其研究成果。
为了支持ETHereum的smart contract，乐观虚拟机(OVM) Alpha已经发布。OVM是嵌入在ETHereum虚拟机(EVM)中的一个副本，允许开发人员在使用乐观Rollup时使用与EVM相同的开发人员工具集和智能契约语言。
最初，乐观汇总被称为最小可行合并共识，在John Adler去年6月提出这个概念后，Fuel Labs被创建来实现他们的扩展解决方案。
Fuel Labs将开发一种无信任的以太坊侧链燃料，专为以太坊链上的支付而设计，它将把以太坊的ERC-20代币交易成本降至伊斯坦布尔升级之前的五分之一。
今年1月，Fuel Labs基于乐观Rollup公司的ETHereum侧链燃料推出了一个公开在线测试系列，代码是开源的。值得注意的是，他们测试网络上的契约已经支持所有ERC-20代币，这些代币应该是智能契约。然后在3月份，他们宣布推出一种新的ETHereum底层语言Yul+，作为对Yul的实验性升级，向Yul添加了各种QoL特性，Yul是一种用于ETHereum虚拟机的低级中间语言。Yul是SOLsea开发人员为进一步优化编译目标而开发的一种低级中间语言。它很简单，并且具有实用的低级语法，使开发人员比SOLsea更接近原始的etim虚拟机(EVM)，并且具有优化气体消耗效率的潜力。
NutBerry的影响力不如这两种协议，但是他们的目标是开发一个乐观的基于rollup的第2层解决方案，支持有状态的智能契约。该项目首次在ETHereum研究论坛上发布，描述了四个里程碑:对ERC-20的支持、对ERC-721的支持、对无状态智能契约的支持以及对有状态智能契约(即存储数据的智能契约)的支持。NutBerry在今年2月发布了它的第二个测试网络，它已经支持ERC-712 (ETHereum类化结构化数据哈希和签名)。
乐观Rollup拥有相对较多的应用层产品，这可能是因为它更容易支持智能契约，所以对于需要智能契约处理逻辑的DeFi、DEX或隐私服务来说更方便。
这些应用程序将在未来一两个季度推出，用不了多久就会上市。
其他汇总
虽然其他的Rollup解决方案与上面提到的项目不太一样，但是它们都是以Rollup命名的，所以本文也做了相关的整理和收集:
一个汇总，可以咨询SKALE实验室:https://ETH.ch/t/al – – screw -less-on-chain- scale -SOLution/4790
仲裁Rollup，可以咨询Offchain Labs: https://medium.com/offchainlabs/how-rollup -works-39788e1ed73f
另一个是基于匿名汇总项目的账户:https://ETH.ch/t/account-basedanonymous-rollup/6657
在未来
扩展是以太坊链上应用生态学发展的一个持续而重要的课题;毕竟，ETHereum 2.0离它的最终形态至少还有2-3年的时间。在此之前，DApp、DeFi、game等应用生态链无法规模化，计算资源将成为重要瓶颈，任何强大的DApp都可能迅速占领计算资源链。例如，3月12日，由以太坊价格暴跌引发的创客交易，触发了抵押品拍卖清算程序，导致了由于整体网络拥堵而造成的巨大损失。
曾经最重要的扩展解决方案Plasma在实现过程中遇到了一些问题，开发人员社区已经将更多的工作转移到Rollup上，因为它解决了前辈在开发过程中发现的“数据可用性”问题。尽管存在权衡，但它的效率仍然比以太层1高出数百倍。其中最重要的两个分支是ZK Rollup和乐观Rollup，并选择了不同的挑战来确保安全性:研究困难的零知识证明加密技术，或者找到一套安全且照顾用户体验的游戏机制。
然而，这上百次的改进目前仍有理论价值，或许是实验室环境中的最优情况，在此之前还有大量的研发工作和配套优化。只有在这些解决方案得到实施、集成和大规模采用之后，才能知道真正的性能，或者是否存在其他弱点和问题。
毕竟，实践是最好的老师。Rollup不是第一个扩展计划，也不会是最后一个。虽然我们都知道目标在哪里，但实现目标的道路仍然是曲折的。
文章标题：ethereum扩展的学习指南，最受欢迎的解决方案
文章链接：https://www.btchangqing.cn/22046.html
更新时间：2020年05月18日
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