随着 以太坊 网络在扩展性问题上挣扎，Layer 2 扩展技术的前沿出现了两种有趣的解决方案：乐观 Rollups 和零知识 (ZK) Rollups。通过链下处理交易，这些发展旨在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 Layer 2 领域的影响是显著的，因为它们提供了对同一问题的多种解决方案，并在投资者和开发者之间引发讨论。

随着去中心化金融 (DeFi) 和非同质化代币 (NFTs) 的出现，以太坊的网络容量承受了前所未有的压力。Etherscan 的数据显示，在需求旺盛时期，平均 gas 价格飙升，偶尔达到常规用户无法接受的水平。这凸显了对明智扩展解决方案的迫切需求。

“Rollups 目前被定位为以太坊在中短期乃至长期内唯一的无信任扩展解决方案”，以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 在关于 Layer 2 解决方案的博文中指出。

Rollups 的广泛使用受到这一支持的推动，现在成为以太坊路线图上的基本组成部分。

乐观 Rollups 和 ZK-Rollups 都将多个交易打包成一批发送至以太坊主网。然而，它们在安全性和验证方式上有着截然不同的实现。构建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，分析了乐观 Rollups 和 ZK-Rollups 的具体特征，对比它们的优缺点，并探讨它们的当前和未来应用。读者应该因此对这些技术及其对以太坊未来的影响有深入的了解。

什么是 Rollups？

从根本上说，Rollups 是一种 Layer 2 扩展解决方案，旨在链下处理交易，然后将数据的压缩版本提供回主网，从而增加区块链系统（如以太坊）的吞吐量。减少对主区块链的计算和存储负担是主要目标；因此，在不妥协安全性的情况下提高了可扩展性。

Rollups 将多个交易结合到一个批次中，从而汇总或“Roll up”许多值。此后，这批交易在链下运行，结果状态上传回主网。理论上，Rollups 的交易吞吐量可达到比以太坊主网单独能够实现的高几个数量级的水平。

由于以太坊改进提案 (EIP) 4844，也称为 Proto-Danksharding，旨在降低数据成本并因此提高 Rollup 的效率，该理念引起了诸多关注。在其他因素中，这一提案已巩固了 Rollups 作为以太坊扩展战略中的关键组成部分。

Roll-ups 充分利用以太坊网络的安全性优势。将交易数据或证明发布回主网，保证即使 Layer 2 解决方案遭到攻击，用户仍可依赖以太坊的固有安全保证。这是将 Rollups 与侧链或其他可能安全机制较少的 Layer 2 解决方案区分开来的关键特点。

ConsenSys 的一项分析表明，Roll-ups 可以将以太坊的交易吞吐量从约 15 笔交易每秒 (TPS) 提升到数千 TPS。这使其成为分布式交易所 (DEXs)、游戏平台和高频交易系统等需要良好可扩展性的应用程序的有趣解决方案。

另外，Roll-ups 还与以太坊的智能合约功能无缝集成。与 Layer 2 解决方案交互的合约允许开发者创建复杂的功能，而不会给主网带来负担。 Rollups 的应用跨越多个应用程序的采用依赖于这种兼容性。

但是，Rollovers 并非没有挑战。它们可能涉及与数据可用性和现有以太坊工具的互操作性的问题，并要求用户和开发者接受新的技术。一个持续存在的问题是，确保 Roll-up 系统的去中心化和避免中心故障点。

什么是乐观 Rollups？

乐观 Rollups 是一种默认假定交易有效的 Rollup，故称为“乐观”。它们仅在提交欺诈证明的指定挑战期内进行计算，尤其是验证。由于乐观假设交易不需一一验证，除非怀疑存在欺诈，这种方式实现了更高的可扩展性。

基本过程依靠一个挑战期，在此期间，任何人都可以通过提供欺诈证据来挑战交易的有效性。若发现欺诈交易，系统将其回滚，恶意参与者可能会受到罚款。这一系统依靠博弈论概念来维持安全性，并促进诚信。

为了与以太坊虚拟机 (EVM) 兼容，乐观 Roll-ups 能够运行以太坊智能合约，所需更改极少。这种兼容性简化了开发者在无须大规模重写的情况下将当前应用引入 Layer 2 解决方案的过渡。

Optimism 是乐观 Rollups 的一个领军实施方案。Optimism 团队声称他们的解决方案可以将 gas 费用最多减至以太坊主网的 10-100 倍。

Offchain Labs 开发的 Arbitrum 是另一个知名项目，由于其强大的特性和便于开发者使用的环境而备受关注和接受。

然而，乐观 Rollups 也有某些缺点。挑战期在将资金拉回以太坊主网时引入延迟，可能长达几个小时到一周。对于那些需要即时流动性的用户，此延迟是个问题。为解决这一问题，快速退出系统或流动性提供者等解决方案正在开发中，但这增加了复杂性。

此外，乐观 Rollups 的安全性依赖于一种假设，即如果需要，至少会有一个诚信参与者提供欺诈证据。尽管这一模型强大，但并不完美。在合谋或缺少诚信参与者的情况下，系统可能会暴露出脆弱性。

尽管面临这些障碍，乐观 Rollups 还是获得了相当广泛的接受。例如，Uniswap 作为最大的分布式交易所之一，已经在 Optimism 上部署，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 的用户以更少的摩擦进行交易，从而改善了平台的可访问性。

什么是零知识 Rollups？

零知识 Rollups，亦称 ZK-Rollups，通过使用密码学证明来验证交易。在不透露任何附加信息的情况下，它们特别会创建简洁、非交互式零知识证明 (SNARKs 或 STARKs) 来确认交易的正确性。该系统确保每一笔交易都是合法的，并不需求挑战期。

在 ZK-Rollup 中，交易链下处理，并与有效性证明一同发送至以太坊主网。主网智能合约通过验证此证明来保证有效的状态转换。在提款时，这种方法使得终结性几乎是即时的，这相比乐观 Rollups 是一个最大的优势。

ZK-Rollups 的主要优势之一是其强大的安全保证。每一批交易都附带一个有效性证明，因此不需要博弈论激励或诚信参与者来发现欺诈。通过这种密码学保证，ZK-Rollup 很安全。

ZK-Rollups 的主要实施项目包括由 Matter Labs 创建的 ZKSync 和 StarkWare 的 StarkEx。这些项目在可扩展性和效率方面取得了显著进展。例如，zkSync 承诺在保持高安全标准的同时，将 gas 费用降低多达 100 倍。

不过，ZK-Rollups 必须应对计算复杂性。零知识证明需要资源，因此支持传统智能合约逻辑可能会有挑战。尽管目前对于像交易和转账这种简单交易更为高效，ZK-Rollup 正变得更为高效，以支持更复杂的操作。

另一个限制是缺乏完整的 EVM 兼容性。以太坊的智能合约自然不适应于零知识证明的交互，因此开发者可能被要求重写合约或使用专门的编程语言。像 zkEVM 这样的项目正努力解决这个问题，这是一种旨在创建 EVM 兼容的 ZK-Rollup 的尝试。

尽管面临这些困难，ZK-Rollups 的即时终结性和密码学强度对于速度和安全性至关重要的应用程序来说是有吸引力的。随着技术的成熟，应该能够支持更广泛的功能。

乐观 Rollups 与 ZK-Rollups 的对比

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，但它们的基础机制导致了不同的权衡取舍。

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。也就是说，只有当某人检测并报告无效交易时，这些交易才能被撤销。相比之下，ZK-Rollups 使用有效性证明，密码学地确保提交给主网的每一批交易的正确性。

根据 Electric Capital 的一份报告，“ZK-Rollups 提供了更强的安全保证，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 存在显著的提款延迟，可能长达一周。这可以通过流动性提供者进行缓解，但增加了复杂性。ZK-Rollups 允许即时 内容: "withdrawals because the validity proofs ensure that the state is correct." 不进行翻译。

EVM Compatibility

Optimistic Rollups一般来说更兼容EVM，允许开发者以最小的修改部署现有的以太坊智能合约。由于复杂操作生成证明的计算强度，ZK-Rollups在EVM兼容性方面历史上遇到了困难。然而，像zkEVM这样的进展正致力于缩小这一差距。

Performance and Scalability

ZK-Rollups可以提供更高的吞吐量和更低的费用，特别是对于简单交易，因为有效性证明更有效地压缩了交易数据。Optimistic Rollups可能因为需要欺诈证明，而带来更高的开销。

Complexity and Development Effort

由于涉及先进的密码学，实施ZK-Rollups更为复杂。这可能会减缓开发并增加出现错误的可能性。Optimistic Rollups相对较容易实现，因此更快推动了应用的部署。

Ecosystem Adoption

两种类型的rollups都获得了显著的采用。Optimistic Rollups目前由于其EVM兼容性拥有更多的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，这两种解决方案的总锁定价值（TVL）正在增加，反映出信任和采用的增长。

Regulatory Considerations

ZK-Rollups的加密性质可能提供更好的隐私特性，这在法规合规方面可能是一把双刃剑。Optimistic Rollups更为透明，可能更符合监管预期。

Use Cases for Optimistic Rollups and ZK-Rollups

Optimistic Rollups的EVM兼容性使其非常适合复杂智能合约应用。这使其非常适合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，已经与Optimism合作降低费用和提高可扩展性。通过此集成的用户能够更快和更顺畅地交易合成资产。

当交易速度和安全性绝对关键时，ZK-Rollups表现出色。ZK-Rollups的即时确定性和高吞吐量将有助于支付应用、现货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，已经创建了一个分布式交易所，提供快速且低廉的交易。Loopring的数据表明，用户可以以仅为主网成本0.1%的费用进行交易，这使其相当方便。

另外，ZK-Rollups在注重隐私的应用和身份验证中也越来越受欢迎。为了合规性和用户隐私，零知识证明让用户能够证明特征而无需披露私人信息——这是个备受赞赏的能力。

项目如zkSync旨在启用ZK-Rollups上的智能合约，从而开启先前基于Optimistic Rollups被限制的用例。随着这些技术的发展，其能力的界限可能会模糊，为开发者提供更多的自由。

Final Thoughts

Optimistic Rollups和ZK-Rollups之间的竞争代表了以太坊在可扩展性追求中的健康进展。两种技术都有特殊的优势，对于网络能够管理不断增长的需求至关重要。

凭借其EVM契合度和更易实现的特点，Optimistic Rollups在DeFi领域变得相当受欢迎。ZK-Rollups提供的更强安全保障和即时确定性正在扩展加密发明的极限。

随着以太坊生态系统的发展，这两种选择可能会共存，服务于各种需求和目的。由于其发展将极大影响分布式应用的方向，开发者、投资者和用户应保持对这些技术的了解。

"在短期内，rollups是唯一的无信任扩展解决方案，而在长期内，它们是以太坊生态系统的重要组成部分，"正如Vitalik Buterin所言，公正地总结了这种情况。

Optimistic和ZK-Rollups的进展突显这一愿景：一个更具可扩展性和高效的以太坊网络的承诺。