随着 以太坊 网络在可扩展性方面面临挑战，两种有趣的解决方案在第二层扩展技术的前沿出现：乐观 Rollups 和零知识 (ZK) Rollups。这些发展通过链下处理交易来降低费用并提高吞吐量，从而缓解以太坊主网的拥堵。它们在第二层空间中的影响是显著的，因为它们为同一问题提供了多种解决方案，并在投资者和开发者中引发了讨论。
随着去中心化金融 (DeFi) 和非同质化代币 (NFT) 的出现，以太坊的网络容量面临着前所未有的压力。Etherscan 的数据显示，在需求旺盛时，平均 gas 价格飙升，偶尔达到普通用户无法接受的水平。这突显了急需合理的扩展解决方案。
以太坊的联合创始人 Vitalik Buterin 在关于第二层解决方案的博客文章中强调，“在短期到中期，也许甚至长期内，Rollups 目前被定位为以太坊唯一的无需信任的扩展解决方案。”
这种认可推动了 Rollups 进入前台，并且它们现在是以太坊路线图的基本部分。
乐观 Rollups 和 ZK-Rollups 都将多笔交易合并成一个批次发送到以太坊主网。然而，它们在安全性和验证性上实现的方式有所不同。正在构建或投资以太坊生态系统的利益相关者首先必须理解这些差异。
本文探讨了 Rollups 的机制，分析了乐观 Rollups 和 ZK-Rollups 的特定特征，对比它们的优缺点，并探讨它们的现状和未来应用。因此，读者应该对这些技术有全面的了解，以及它们最终将如何影响以太坊的未来。
什么是 Rollups？
从根本上讲，Rollups 是一种第二层扩展解决方案，旨在离链处理交易，然后将数据的压缩版本提供回主网，从而增加类似以太坊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，在不影响安全性的情况下提高可扩展性。
Rollups 将多个交易组合成一个批次，从而聚合或“Roll up”许多数值。然后，这个批次离链运行，生成的状态上传回主网。因此，Rollups 理论上可以达到比单靠以太坊主网高出几个数量级的交易吞吐量。
以太坊改进提案 (EIP) 4844，有时也称为 Proto-Danksharding 的推动下，这一理念吸引了大量关注，因为它旨在降低数据成本，从而使 Rollups 更加高效。这个提案和其他提案一起，使 Rollups 成为以太坊扩展策略的关键组成部分。
Rollups 利用以太坊网络的固有安全性。将交易数据或证明上传回主网保证了即使第二层解决方案受到攻击，用户也可以依赖于以太坊的内在安全保证。这是将 Rollups 与可能安全性较低的侧链或其他第二层解决方案区分开来的一个关键特征。
Consensys 的分析表明，Rollups 可以将以太坊的交易吞吐量从大约每秒 15 笔交易 (TPS) 提升到数千 TPS。对于需要高扩展性的平台，包括去中心化交易所 (DEX)、游戏平台和高频交易系统，这使它们成为一个引人入胜的解决方案。
Rollups 与以太坊的智能合约功能无缝衔接。与第二层解决方案交互的合约使开发者能够在不增添主网负担的情况下创建复杂的功能。这种兼容性是 Rollups 在多个应用程序中的采用的根本。
然而，Roll-ups 并非没有困难。它们可能涉及与现有以太坊工具的数据可用性和互操作性方面的复杂性，要求用户和开发人员采用新技术。确保 Roll-up 系统中的去中心化，避免单点失败，这是另一个持续存在的问题。
什么是乐观 Rollups？
乐观 Rollups 是一种假设交易默认有效的 Rollup 类型，因此称之为“乐观”。它们只有在指定的挑战期内提交欺诈证明时才进行计算——更确切地说是验证。由于只有在怀疑欺诈时才需要单独验证交易，这种乐观假设实现了更高的可扩展性。
基本过程依赖于一个挑战期，在此期间任何人都可以通过提供欺诈证据来质疑交易的有效性。如果发现欺诈交易，系统会将其回滚，恶意行为者可能会支付罚款。这种系统通过依赖博弈论的理念和鼓励诚信来维持安全性。
乐观 Rollups 设计为与以太坊虚拟机 (EVM) 兼容，几乎无需更改即可运行以太坊智能合约。对于希望将当前应用引入第二层解决方案而无需大幅重写的开发者而言，这种兼容性简化了过渡。
乐观 Rollups 的主要实施之一是乐观 Optimism。Optimism 团队表示，他们的解决方案可以将 gas 成本降低 10-100 倍。
Arbitrum 是由 Offchain Labs 开发的另一个知名项目，由于其强大的特征和面向开发者的环境，它拥有高度的关注和接受度。
然而，乐观 Rollups 存在一定的缺陷。在将资金提回以太坊主网上时，挑战期可能会导致延迟，可能长达几小时到一周。对于那些需要即时流动性的人，这种延迟可能会成为问题。为了解决这个问题，包括快速退出系统或流动性提供者的解决方案正在开发中，但增加了复杂性。
此外，乐观 Rollups 的安全性依赖于这样的假设：如果有需要，至少有一个诚信参与者会提供欺诈证据。尽管这一模型很强大，但并非无懈可击。在发生勾结或没有诚信参与者的情况下，系统可能会受到威胁。
尽管存在这些障碍，乐观 Rollups 仍然得到了相当广泛的接受。例如，最大的去中心化交易所之一 Uniswap 已在 Optimism 上设置，该交易所指出较低的费用和更高的吞吐量是主要优势。这一举动让 Uniswap 的用户可以更轻松地进行交易，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 通过使用加密证据来验证交易，采取了不同的方法。它们特别创建简短的、非交互式零知识证明 (SNARKs 或 STARKs) 来确认交易正确性，而无需披露其他信息。这一系统保证了每笔交易都是合法的，并且作用于消除挑战期的需求。
ZK-Rollups 交易在链下处理，并随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此证明来保证有效状态转换。在提取资金时，这种方法实现了几乎即时的最终性——相较于乐观 Rollups 的一大优势。
ZK-Rollups 的一个主要优点是其强大的安全保证。每个交易批次都附有有效性证明，因此无需依赖博弈论激励或诚信参与者来发现欺诈。ZK-Rollups 由于这种加密保障而相当安全。
ZK-Rollups 的领先实现是由 Matter Labs 创建的 ZKSync 和 StarkWare 的 StarkEx。项目的可扩展性和效率显示出显著进展。例如，zkSync 承诺在保持高安全标准的同时将 gas 成本降低多达100倍。
然而，ZK-Rollups 需要应对计算复杂性。资源需求大使得支持任意智能合约逻辑可能具有挑战性。即便ZK-Rollups 对于简单交易如交易和转账更有效，当前的复杂操作支持正在增强。
另一个限制是缺乏完整的 EVM 兼容性。以太坊的智能合约本质上不是为了与零知识证明交互而设计的，因此开发者可能需要重写合约或使用专业化编程语言。致力于解决这一问题的项目如 zkEVM 是一个尝试生产一个与EVM兼容的ZK-Rollup。
尽管存在这些难题，ZK-Rollups 的即时最终性和加密优势使其对于速度和安全性至关重要的使用案例具有吸引力。技术的成熟应能够支持更广泛的功能。
比较乐观 Rollups 和 ZK-Rollups
尽管乐观 Rollups 和 ZK-Rollups 都旨在通过链下处理交易来扩展以太坊，它们的基础机制导致了不同的权衡。
验证和安全性
乐观 Rollups 依赖于欺诈证明和挑战期来确保交易的有效性。这意味着无效交易可以被撤销，但前提是有人检测到并报告它们。相反，ZK-Rollups 使用有效性证明来加密地保证提交给主网的每个交易批次的正确性。
根据 Electric Capital 的报告，“ZK-Rollups 提供了更强的安全性，因为它们不依赖于博弈论假设。”
提款延迟
由于挑战期，乐观 Rollups 在提款时存在显著延迟，可以长达一周。这可以通过流动性提供者来缓解，但增加了复杂性。ZK-Rollups实现了即时。 内容: 提款是因为有效性证明确保状态是正确的。
EVM 兼容性
Optimistic Rollups 一般具有更高的 EVM 兼容性，允许开发者以最小的更改部署现有的以太坊智能合约。ZK-Rollups 由于需要为复杂操作生成证明的计算强度，历史上一直在 EVM 兼容性方面存在困难。然而，诸如 zkEVM 之类的进步正试图缩小这一差距。
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，尤其是对于简单交易，因为有效性证明更有效地压缩交易数据。Optimistic Rollups 可能由于需要欺诈证明而具有更高的开销。
复杂性和开发努力
由于涉及高级密码学，实施 ZK-Rollups 更加复杂。这可能会减缓开发速度并增加出现错误的可能性。Optimistic Rollups 实现相对较简单，这导致应用程序的更快部署。
生态系统采纳
两种类型的 rollups 都得到了显著的采纳。由于其 EVM 兼容性，Optimistic Rollups 当前拥有更多的 DeFi 应用。随着 EVM 兼容解决方案的成熟，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，反映了信任和采纳的增长。
监管审议
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，可能更符合监管预期。
乐观滚动和 ZK-Rollups 的使用案例
Optimistic Rollups 的 EVM 兼容性使其非常适用于复杂的智能合约应用。这使其特别适合 DeFi 平台、NFT 市场和其他需要复杂逻辑的应用。例如，Synthetix，一个衍生品流动性系统，与 Optimism 合作降低费用并提高可扩展性。通过此集成，用户能够更快地交易合成资产并减少摩擦。
当交易速度和安全性至关重要时，ZK-Rollups 彰显优势。ZK-Rollups 的即时最终性和高吞吐量将帮助支付应用、点对点交易的分布式交易所和游戏平台。使用 ZK-Rollups，Loopring（一个 Layer 2 协议）创建了一个分散的交易所，提供快捷且便宜的交易。Loopring 的数据表明，用户可以以低至主网费用0.1% 的费用进行交易，使其相当便于使用。
另外，ZK-rollups 也在隐私意识应用和身份验证中越来越受欢迎。为了合规性和用户隐私，零知识证明让用户可以验证特征而不泄露私人信息——这是一种相当受欢迎的能力。
项目如 zkSync 旨在在 ZK-Rollups 上启用智能合约，因此开启了基于 Optimistic Rollups 的此前受限使用案例。随着这些技术的进步，它们的能力界限可能会模糊，从而为开发者提供更多自由。
最终想法
Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 之间的竞争代表了以太坊寻求可扩展性的健康进步。两种技术都有特殊的优势，对于网络管理日益增长的需求至关重要。
通过其 EVM 适应性和更容易实现，乐观 roll-ups 在 DeFi 场景中相当受欢迎。ZK-Rollups 提供的更强大的安全保障和瞬时最终性正在扩大加密创新的界限。
随着以太坊生态系统的发展，两种选择可能会共存，以满足各种需求和目的。由于其发展将极大地影响分布式应用的方向，开发人员、投资者和消费者应保持对这些技术的了解。
正如 Vitalik Buterin 所说，“在短期内，rollups 是唯一无需信任的扩展解决方案，而在长期内，它们是以太坊生态系统的重要组成部分，”这公正地总结了情况。
Optimistic 和 ZK-Rollups 的发展突出显示了这一愿景：承诺更加可扩展和高效的以太坊网络。