以太坊扩容之Layer2 和 Rollup 解决方案

矫情吗；* 2023-01-10 03:39 100阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  一、背景
     *  二、什么是Layer 2
     *  三、Layer2的主要技术
     *  四、什么是Rollup
     *   *  什么是Optimistic Rollup（OR）？
         *  什么是ZK Rollup（ZKR）？
     *  五、参考

## 一、背景 ##

2020 年 9 月，以太坊的 gas 价格突破历史新高，超过 477 Gwei，或许这预示着离 gas 价格涨至 Twei 的日子不远了。

自 2017 年的 ICO 热潮以来，以太坊网络上还没有如此拥堵过，可以说现在的拥堵程度更高了。区块 gas 上限也创下了历史新高 1250 万。交易量达到了 2017 年的峰值的水平，区块大小也达到了历史最高水平。

## 二、什么是Layer 2 ##

Layer 1 层改进是指通过对**某条公链的本身**改进来提升它的可拓展性，即**链上改进**。

Layer2是一系列**链下扩展性解决方案的统称**，该种拓展**不影响该公链本身**，通过其他方式实现可拓展性的提升，**即链下改进。**

在 Layer 2 上处理交易，只在必要时使用 Layer 1。这类解决方案包括状态通道、侧链和 Plasma 等。多年来，已经有很多项目探究过这些方案，取得了巨大进展。

## 三、Layer2的主要技术 ##

*  状态通道： 最早的layer2方案，比特币的闪电网络  
    代表项目：闪电网络、雷电网络、celer等  
    现状：状态通道类型的layer解决方案基本处于瓶颈停滞期
 *  Plasma： 由闪电网络提出人Joseph Poon和以太坊创始人Vitalik 共同提出  
    代表项目：OMG、Matic等  
    现状：大多数Plasma项目已经停止或转方向，少数团队还在坚持，活力不强
 *  侧链：对**实现和主链价值双向锚定的以区块链形式实现的协议的总称。**  
    非拓展型： Plasma、波卡平行链、  
    托管型：xDAI
 *  ZK Rollup： 引入零知识证明技术，将数百个交易捆绑为一个交易。链上验证一次的交易中持有的所有转移，退出的等待时间很短。  
    代表作品： Loopring、zkSync等
 *  OP Rollup： 借鉴了Plasma 和 ZK Rollup设计。但某种程度的在拓展性上进行了权衡，以允许在受Layer1 保护的 Layer2 中允许完全通用的智能合约。  
    代表团队： Fuel Labs、Optimism等

Layer 2 方案在不断发展，Rollup 成为继状态通道和 Plasma 之后的新秀。

## 四、什么是Rollup ##

科普 | Rollup 为何能成为当下最火的 Layer2 方案  
参考URL: https://www.sohu.com/a/436187338\_100217347  
以太坊Layer2 Rollup扩容解决方案的探讨  
参考URL: https://www.qklw.com/top/20210118/160228.html

从前面内容看，Rollup就是Layer2 解决方案一个具体实现分类。

Rollup解决方案推出已经有2年多了，Rollup 技术解决了之前 Plasma 暴露出的问题，提供了和以太坊 Layer 1 （也就是以太坊自己） 相同的数据可用性和安全性，而且还能极大提高网络的吞吐能力，同时降低单笔交易成本。正因如此，虽然很多人在广义上称 Rollup 为 Layer 2 的技术，但事实上其却是介于 Layer 1 和 Layer 2 之间 。

\*\*Rollup 的核心理念很简单，就是将原本散布在区块中的大量交易数据，打包成一笔「浓缩」的交易，发布到链上。\*\*为确保其中每笔交易的有效性，各种 Rollup 方案设计了不同的机制，以确保整个过程的安全性与 Layer 1 保持一致。

Rollup是类似于Plasma的Layer2扩容解决方案，它借鉴了Plasma的许多概念。Rollup在某种意义上类似于Plasma，通过将交易从链下迁移至由主网（也就是Layer1）保护的Layer2侧链来扩容以太坊。**这两种扩容方案都将智能合约部署到主网上，其中包含了存放在侧链中的所有资金和侧链当前状态的证明。侧链用户和运营商对侧链进行维护，并确保将有效的状态转换提交给主网合约。**

Rollup的概念可以追溯到2014年，被以太坊联合创始人Vitalik Buterin称为“Shadow Chain”，即影子链。 Plasma和状态通道等解决方案的失败导致开发人员重新审视了Buterin的Shadow Chain（现称为Rollup）。

Rollup建立在“Shadow Chain”构想的基础上，通过在链外执行状态并且仅使用以太坊区块链来实现数据可用性。

\*\*Rollup有两种类型：Optimistic Rollup和ZK Rollup。\*\*它们在确保侧链区块有效性方面采取的方法有所不同。对于Optimistic Rollup，有效性由欺诈证明和同步假设来确保，而对于ZK Rollup，有效性则由零知识证明来确保。

### 什么是Optimistic Rollup（OR）？ ###

在 OR 中，运营者将新的默克尔根与交易数据一起提交至 Layer 1 上的 Rollup 合约。每个人都会假设这是有效的状态转换（不会像 ZKR 方案中那样进行验证），乐观地向前推进。因为，如果状态证明无效，就会有参与者使用欺诈证明来挑战它。这些保障从本质上来说是密码学经济的，因为代币奖励以及质押和罚没机制会激励运营者保持诚实。

至少有 9 个项目在研究不同的 OR 变体方案（具体可以参考这篇文章中的对照表）。最大的区别在于是否支持 EVM 兼容性和欺诈证明挑战的交互性要求。例如，Celer、Nutberry和 Optimism 支持兼容 EVM 的智能合约和非交互型欺诈证明。

### 什么是ZK Rollup（ZKR）？ ###

ZK Rollup是一种Layer2扩容解决方案，其中所有资金都由主链上的智能合约持有，而它执行链下的计算和存储，其侧链的有效性通过零知识证明来确保。

ZK Rollup最初由Barry Whitehat于2018年提出，其安全保障与底层Layer1（即以太坊）相同，可以在一分钟内生产区块并将吞吐量提高至2,000 tps。ZK Rollup实现的项目包括Matter Labs和Starkware。

在 ZKR 中，运营者必须为 Layer 2 上的每个状态转换生成一个 zk-SNARK有效性证明，并将这些有效性证明提交至 Layer 1 上的 Rollup 合约。Rollup 合约会验证这些从旧的默克尔根到新的默克尔根的状态转换的证明是否有效。虽然使用了新的元件，但是这些保障从本质上来说是密码学的。

**Matter Labs 团队开发的 zkSync已在以太坊主网上线。** Loopring 已经使用 ZKR推出了中心化交易所和支付服务。StarkWare 团队的 StarkEx 是一种使用 zk-STARK（而非 zk-SNARK）的 ZKR 技术，因此不依赖于可信设置，具有更强的可扩展性，而且能够抵御量子计算攻击。

## 五、参考 ##

以太坊扩容之Layer-2 Rollup扩容解决方案的探讨  
参考URL: https://www.jinse.com/blockchain/948980.html  
【强烈推荐-入门理解】【洞若观火的研究员】第四期：Layer 2的现状剖析和未来推演  
https://www.bilibili.com/video/BV1a54y1z7Zp  
科普｜Rollup为何能成为当下最火的Layer2方案  
参考URL: https://baijiahao.baidu.com/s?id=1685070040739883527