LAYER:科普 | Rollup為何能成為當下最火的Layer2方案

除非躲進深山老林，否則很難不知道這波由以太坊二層可擴展方案Rollup掀起的熱潮。

2020年9月，以太坊的gas價格突破歷史新高，超過477Gwei，或許這預示著離gas價格漲至Twei的日子不遠了。

自2017年的ICO熱潮以來，以太坊網絡上還沒有如此擁堵過，可以說現在的擁堵程度更高了。區塊gas上限也創下了歷史新高1250萬。交易量達到了2017年的峰值的水平，區塊大小也達到了歷史最高水平。

雖然這對于提高以太坊網絡的實用性來說是令人鼓舞的消息，但是有人可能會爭辯說，當前底層的可擴展性不足問題極大地限制了應用程序，并嚴重影響了用戶體驗。但是，這個問題已經不新鮮了。以太坊社區早在數年前就預見了這一問題，此后也一直在探索解決方案。

目前，Eth2.0的研究主要聚焦于底層的PoS和分片機制上。在接下來的幾個月中，我們很快將看到phase0上線。然而，Eth2.0的計算可擴展性要等到phase2才能實現，目前預計要等到2021年以后。

在計算機科學中，所有問題都可以通過另一種迂回方式解決。——

DavidWheeler

Layer2解決方案采用的迂回方式是，在Layer2上處理交易，只在必要時使用Layer1。這類解決方案包括狀態通道、側鏈和Plasma等。多年來，已經有很多項目探究過這些方案，取得了巨大進展。

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最近，Bitfinex的姊妹公司Tether發行的USDT是目前市值最高的穩定幣，并且一直是以太坊gas的最大消費者。Tether已經轉向了OMGNetwork的MoreViablePlasmaLayer2解決方案。

Reddit舉辦了“超強Reddit可擴展性方案”大賽，來提高其基于以太坊的社區積分計劃的可擴展性。目前，大賽已經收到了22項有關Layer2解決方案的提案。

然而，要注意的一點是，Layer1和Layer2解決方案不是互斥的，而是相乘的。

因此，雖然Eth2.0將在未來幾年分階段上線，但是Layer2解決方案有望在此之前和在此之后提供亟需的可擴展性。

過去的幾年來，Layer2解決方案的研究主要聚焦于狀態通道和Plasma項目，但是Rollup方案最近非常火爆，獲得了很大進展。

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因此，本文將深入探究Rollup，并從原因、定義和采用等方面對其進行總結。我們將介紹兩類Rollup方案——ZKRollups和OptimisticRollups——的概念，以及一些主要實現。最后，我們還將提到StatusNetwork上可能會受益于Layer2方案的各種舉措，以及我們即將實現的項目。

為什么要采用Rollups？

背景知識：構建在以太坊上且無需對底層Layer1協議進行任何修改的可擴展性方案被稱為Layer2方案。這些方案無需與以太坊網絡交互即可處理交易，并通過智能合約將其安全性錨定在以太坊的Layer1上。

Layer2方案之所以具有吸引力，是因為以太坊上可以運行多個類似方案，僅供那些可以感知Layer2的應用使用，無需每個人都升級底層基礎設施。雖然Layer2并不一定會提供像Layer1那樣的安全性和確定性，但是相比Layer1來說，它可以提高吞吐量，降低成本，并改善用戶體驗。對于某些應用來說，Layer2就夠了。

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目前，最具潛力的Layer2解決方案是狀態通道和Plasma。

狀態通道最適合那些參與人數確定，并且需要在一段時間內多次交換狀態更新的應用；另外，它也需要極強的可用性保證，來滿足“挑戰期”的安全需要。ConnextNetwork就是使用狀態通道來幫助dApp實現可擴展性的典型例子。

Plasma是2017年8月由VitalikButerin和JosephPoon提出的。Plasma是一個可擴展性框架，可以通過根鏈上的智能合約將資產轉入/轉出子鏈，所有交易執行都發生在子鏈上，狀態承諾會發布到根鏈上，等到之后退出根鏈時可以在欺詐證明中使用。Plasma有多種變體方案，包括MinimumViablePlasma、MoreViablePlasma、Cash、Debit和Prime。OMGNetwork的MoreViablePlasma是最近出現的Plasma項目，已經獲得市場采用。

缺點：狀態通道的最大缺點是其活性假設。用戶或其受委托方需要一直監控Layer1，以便處理各種挑戰。Plasma不僅繼承了這種活性假設，還引入了數據可用性假設，即，用戶需要相信運營者會提供所有交易數據，以便在需要時使用這些數據來驗證交易的正確性。如果沒有數據可用性，在最糟糕的情況下，用戶退出Plasma鏈時可能會引發大規模問題。狀態通道和Plasma都不支持智能合約，這嚴重限制了需要具備EVM兼容性的應用。

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查看對比圖可知，Rollup不需要引入上述兩個限制性假設。這兩個假設會在很多情況下造成不便。對于大部分應用來說，Rollup相比狀態通道和Plasma更有前景。

接下來就讓我們介紹一下Rollup的定義，以及它不需要像狀態通道和Plasma那樣引入限制性假設的原因。

Rollup是什么？

Rollup與Plasma非常相似，只有一處較大的差別，避免了數據可用性假設，即，所有Layer2交易都會“匯總”到一個交易的調用數據是以太坊交易存儲數據參數的只讀區域）內，然后打包進區塊提交至Layer1。

鑒于調用數據在成本上比Layer1storage低得多，Rollup方案可以讓任何人在任何時候都能從Layer1上獲取Layer2上的交易數據，用來驗證狀態轉換。因此，Layer2數據一旦提交，即可從Layer1上獲得。這一特性可以免去活性假設和數據可用性假設的要求，讓Rollup相比狀態通道和Plasma更具優勢。

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根據狀態轉換的驗證方式，我們可以將Rollup分為兩類：ZKRollup和OptimisticRollup。

ZKRollup：在ZKR中，運營者必須為Layer2上的每個狀態轉換生成一個zk-SNARK有效性證明，并將這些有效性證明提交至Layer1上的Rollup合約。Rollup合約會驗證這些從舊的默克爾根到新的默克爾根的狀態轉換的證明是否有效。雖然使用了新的元件，但是這些保障從本質上來說是密碼學的。

OptimisticRollup：在OR中，運營者將新的默克爾根與交易數據一起提交至Layer1上的Rollup合約。每個人都會假設這是有效的狀態轉換，樂觀地向前推進。因為，如果狀態證明無效，就會有參與者使用欺詐證明來挑戰它。這些保障從本質上來說是密碼學經濟的，因為代幣獎勵以及質押和罰沒機制會激勵運營者保持誠實。

根據深層次的對比分析可知，ZKR更適合那些敲定時間較短的代幣轉賬，但是不支持通用型應用所需的兼容EVM的智能合約。相比之下，OR更適合那些需要兼容EVM的智能合約的應用，但是在默認情況下，敲定時間較長，因為需要等待欺詐證明挑戰期結束。

誰在開發Rollup？

有很多團隊都在開發ZKR和OR實現，并根據不同的場景設計了不同的假設和特性。

ZKR：MatterLabs團隊開發的zkSync已在以太坊主網上線。Loopring已經使用ZKR推出了中心化交易所和支付服務。StarkWare團隊的StarkEx是一種使用zk-STARK的ZKR技術，因此不依賴于可信設置，具有更強的可擴展性，而且能夠抵御量子計算攻擊。

OR：至少有9個項目在研究不同的OR變體方案。最大的區別在于是否支持EVM兼容性和欺詐證明挑戰的交互性要求。例如，Celer、Nutberry和Optimism支持兼容EVM的智能合約和非交互型欺詐證明。

StatusNetwork

Status的一大愿景就是成為“以太坊上的窗口”。雖然StatusMessenger不直接與以太坊區塊鏈交互，但是該應用整合了安全的密碼學錢包和Web3.0瀏覽器。這二者都需要與以太坊交互，由于上文提到的可擴展性挑戰，會直接受到gas價格飆升的影響。

StatusNetwork旗下的Keycard產品正在探索構建一種支付網絡，旨在滿足當前以太坊網絡所不具備的信用卡級別的可擴展性和即時確定性。

另外，StatusNetwork還采取了許多其它舉措，例如，Kudosrewards、Tribute-to-Talk和ENS域名。這些舉措非常需要較低的gas價格，來實現可行的部署和良好的用戶體驗。

雖然StatusNetwork的Nimbus團隊正在與其它客戶端團隊合作開發以太坊2.0，但是上述Status舉措很快就能從Layer2可擴展性方案中受益。

因此，我們Status團隊評估Layer2方案已經有一段時間了。由于上述種種原因，Rollup肯定是首選。其中，支持智能合約的OptimisticRollup方案更吸引我們，因為它適用于我們的所有用例。

點對點：目前，所有Rollup架構都要依靠運營者聚合來自客戶端的所有交易，并使用傳統的客戶端-服務器架構來創建區塊。缺點是可能會引入中心化和審查制度，并降低隱私性。

因此，我們Status團隊正在探索Layer2上的客戶端-運營者交互如何使用我們的去中心化點對點協議來提供隱私保護路由和抗審查性。例如，使用Waku來將交易路由至不同的運營者既能保護客戶的隱私，又能在抵抗審查的同時為他們提供不同的路徑來發布交易。

結論

雖然我們準備在接下來的幾年大規模升級至以太坊2.0，但是過去的幾年來，Layer2方案在不斷發展，Rollup成為繼狀態通道和Plasma之后的新秀。

在本文中，我們全面調查了Layer2的環境，總結了不同的方案及其優缺點，以鼓勵更多項目方采用Rollup。最后，我們還提到了Status團隊對Layer2方案的探索。

原文鏈接:https://our.status.im/lets-rock-n-rollup/作者:RajeevGopalakrishna翻譯&校對:閔敏&阿劍

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