随着 Ethereum 网络面临可扩展性挑战，两个有趣的解决方案在 Layer 2 扩展技术的最前沿浮出水面：Optimistic Rollups 和零知识 (ZK) Rollups。通过在链下处理交易，这些开发旨在降低费用和提高吞吐量，从而缓解以太坊主网的拥塞。由于它们为同一问题提供了多种解决方案，并开始在投资者和开发者之间展开讨论，因此它们在 Layer 2 领域的影响值得注意。
随着分布式金融 (DeFi) 和非同质化代币 (NFTs) 的出现，以太坊的网络容量面临前所未有的压力。Etherscan 的数据显示，在需求旺盛时期，平均燃气价格飙升，偶尔达到常规用户无法接受的水平。这突显出迫切需要切实可行的扩容解决方案。
以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 在关于 Layer 2 解决方案的博客文章中强调：“在短期和中期，甚至长期内，Rollups 是目前被认为是以太坊唯一无信任扩容解决方案。”
这一认可推动了 Rollups 进入公众视野，并成为以太坊路线图中的核心位置。
Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 都将多个交易一起打包后发送到以太坊主网。然而，它们在达成安全性和验证方面实现的方式却大相径庭。建设或投资以太坊生态系统的利益相关者必须首先了解这些差异。
本文探讨了 Rollups 的机制，查看了 Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 的特定特性，对比了它们的优缺点，并探讨了它们的当前和未来应用。因此读者应该对这些技术以及它们将如何最终影响以太坊未来有一个深刻的认识。
什么是 Rollups？
从根本上说，Rollups 是 Layer 2 扩容解决方案，旨在链下处理交易，然后将数据的压缩版本提供回主网，从而提高像以太坊这样的区块链系统的吞吐量。减少主区块链的计算和存储负载是主要目标；因此，在不牺牲安全性的情况下提高了可扩展性。
Rollups 将多个交易合并为一个批次，从而聚合或“滚动”多个值。之后，这批次在链下运行，并且结果状态上传回主网。理论上，Rollups 可以实现比单独在以太坊主网可实现的交易吞吐量高出几个数量级。
在以太坊改进建议 (EIP) 4844，也被称为 Proto-Danksharding 之后，这一理念吸引了大量关注，因为它旨在降低数据成本，从而更有效地进行 roll-up。包括此提案在内，Rollups 已成为以太坊扩容战略的关键组成部分。
Roll-ups 利用以太坊网络的安全性。将交易数据或证明发布回主网确保用户即使在 Layer 2 解决方案被黑客攻击的情况下，仍可以依赖于以太坊固有的安全保证。这是一个关键特性，将 Rollups 与 sidechains 或其他可能较少安全机制的 Layer 2 解决方案区分开来。
ConsenSys 的分析表明，Roll-ups 可以将以太坊的交易吞吐量从大约每秒 15 笔交易 (TPS) 提高到数千 TPS。这使得它们成为一个有趣的解决方案，适用于需要大规模扩展的应用程序，例如分布式交易所 (DEXs)、游戏平台和高频交易系统。
此外，Roll-ups 与以太坊的智能合约功能无缝对接。与 Layer 2 解决方案交互的合同让开发人员可以创建复杂的功能而不会给主网带来负担。在多个应用程序中采用 Roll-ups 取决于此兼容性。
然而，Roll-ups 并非没有困难。它们可能涉及到数据可用性和与现有以太坊工具的互操作性问题，并要求用户和开发人员接受新技术。确保去中心化并在 roll-up 系统中避免中央故障点是另一个持续的问题。
什么是 Optimistic Rollups？
Optimistic Rollups 是一种假定交易默认有效的 roll-up 类型，因此称为“乐观”。它们仅在被提交的欺诈证明在指定的挑战期内验证时进行计算，尤其是验证。由于不必单独验证交易，除非怀疑欺诈，这种乐观的假设实现了更高的可扩展性。
基本过程依赖于一个挑战期，其中任何人都可以通过提供欺诈证据来挑战交易的有效性。如果发现欺诈交易，系统会将其回滚，并且恶意行为者可能会受到罚款。这种系统依赖博弈论概念和鼓励诚信来维护安全性。
为与以太坊虚拟机 (EVM) 兼容而构建，optimistic roll-ups 可以在不需要大规模更改的情况下运行以太坊智能合约。对于希望在 Layer 2 解决方案上引入当前应用程序而无需进行重大重写的开发人员而言，这种兼容性简化了转换。
Optimistic Rollups 的领先实现之一是 Optimism。Optimism 团队声称，他们的解决方案可以将燃气成本降低到以太坊主网的 10 到 100 倍。
由 Offchain Labs 开发的 Arbitrum 是另一个著名的项目，因其强大的特性和开发者友好的环境而广受关注和接受。
然而，Optimistic Rollups 存在一些缺点。从资金提取回以太坊主网时，挑战期（可能运行几个小时到一周）引入了延迟。对于那些需要即时流动性的人来说，此延迟可能会成为问题。为了解决这个问题，正在开 发包括快速退出系统或流动性提供者在内的解决方案，但这增加了复杂性。
此外，Optimistic Rollups 的安全性依赖于一种假设，即至少存在一个诚实参与者可以在必要时提供欺诈证据。尽管这种模型很强大，但并不是完美无缺的。在发生串通或不存在诚实参与者的情况下，系统可能会受到攻击。
尽管面临这些障碍，Optimistic Rollups 在取得了相当普遍的接受。举一个例子，最大的分布式交易所之一 Uniswap 已部署在 Optimism 上，并指出较低的费用和更高的吞吐量是主要优点。这一举措让 Uniswap 的用户可以更少摩擦地进行交易，从而提高了平台的可访问性。
什么是零知识 Rollups？
零知识 Rollups，或 ZK-Rollups，通过使用加密证明来验证交易，采用了一种不同的方法。它们具体创建简短的、非交互的零知识证明 (SNARKs 或 STARKs)，确认交易的正确性，而无需披露任何其他信息。这种系统确保每笔交易都是合法的，不需要挑战期。
ZK-roll-through 中的交易在链下处理，并随着有效性证明一起发送到以太坊主网。主网智能合约通过验证该证明来保证有效状态转换。在提取资金时，这种方法能够实现近乎即时的定案—相比于 Optimistic Rollups 是一个巨大的优势。
ZK-Rollups 的主要优点之一是它们的高安全性保证。每批交易都带有有效性证明，因此不需要博弈论激励或诚实的参与者来发现欺诈。有了这种加密保证，ZK-Rollers 相当安全。
ZK-Rollups 的领先实现是由 Matter Labs 开发的 ZKSync 和 StarkWare 的 StarkEx 项目。这些项目的可扩展性和效率取得了显著进展。例如，zkSync 承诺保持高安全标准，同时将燃气成本降低多达 100 倍。
然而，ZK-Rollups 必须克服计算复杂性。零知识证明需要资源，因此支持任意智能合约逻辑可能会很困难。虽然目前在简单交易（例如交易和转账）中更有效，但 ZK-Rollups 正愈加高效以支持更复杂的操作。
另一个限制是缺乏全面的 EVM 兼容性。以太坊的智能合约并非天然与零知识证明交互，因此开发人员可能需要重写合约或使用专用编程语言。为了解决这一问题，zkEVM 等项目正在努力生产一种 EVM 兼容的 ZK-Rollup。
尽管面临这些挑战，ZK-Rollups 的即时定案和加密强度使它们在速度和安全性至关重要的应用中具有吸引力。随着技术的成熟，应该能够支持更广泛的功能。
比较 Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups
虽然 Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 都旨在通过链下处理交易来扩展以太坊，但其基础机制导致不同的权衡。
验证和安全性
Optimistic Rollups 依赖欺诈证明和挑战期来确保交易有效性。这意味着无效交易可以被回滚，但前提是有人检测并报告它们。相比之下，ZK-Rollups 使用有效性证明，密码学上保证提交到主网的每批交易的正确性。
根据 Electric Capital 的报告，“ZK-Rollups 提供了更强的安全保证，因为它们不依赖于博论假设。”
提款延迟
由于挑战期，Optimistic Rollups 有显著的提款延迟，可能长达一周。这可以通过流动性提供者来缓解，但增加了复杂性。ZK-Rollups 允许即时... 内容: 由于有效性证明确保状态是正确的，所以提款是安全的。
EVM兼容性
Optimistic Rollups 通常与 EVM 兼容性更强，使得开发人员可以在现有以太坊智能合约上进行最小的修改并部署。ZK-Rollups 过去在 EVM 兼容性方面一直存在困难，因为复杂操作的证明生成过程计算强度高。然而，诸如 zkEVM 等进展正在努力缩小这一差距。
性能和可扩展性
ZK-Rollups 可以提供更高的吞吐量和更低的费用，尤其是对于简单的交易，因为有效性证明更有效地压缩了交易数据。由于需要欺诈证明，Optimistic Rollups 可能有更高的开销。
复杂性和开发工作量
由于涉及高级加密技术，实施 ZK-Rollups 更为复杂。这可能会减缓开发速度并增加出现错误的可能性。Optimistic Rollups 实现相对简单一些，从而导致应用程序部署更快。
生态系统采用
两种类型的 rollups 都已获得显著采用量。由于其 EVM 兼容性，Optimistic Rollups 当前拥有更多的 DeFi 应用。随着 EVM 兼容性解决方案的成熟，ZK-Rollups 正在迎头赶上。根据 Dune Analytics 的数据，两种解决方案中的总锁定价值（TVL）正在增加，反映了信任和采用的增长。
监管考虑
ZK-Rollups 的加密特性可能提供更好的隐私功能，这在监管合规性方面可能是一把双刃剑。Optimistic Rollups 更透明，这可能更符合监管预期。
Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 的应用案例
Optimistic Rollups 的 EVM 兼容性使其成为复杂智能合约应用的理想选择。这使其非常适合 DeFi 平台、NFT 市场，以及其他需要复杂逻辑的应用。举例来说，Synthetix，一个衍生品流动性系统，已与 Optimism 合作以降低费用并提高可扩展性。集成的用户能够以更快速度和更少阻力交易合成资产。
当交易速度与安全性至关重要时，ZK-Rollups 大放异彩。ZK-Rollups 的即时终结和高吞吐量将使支付应用、现货交易的分布式交易所和游戏平台获益。借助 ZK-Rollups，Loopring，一个 Layer 2 协议，创建了一个分散交易所，提供快速且廉价的交易。Loopring 的数据显示，用户能够以不到主网成本 0.1% 的费用进行交易，这使其颇具吸引力。
此外，ZK-Rollups 在注重隐私的应用程序和身份验证中也越来越受欢迎。为了合规和用户隐私，零知识证明让用户无需披露私人信息就能证明特征，这一功能广受欢迎。
诸如 zkSync 的项目旨在在 ZK-Rollups 上启用智能合约，从而开启了先前基于 Optimistic Rollups 的有限应用案例。随着这些技术的进步，其能力界限可能会模糊，为开发者提供更多自由。
最后思考
Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 之间的竞争代表了以太坊在追求可扩展性方面的健康进展。两种技术各有其特殊优势，对网络处理不断增长的需求至关重要。
由于 EVM 的适配和更易实现，乐观汇总在 DeFi 场景中相当受欢迎。ZK-Rollups 提供的更强安全保证和即时终结性正在拓宽密码学创新的界限。
随着 Ethereum 生态系统的发展，这两种选择可能会共存，满足不同需求和目的。由于它们的进步将极大地影响分布式应用的方向，开发者、投资者和消费者应持续了解这些技术。
“在短期内，rollups 是唯一的无信任扩展解决方案，而在长期内，它们是 Ethereum 生态系统的重要组成部分，”Vitalik Buterin 道出的这个总结非常到位。
Optimistic 和 ZK-Rollups 的发展突显了这种愿景：承诺实现一个更具可扩展性和高效性的 Ethereum 网络。