科普 | Rollup为何能成为当下最火的Layer2方案

除非躲进深山老林，否则很难不知道这波由以太坊二层可扩展方案Rollup掀起的热潮。

2020年9月，以太坊的gas价格突破历史新高，超过477Gwei，或许这预示着离gas价格涨至Twei的日子不远了。

自2017年的ICO热潮以来，以太坊网络上还没有如此拥堵过，可以说现在的拥堵程度更高了。区块gas上限也创下了历史新高1250万。交易量达到了2017年的峰值的水平，区块大小也达到了历史最高水平。

虽然这对于提高以太坊网络的实用性来说是令人鼓舞的消息，但是有人可能会争辩说，当前底层的可扩展性不足问题极大地限制了应用程序，并严重影响了用户体验。但是，这个问题已经不新鲜了。以太坊社区早在数年前就预见了这一问题，此后也一直在探索解决方案。

目前，Eth2.0的研究主要聚焦于底层的PoS和分片机制上。在接下来的几个月中，我们很快将看到phase0上线。然而，Eth2.0的计算可扩展性要等到phase2才能实现，目前预计要等到2021年以后。

在计算机科学中，所有问题都可以通过另一种迂回方式解决。——

稳定币crvUSD科普创新清算机制LLAMMA，可在抵押品价格下跌时逐步替换为稳定币:1月17日消息，Curve官方科普其稳定币crvUSD创新的清算机制LLAMMA，解释了LLAMMA通过AMM的特性进行针对债务人更友善的清算方式，让抵押品在价格下跌时逐渐转移成稳定币，让原本要清偿的债务有一定程度的稳定币可以偿还，同时在价格回稳时再逐渐把稳定币换回抵押品，而不是直接的触发清算导致债务人的亏损。

此前报道，2022年11月23日，去中心化交易平台CurveFinance开发者发布Curve即将推出的去中心化Stablecoin“crvUSD”的官方代码和白皮书。[2023/1/17 11:17:13]

DavidWheeler

Layer2解决方案采用的迂回方式是，在Layer2上处理交易，只在必要时使用Layer1。这类解决方案包括状态通道、侧链和Plasma等。多年来，已经有很多项目探究过这些方案，取得了巨大进展。

最近，Bitfinex的姊妹公司Tether发行的USDT是目前市值最高的稳定币，并且一直是以太坊gas的最大消费者。Tether已经转向了OMGNetwork的MoreViablePlasmaLayer2解决方案。

Reddit举办了“超强Reddit可扩展性方案”大赛，来提高其基于以太坊的社区积分计划的可扩展性。目前，大赛已经收到了22项有关Layer2解决方案的提案。

然而，要注意的一点是，Layer1和Layer2解决方案不是互斥的，而是相乘的。

IMF今日发布的加密货币科普视频实为两年前旧闻，且存在诸多疏漏:国际货币基金组织IMF今日在推特上发布了一条关于加密货币的科普视频，这段时长两分钟的视频最初发布于2018年6月。该视频称加密货币是“货币进化的下一步”，但没有特别提到DLT、区块链，甚至是代币名称等术语。BTC、XRP和ETH只出现在说明加密交易的图形中。尽管这段视频到目前为止已经获得了超过13.7万的点击量和2900个赞，但来自加密社区的许多反应都是批评的，他们指出了信息中的漏洞和似乎具有误导性的措辞。

Reddit用户nanooverbtc称：“他们犯了很多错误，比如把私钥称为密码。”该视频也没有讨论挖矿或加密货币供应。Kraken策略师Pierre Rochard等知名人士表示：“可证明的稀缺性是比特币有趣的原因，你忘了提这一点。”（Cointelegraph）[2020/8/24]

因此，虽然Eth2.0将在未来几年分阶段上线，但是Layer2解决方案有望在此之前和在此之后提供亟需的可扩展性。

人大附中物理老师李永乐科普拜占庭将军问题和区块链:5月14日，人大附中物理老师、科普视频网红李永乐在其公众号发布视频《拜占庭将军问题是什么？区块链如何防范恶意节点？》。李永乐老师在视频中对拜占庭将军问题和区块链进行了讲解，他表示，拜占庭将军问题本质上指的是，在分布式计算机网络中，如果存在故障和恶意节点，是否能够保持正常节点的网络一致性问题。在近40年的时间里，人们提出了许多方案解决这一问题，称为拜占庭容错法。例如兰波特自己提出了口头协议、书面协议法，后来有人提出了实用拜占庭容错PBFT算法，在2008年，中本聪发明比特币后，人们又设想了通过区块链的方法解决这一问题。区块链通过算力证明来保持账本的一致性，也就是必须计算数学题，才能得到记账的权力，其他人对这个记账结果进行验证，如果是对的，就认可你的结果。与拜占庭问题比起来，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

过去的几年来，Layer2解决方案的研究主要聚焦于状态通道和Plasma项目，但是Rollup方案最近非常火爆，获得了很大进展。

因此，本文将深入探究Rollup，并从原因、定义和采用等方面对其进行总结。我们将介绍两类Rollup方案——ZKRollups和OptimisticRollups——的概念，以及一些主要实现。最后，我们还将提到StatusNetwork上可能会受益于Layer2方案的各种举措，以及我们即将实现的项目。

为什么要采用Rollups？

背景知识：构建在以太坊上且无需对底层Layer1协议进行任何修改的可扩展性方案被称为Layer2方案。这些方案无需与以太坊网络交互即可处理交易，并通过智能合约将其安全性锚定在以太坊的Layer1上。

声音 | ETC Labs主管：科普教育是未来几年公链面临的巨大挑战:ETCLabs主管Darin Kotalik认为，科普教育是未来几年公链面临的巨大挑战，人们必须要对区块链有基本的认识，分清楚公链和私链的区别。[2019/8/25]

Layer2方案之所以具有吸引力，是因为以太坊上可以运行多个类似方案，仅供那些可以感知Layer2的应用使用，无需每个人都升级底层基础设施。虽然Layer2并不一定会提供像Layer1那样的安全性和确定性，但是相比Layer1来说，它可以提高吞吐量，降低成本，并改善用户体验。对于某些应用来说，Layer2就够了。

目前，最具潜力的Layer2解决方案是状态通道和Plasma。

状态通道最适合那些参与人数确定，并且需要在一段时间内多次交换状态更新的应用；另外，它也需要极强的可用性保证，来满足“挑战期”的安全需要。ConnextNetwork就是使用状态通道来帮助dApp实现可扩展性的典型例子。

Plasma是2017年8月由VitalikButerin和JosephPoon提出的。Plasma是一个可扩展性框架，可以通过根链上的智能合约将资产转入/转出子链，所有交易执行都发生在子链上，状态承诺会发布到根链上，等到之后退出根链时可以在欺诈证明中使用。Plasma有多种变体方案，包括MinimumViablePlasma、MoreViablePlasma、Cash、Debit和Prime。OMGNetwork的MoreViablePlasma是最近出现的Plasma项目，已经获得市场采用。

中科院自动化研究所将面向大中小学生开展区块链等主题的科普讲座:5月21日，新华网讯，今年，中国科学院自动化研究所将举办第十四届“自动化之光”公众科学开放日活动。届时，自动化所将面向大中小学生分别开展《脑与智能》、《区块链技术与平行智能》、《大数据时代的视觉智能》、《动画真奇妙》等4个主题报告，用实例和生动的演示深入浅出地为大家揭示智能技术的原理和奥妙。[2018/5/21]

缺点：状态通道的最大缺点是其活性假设。用户或其受委托方需要一直监控Layer1，以便处理各种挑战。Plasma不仅继承了这种活性假设，还引入了数据可用性假设，即，用户需要相信运营者会提供所有交易数据，以便在需要时使用这些数据来验证交易的正确性。如果没有数据可用性，在最糟糕的情况下，用户退出Plasma链时可能会引发大规模问题。状态通道和Plasma都不支持智能合约，这严重限制了需要具备EVM兼容性的应用。

查看对比图可知，Rollup不需要引入上述两个限制性假设。这两个假设会在很多情况下造成不便。对于大部分应用来说，Rollup相比状态通道和Plasma更有前景。

接下来就让我们介绍一下Rollup的定义，以及它不需要像状态通道和Plasma那样引入限制性假设的原因。

Rollup是什么？

Rollup与Plasma非常相似，只有一处较大的差别，避免了数据可用性假设，即，所有Layer2交易都会“汇总”到一个交易的调用数据是以太坊交易存储数据参数的只读区域）内，然后打包进区块提交至Layer1。

鉴于调用数据在成本上比Layer1storage低得多，Rollup方案可以让任何人在任何时候都能从Layer1上获取Layer2上的交易数据，用来验证状态转换。因此，Layer2数据一旦提交，即可从Layer1上获得。这一特性可以免去活性假设和数据可用性假设的要求，让Rollup相比状态通道和Plasma更具优势。

根据状态转换的验证方式，我们可以将Rollup分为两类：ZKRollup和OptimisticRollup。

ZKRollup：在ZKR中，运营者必须为Layer2上的每个状态转换生成一个zk-SNARK有效性证明，并将这些有效性证明提交至Layer1上的Rollup合约。Rollup合约会验证这些从旧的默克尔根到新的默克尔根的状态转换的证明是否有效。虽然使用了新的元件，但是这些保障从本质上来说是密码学的。

OptimisticRollup：在OR中，运营者将新的默克尔根与交易数据一起提交至Layer1上的Rollup合约。每个人都会假设这是有效的状态转换，乐观地向前推进。因为，如果状态证明无效，就会有参与者使用欺诈证明来挑战它。这些保障从本质上来说是密码学经济的，因为代币奖励以及质押和罚没机制会激励运营者保持诚实。

根据深层次的对比分析可知，ZKR更适合那些敲定时间较短的代币转账，但是不支持通用型应用所需的兼容EVM的智能合约。相比之下，OR更适合那些需要兼容EVM的智能合约的应用，但是在默认情况下，敲定时间较长，因为需要等待欺诈证明挑战期结束。

谁在开发Rollup？

有很多团队都在开发ZKR和OR实现，并根据不同的场景设计了不同的假设和特性。

ZKR：MatterLabs团队开发的zkSync已在以太坊主网上线。Loopring已经使用ZKR推出了中心化交易所和支付服务。StarkWare团队的StarkEx是一种使用zk-STARK的ZKR技术，因此不依赖于可信设置，具有更强的可扩展性，而且能够抵御量子计算攻击。

OR：至少有9个项目在研究不同的OR变体方案。最大的区别在于是否支持EVM兼容性和欺诈证明挑战的交互性要求。例如，Celer、Nutberry和Optimism支持兼容EVM的智能合约和非交互型欺诈证明。

StatusNetwork

Status的一大愿景就是成为“以太坊上的窗口”。虽然StatusMessenger不直接与以太坊区块链交互，但是该应用整合了安全的密码学钱包和Web3.0浏览器。这二者都需要与以太坊交互，由于上文提到的可扩展性挑战，会直接受到gas价格飙升的影响。

StatusNetwork旗下的Keycard产品正在探索构建一种支付网络，旨在满足当前以太坊网络所不具备的信用卡级别的可扩展性和即时确定性。

另外，StatusNetwork还采取了许多其它举措，例如，Kudosrewards、Tribute-to-Talk和ENS域名。这些举措非常需要较低的gas价格，来实现可行的部署和良好的用户体验。

虽然StatusNetwork的Nimbus团队正在与其它客户端团队合作开发以太坊2.0，但是上述Status举措很快就能从Layer2可扩展性方案中受益。

因此，我们Status团队评估Layer2方案已经有一段时间了。由于上述种种原因，Rollup肯定是首选。其中，支持智能合约的OptimisticRollup方案更吸引我们，因为它适用于我们的所有用例。

点对点：目前，所有Rollup架构都要依靠运营者聚合来自客户端的所有交易，并使用传统的客户端-服务器架构来创建区块。缺点是可能会引入中心化和审查制度，并降低隐私性。

因此，我们Status团队正在探索Layer2上的客户端-运营者交互如何使用我们的去中心化点对点协议来提供隐私保护路由和抗审查性。例如，使用Waku来将交易路由至不同的运营者既能保护客户的隐私，又能在抵抗审查的同时为他们提供不同的路径来发布交易。

结论

虽然我们准备在接下来的几年大规模升级至以太坊2.0，但是过去的几年来，Layer2方案在不断发展，Rollup成为继状态通道和Plasma之后的新秀。

在本文中，我们全面调查了Layer2的环境，总结了不同的方案及其优缺点，以鼓励更多项目方采用Rollup。最后，我们还提到了Status团队对Layer2方案的探索。

原文链接:https://our.status.im/lets-rock-n-rollup/作者:RajeevGopalakrishna翻译&校对:闵敏&阿剑

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