轻松理解Rollup:详解ZK Rollups、Optimistic和Arbitrum的区别

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Rollups的不同区别。

原文作者:Future 小哥哥

01 什么是 Rollup

Rollup 顾名思义,为归纳,整理的意思。

在以太坊网络中,由于 ETH 网络带宽的原因,Gas 费用常常在网络交易较多拥堵时,会有较大幅度的提升。使得交易一次的成本很高,有时甚至达到几十,几百美金一笔,而且速度很慢。

这就类似我们工作日吃饭,和节假日旅游景区吃饭排队时间增加与价格提高(平时一个面包 5 块,游园高峰期卖你 50 );或者通过高速路口收费站平日与假期的区别一样。 

轻松理解Rollup:详解ZK Rollups、Optimistic和Arbitrum的区别

以太坊每一笔交易都包含了数据,而每一个数据都会消耗 gas,由于以太坊网络设置了每个区块数据量的上限,以及 TPS 上限。所以,我们如何将以太坊的容纳度与速度,TPS 提升,而又不用将所有内容数据转移到 offchain 呢?Rollup 就应声而出

而 Rollup 的作用,就是将以太坊需要计算的内容 Copy 复制,发送到以太坊之外连接的 Layer 2 协议进行计算。然后,将结果信息压缩打包整理,整装待发,重新发回到在链上网络。

而压缩块中,存有大量的签名确认信息。原先链上每笔交易一个 Block 里面只能有一个确认 Sign 签名,而现在这个块等于压缩了很多笔交易签名的 VIP 签名块。VIP 一个过了,等于 100 个过了。这就间接将 ETH 的 TPS 大幅提升。

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这就类似每个人都有 1 个问题,但挨个参会陈述费时费力。就通过推选的,被信任的代表,来汇总审核大家的问题,集中处理,从而大幅提高了效率。1 个代表问题解答完了,等于 100 个问题 OK 了。

链上的部分数据不变,所以,中间的代表人物(Rollup Layer 2   协议)的靠谱程度,也决定了以太坊的安全性,Rollup 的模式不同也就产生了不同的风格与优劣。

所以,这里暂时先快速讲解一下,几位代表,ZK Rollups 和 Optimistic 的浅层区别:

02 什么是 ZK Rollups

ZK Rollups, ZKSnark 或者叫 Zero Knowledge Rollups,顾名思义,通过零知识证明验证来进行 Rollups 环节。零知识证明,也是区块链公链项目 Algorand创始人 Silvio Micali 在密码学的主要贡献之一。

ZK 的四大特点(注意是 ZK 不是 JK):

Zero Knowledge: 验证者无需看到交易平台有数据

Succinct: 言简意赅的,简练的

Non-Interactive: 无需知道验证者是谁

Argument of Knowledge: 证明交易的真实性与正确性

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所以 Zk Rollups 的核心方法,即通过严谨复杂的验证算法,Layer 2 协议中的验证者(ZkSnarker/ Validator)来认证不同数据的真实性 (Validity Proof),从而将认证结果打包。以太坊网络排除多余工作信息后,可以直接将存有大量压缩签名信息的数据 block 吸收进网络。

任何人都可以参与网络认证,成为认证者,所以,本质上来说,ZKSnark 也是一种 PoW 共识机制的 Layer 2 协议。

【优点】:

Layer 2 被以太坊验证的速度很快,可以很快把存在 Layer 2 的资产,提币回 Layer 1 以太坊

很适合应用在 Payment,银行,交易平台等需要快速结算的业务

【缺点】:由于算法较为复杂,对应用开发有点门槛

但如果未来能基于算法,开发出对 Dapp 更友好的模式,ZK 还是最具有长期扩容价值的方法

03 什么是 Optimistic Rollups Layer 2 

Optimistic 的方法如其名字的意思:乐观的,开始认为所有发送的交易都是值得信赖认证过的,

Layer 2 验证者需要先质押 Token 作为保证金,如果验证过程中,别人发现了有问题的打包,那么该验证者(Sequencer)将被罚款部分 Token,并把其作为奖励给与发现问题的人。

每次数据打包后,会有验证期,以供其他验证者检查是否有问题,是否需要重新退回打包。

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Optimistic Rollups 也具有智能合约功能,可以拥有相应的治理 Token,

Op Rollups 与 ZK Rollups 方法本质的区别是,ZK 所有人都可以参与通过 PoW 认证来参与认证,而 OP 里面更倾向于选择一组值得信赖的认证者,监督整个打包交易的过程。

【优点】:

1. 适合开发 Dapp,可以几乎无缝迁移原本在 Layer 1 的项目,同时也在开发相应的 OVM 虚拟机

【缺点】:

Layer 2 提币到 Layer 1 的速度较慢,通常需要 1 周以上(因为需要给验证者验证打包的真实性)但目前正在有优化的补充协议帮助加速此种模式的速度。

有验证者作恶的风险成本。

我们经常用来谈论的 OP Token, Optimism 是利用 Optimistic 方法的 Layer 2 协议之一,而 Arbitrum 也是利用 Optimistic Rollups 模式开发的 Layer 2 协议。由于 Opitmism 项目和 Optimistic Rollup 的方法名称很类似,所以很容易搞混。

04 什么是 Arbitrum

首先,如前所述,Arbitrum 本质上也是一种利用乐观型 Optimistic Rollup 模式的 Layer 2 协议项目。经常用于与 Opitmisim 项目进行对比,目前在 Layer 2 层面的 TVL 属于众多协议最高。OP 项目在进行认证时,只进行一轮欺诈证明,并且 Layer 2 的交易计算依靠 Layer 1 来执行。

而 Arbitrum 在验证时,进行多轮 fraud proofs. 同时,Aribitrum 的交易,并不在 Layer 1 上进行执行,并且有自己的虚拟机,更加兼容 ETH 网络。

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小结:

本文尽量用轻松的例子讲解困惑很多周围朋友的几个热点概念,包括作者本人也曾被各种 OP, ZK 系列项目和方法论困扰。经过思考和例子的讲解,希望能够让大家有个更清晰的概念,技术层面的爱好,还可以咨询相应协议开发的工程师,为了保留一些脑细胞,本文就不对技术细节进行详细阐述了。最后再整理一下:

Rollup 指的是一种整理方法,把一堆交易任务送到 Layer 2 协议去打工,从而提升以太坊的运行效率。

Zk Rollups 是指一种利用零知识证明的密码学算法,在无需知道验证者是谁的情况下,完成外包工作的 Layer 2 方法。

Optimistic Rollups 是指利用一堆验证者,在默认打包是好的情况下,通过奖惩机制,监督发掘是否有 Bug 的 Layer 2 方法。

Optimism 和 Arbitrum 都是 Optimisctic Rollups 方法为基础开发的项目。

Zksync, ZKxxxxxxx 很多 ZK,都是以 ZK Rollups 方法为基础或噱头,开发的项目。

目前的 ZK Rollups 更适合 Payment,等需要快速交易的业务,算法稍复杂;而 Optimistic 类方法更适合 Dapp 开发与 Defi 业务,就是提币时间有点长。

其他 Layer 2 协议,Plasma,Metis,还有利用博弈机制和 AITruebit 等,都在探索以太坊的扩容最优解。

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