Web3新手系列：以太坊Rollups介绍

以太坊作为目前最活跃的区块链平台之一，它承载着大量的去中心化应用，从 DeFi（去中心化金融）到 NFT（非同质化代币），生态系统非常繁荣。不过，链上的交易的繁荣也伴随着一些固有的挑战，例如经常由于网络拥堵导致交易的费用疯狂上涨、交易时间变长、失败率增加，非常影响链上参与者的热情。

为了解决以上问题，同时不影响主链的分布式特性，社区主要采用 L2 扩容方案。L2 的核心原理是将计算和交易从主网（也就是 L1）放到第二层网络上执行，只将最终的交易结果提交到主网。这样能够让交易本身更加高效、费用更低，同时依然能够继承主网的安全性。

比较知名的 L2 方案有 Rollups、侧链等。

其中 Rollups 又细分为 Optimistic Rollups 和 Zero-Knowledge Rollups（ZK-Rollups）。

OP-Rollups

先来看下 Optimistics Rollups，它将所有交易计算和状态更新放在 L2 网络上进行（这能够加快交易速度、减少交易费用），然后将交易的原始数据批量压缩后发布到主网（这用于确保交易有效）。在提交时，L2 节点会默认认为这些交易都是有效的，不包含恶意交易，这使用到了现实世界的法律：如果没有人能证明你有罪，那你就应该被认为是无罪的。这种模式去掉了大量无用的验证，能够极大的加快交易确认速度，提升交易效率。

在交易被节点提交后，验证者如果发现某笔交易有问题，可以在七天内提交一个欺诈证明，此证明将交由 L1 上的智能合约验证，由于提交者需要明确指出有问题的交易，验证者只需要验证指定的交易即可，所以能够很快证明交易究竟是否有问题。如果真的包含了有问题的交易，那么此交易所在的 Batch 以及其之后的所有 Batch 都不得不回滚，L2 链将会整体回滚到作恶交易执行前的状态，作恶的节点会受到惩罚（没收质押的保证金），而验证者则会收到一些奖励。

如果在七天内没有收到任何节点提交的欺诈证明，那么所有交易将被区块链网络确认合法。

目前来看，“欺诈证明”是个相当实用的设计，它就像是神话故事中的达摩克利斯之剑，它的存在本身要比用它做出实际惩罚更有用。持剑人能够对害虫进行有效威慑的作用，要远远大于其本身的战斗力所带来的作用。从现状而言，几乎从来没有节点提交欺诈证明，更别说真的证明出节点作恶了。原因是多方面的，例如各个实现了 Op-Rollups 的项目本身就已经经过了充分的测试、严重的惩罚导致作恶成本很高，以及节点作恶带来的经济和信用损失要远远高于作恶而带来的微不足道的收益。

实际上，相比起节点作恶，人们更常遇到的反而是网络波动、软件 bug 导致的网络波动或中断。而 Op-Rollups 的缺点则主要在于长达七天的挑战期所带来的资金流转问题，以及中心化风险等。

ZK-Rollups

与天生乐天派的 Op-Rollups 相反，ZK-Rollups 在将数据提交到链上时，除了压缩后的数据本身外，还需要附带一个有效性证明。也就是说，ZK-Rollups 同样将交易放在链下进行，同样将交易打包提交到主网，但是在正式提交之前，需要先在链下计算出一个有效性证明。

ZK 的概念实际上在区块链诞生之前就已经存在，但是现实世界的复杂性使得它的应用场景非常有限，在应用时需要限制在很小的范围内，例如特定两方的隐私问题，并且通常要有一个中心化的验证者，这决定了它本身就需要基于一定程度的信任。而区块链在应用 ZK 技术时的优势就在于它能够天然的将复杂性收敛到智能合约内，它实际上只需要验证在区块链上的数据和计算，智能合约做不到的事情它自然也无法验证。所以相比前者，人们只要相信去中心化的智能合约即可，这种信任无需锚定任何中心化的组织或个人。

ZK-Rollups 相对与 Op-Rollups 的复杂性也在于此，它需要根据交易执行时的数据和交易执行所经过的实际逻辑，编译成一条复杂的逻辑电路图，然后根据这个电路图，使用专用的证明器通过密码学计算，生成出一个能够被快速验证的结果（这里需要耗费一些时间）。由于数学运算依赖于算力强大的计算机，所以通常会有专用的编译器和验证器进行这些工作。

Layer 2 成本

那么，还有个问题，L2 网络的存在目的之一是为了降低用户在 L1 上交互的成本，那么它们本身的成本如何？

首先是 Op-Rollups，它的成本主要有两处：一个是把压缩后的交易数据提交到 L1 时需要支付的交易费用；另外还有 L2 节点的运营成本（包括它们的硬件以及利润）。最终这些成本都将转嫁给用户。

好消息是目前以太坊的 EIP-4844 方案让 L2 与主网交互时的费用大幅降低了。

除此之外，维护节点需要将大量的资金锁仓，这部分资金无法用于其他目的，可能会让投资者错失机会并造成间接损失。

ZK-Rollups 的成本则主要来自于计算成本，生成零知识证明需要占用大量的计算资源，并且需要部署专门的硬件。而且与 Op-Rollups 相同，它也需要承担将数据提交到链上的交易费用。

并且，专业的硬件让普通用户望而却步，这也会导致网络更加中心化。

总结

无论是 Optimistic Rollups 还是 ZK-Rollups，都是以太坊生态为应对可扩展性挑战而给出的关键答案。当前，两大方案仍在演进中，随着以太坊 EIP-4844 等升级落地，L2 的数据发布成本已大幅降低，这将进一步释放两种方案的潜力。