Layer 2 Rollup 的现在和未来

第 2 层汇总概述

在过去几年中，随着以太坊网络上活动的增长，第 2 层 (L2) 汇总解决方案已成为最前沿的解决方案。 与不可替代代币的活动和参与（NFT) 和去中心化金融 (DEFI) 导致第 1 层 (L1) 区块链活动激增。

反过来，以 gas 成本为代表的对区块空间的需求增加了。 由于网络负载的增加，交易完成的时间也增加了。

虽然 以太坊合并 为未来汽油费优化奠定基础； 它并没有直接降低交易汽油费。

在 2020 年夏季和 2021 年夏季需求高峰之间的一年里，以太坊网络上 Gwei 的天然气成本增加了 1300%。 使交易快速且负担得起的需求刺激了两种主要形式的汇总的创建：乐观和零知识 (ZK)。

Rollups 通过将交易处理转移到链下，将它们转换为单个数据，然后作为批次提交回以太坊，以减少相关成本和时间，从而帮助消除对以太坊网络的计算需求。

两者之间的最大区别在于 Optimistic rollups 使用欺诈证明，而 ZK-rollups 依靠零知识证明来验证对主链的更改。

Optimistic 和 ZK-rollups：欺诈证明与有效性证明

欺诈证明在链下捆绑交易，然后将它们重新发布到 L1。 在 L1 上提交 bundle 后会有一个挑战期，在此期间任何人都可以通过计算 a 来挑战汇总的结果 欺诈证明.

同样，零知识证明批量交易链下并将它们作为单个交易提交。 他们的不同之处在于，他们不是假设交易最初是正确的，而是使用 有效性证明 即时证明交易是否有效。 一旦交易被确认为有效，它们就会被提交给 L1。

这就是它们各自名称的来源——欺诈证明是对交易进行追溯检查以查看是否存在任何欺诈交易的地方，而有效性证明是在交易提交给 L1 之前完成的。

虽然两者都有突出的项目，但它们都有各自的优点和缺点。 Optimistic roll-ups 的优点是只有在出现问题时才需要欺诈证明。

这意味着它们需要更少的计算资源并且能够很好地扩展。 问题出在挑战期。 较长的挑战期会增加识别任何欺诈交易的可能性，但这也意味着用户必须等待更长时间才能提取资金。

对于领先的 optimistic rollup 解决方案，例如 Arbitrum 和 Optimism，这个等待期可以长达一周。 或者，ZK-rollup 具有始终反映正确的 L2 状态的优势。 它们的缺点是所有状态转换都需要证明，而不是仅在有争议时才需要证明，这限制了可扩展性。 该技术的复杂性和早期阶段进一步加剧了这种情况。

尽管存在各自的挑战，但 ZK-rollups 被预示为 rollups 的未来。 这主要是由于自动生成有效性证明增加了协议的安全性，由于没有挑战期而大大减少了退出时间，并且 ZK-rollups 拥有更好的数据压缩。

出于这些原因，我们将深入研究 ZK-rollup 空间的当前状态、最新的创新以及未来的发展方向。

ZK-Rollup 空间

正如我们所讨论的，ZK-rollups 主要是 zkSync、Starknet、Polygon zkEVM 和 Scroll 等参与者的焦点，尽管只有 StarkNet 在主网上推出（总计 780MM），但它们都筹集了大量资金来开发他们的解决方案.

这些项目中的每一个都采取了自己的角度，主要区别在于汇总数据可用性策略和证明算法。 数据可用性策略决定了汇总状态数据的存储位置，链上存储提高了安全性，但它会占用以太坊网络上的区块空间，从而降低交易吞吐量。

证明算法是生成有效性证明的手段，可以是 STARK 或 SNARK。

这两种算法都可以帮助开发人员将计算和存储转移到链下，从而提高可扩展性。 他们还能够在无需访问信息本身的情况下验证用户是否有足够的资金和正确的私钥，从而提高安全性。

您可以阅读有关技术差异的更多信息 此处. 与 SNARK 相比，STARK 的优势在于提供更高的可扩展性、安全性和透明度。

但 STARKS 的缺点是证明尺寸更大，验证时间更长，而且 SNARKs 相对只使用了 24% 的 gas。 其中，对于 SNARKS 和 STARKS，我们在速度和成本与可扩展性、安全性和透明度之间进行权衡。

虽然正在探索许多不同的方法，但关于设置 ZK-rollup 的最佳方法还没有明确的答案。 每种配置都会带来各自的好处，许多开发人员仍在探索其汇总设计的最佳选择或组合。

要克服的障碍

正如我们所讨论的，ZK-rollups 仍在开发中，在区块链用户能够获得全部收益之前需要克服各种挑战。

语言兼容性就是这样的挑战之一； 将 EVM 友好的编程语言（例如 Solidity）转换为专门针对 ZKP 优化的定制语言可以帮助提高他们的效率，但它给开发人员带来了采用挑战。

例如，StarkNet 正在寻求使用 Warp 来解决这个问题，Warp 是一种 Solidity 到 Cairo（StarkNet 的 ZKP 的语言）语言编译器，可以自动将 Solidity 转换为 Cairo。 使用 Warp，开发人员无需在 Cairo 中重写代码，从而使整个过程更加顺畅。

其他挑战包括项目的秘密性质，由于担心先发优势和吸引粘性用户群，许多项目都违背了加密的开源精神。 大多数 ZK-rollups 是今年首次推出的，突出了该领域尚未完成的工作量。

最后，虽然汇总（乐观和零知识）具有提高速度和成本的好处，但它往往以分散化为代价。

这是由于对定序器的内在需求，参与者批处理交易并将证明提交给 L1。

目前，所有汇总都需要一个集中式排序器，并使用由单个实体管理的可升级智能合约。 因为这个空间还很早，所以通常需要一个中心焦点来快速修复代码中的错误。 除此之外，这些项目不是开源的，这为社区成员充当排序者创造了另一个障碍。

许多项目都表示他们计划在未来将他们的 sequencer 功能去中心化，但这无疑需要额外的资源和时间。

权力下放计划

启动代币和开源代码将是许多寻求权力下放的项目的下一步。 这些服务的代币化以产生活动和分散产品是我们期望看到无数不同解决方案出现的另一个领域，因为项目希望在市场上创建最具可扩展性、分散性和活跃性的 L2。

StarkWare 和 zkSync 都计划推出代币，Polygon 可能会使用 MATIC 来支持 Polygon 的 zkEVM 计划。 ZK-rollups 上的代币工程是一个比 optimistic rollup 技术更新生的空间，找到一个有效和可持续的模型可以区分和促进采用。

未来

zkEVM 仍处于非常早期的阶段，并且正在竞相在主网上推出。 StarkNet 具有先发优势，但由于使用了 Cairo，在支持 Solidity 特性方面仍然存在挑战，给竞争对手留下了改进空间。

能够积累大量用户群的项目将吸引 dapp 开发人员，从而为他们的平台带来更多 dApp 并增加功能集。 ConsenSys 的 zkEVM 目前正在转向测试网，并因此特别关注 dapp 开发人员，利用 MetaMask、Infura 和 Truffle 等工具，以便他们可以像直接使用以太坊一样部署和管理应用程序。

虽然我们已经讨论了 zkEVM 市场的当前参与者，但其他主要的汇总解决方案，如 Polygon、Optimism 和 Arbitrum 仍然占据着重要的市场份额。

随着 zkEVM 解决方案的成熟，我们可能会看到这些项目寻求过渡到有效性证明或混合解决方案，利用他们现有的用户群来吸引 dapp 开发并保持他们的市场主导地位。 最终，许多 rollup 解决方案（以及它们之间日益激烈的竞争）将继续改善 web3 用户体验，并为应用程序引入平台以吸引下一代用户。

鉴于这些威胁，我们对该领域项目的保密性并不感到惊讶，但我们相信真正的赢家将能够利用 ZK-rollups 的效率并将其与无缝的开发人员和用户体验相结合，从而脱颖而出.