如何理解 layer 2 数据可用性解决方案 ZK Rollup？

作者注：ZKRollup不是一个新的提案，大约在一年前被BarryWhitehat所提出，同时间Vitalik在以太坊研究员的论坛有一篇比较完整的文章解释，现在由MatterLab在开发。研究完zk-SNARKs之后，一直没空来看，直到最近才有机会来深入了解。除了ZKRollup，也会简单带一下前阵子在PlasmaGroup所提出的OptimisticRollup。

ZKRollup一开始提出来的时候，是被定义为layer2的解决方案，年初的时候一度以PlasmaIgnis这个名称作为发表。应该是因为去年Plasma很红，一直不断有新的提案跟进展，加上这当时也被定义为layer2的解决方案，这些种种原因，开发者就冠上了Plasma的名称，不过因为这项技术跟Plasma的精神完全不一样，被社群抗议，后来就恢复到Rollup这个名称，所以搜寻‘PlasmaIgnis’会找不到什么东西。到最近，Rollup被更名为semi-layer2的解决方案，就是有一点layer2但又没这么layer2…XD

简单一句话解释ZKRollup就是，数据放在链上的layer2解决方案。

在了解ZKRollup之前，先来解释原本layer2有什么问题。以Plasma为例，Plasma链只把Plasma区块的hash放上Ethereum主链上做公正，也就是在链下交易了数百或数千笔的交易，最后上链只有几十个bytes，这是链下交易的精神，但也是设计上最麻烦的地方——数据的可取得性。

声音 | Ripple CEO：正与监管机构会面解释如何使用加密技术:Ripple CEO Brad Garlinghouse在接受采访时表示其正在告诉银行，“加密不是一个坏词”。他称，“我正在做很多事情是与监管机构、银行高层会面，向他们解释如何使用加密技术，特别是XRP来解决实际问题，而不是规避监管。一旦人们理解了这一点，他们很快就会解除武装，加密这个词就不再是一个贬义词”。（CoinTeleraph）[2020/2/20]

就是当有人要离开这个链时，需要一个额外的游戏规则，在Plasma叫做挑战期，这衍生了有数据才能挑战，所以大家都要存一定数量的数据，相较于跟主链的互动，只需要装一个钱包，并不需要下载区块数据，用户体验上差异很大。挑战期的另一个问题是，使用者需要保持上线状态，不然错过挑战期，就代表默认了交易。简单来说，因为数据的可取得性问题，衍生了

使用者需要常常在线

需下载部分数据

而造成使用者体验很糟

如何将数据放在链上，又不会造成数据过大呢？

首先，先介绍整体架构。跟Plasma一样，有一个智能合约做担保，有中继者(relayer)帮忙送交易到智能合约，中继者除了送交易外，还需要产生SNARK证明，一起送上链做验证。

大咖零距离 | 疫情行情下 如何使用缠论量化交易:2月15日9:00，金色盘面邀请缠论大师琛实投资做客金色财经《大咖零距离》直播间，将分享《疫情行情下 如何使用缠论量化交易》，敬请关注，欲进群观看直播扫描海报二维码报名即可！[2020/2/14]

智能合约的部分，可以想象跟ERC20一样，在合约里记每个参与者的帐，差别在于，标准的ERC20交易是由Ethereum这系统做验证，也因此不能合并，而Rollup中，是把好几笔交易包成一个标准交易，对Ethereum这个系统，就是一个交易，而验证交易的有效性则由智能合约做验证。

实际在智能合约里，用两个merkletree做纪录，一棵树是纪录地址，所以只需要树的索引值就可以代表一个地址，因此地址的数据量就从原本的20bytes减少到只有3bytes，另一棵树则记录balance跟nonce。

声音 | 奥斯汀市雇员退休制度CIO：应关注加密资产如何适应现有的投资组合:据coindesk消息，今日在彭博社举办的Institutional Crypto会议上，美国德州奥斯汀市雇员退休制度首席投资官（CIO）David Veal表示：“我不确定加密资产是否需要被定位为可替代资产，我们应该看看它如何适应现有的投资组合。加密资产可以通过使如此多事物获得流动性来消除非流动性。我们的投资组合多样化正慢慢受到侵蚀，而加密可以带来回报。”[2018/10/16]

-地址的默克尔树-

这是数据格式，

因为用索引值当地址的代表，所以只需要3bytes，Value的部分是以10^-6当作基底，这样只需要15bytes就可以代表一笔交易，而储存这样一笔交易大约只需要892gas，而一般ether的转移需要21Kgas，因此交易速度能提升。

金色相对论 | 陈钰璋：STO核心问题是如何与先行者争夺优秀项目:本期金色相对论中，高链资本创始合伙人陈钰璋就“STO来袭将如何影响市场”的问题发表看法，陈钰璋表示，STO给一些小国一个不错的窗口，不过问题是这些国家需要流量。没有流量的合法合规也没有太大用处。

如果区块链是创新，我们就要用创业的思维去理解它、改善它。看待STO的最核心问题是：如何与纳斯达克、红杉、软银这些交易所和巨额基金争夺真正的好项目？这是一个先有鸡还是先有蛋的问题：需要有足够的流动性，才能够吸引真正的好项目。但是谁来提供从零到一的流动性呢？我能看到的是超级财团，例如软银、黑石、GIC这些基金联合小国家的政府立法，成立国际上第一个不缺钱的稳定STO体系，吸引到最优质的顶级企业入驻，打造成功案例，然后把其他B轮、C轮的S级别企业吸引过去，才能建立良性循环。而新加坡政府如果能够把GIC和Temasek的流动性注入到STO里，在新加坡成立STO交易所，会改变历史。[2018/10/12]

巴曙松、乔若羽、 郑嘉伟：区块链技术如何渗透到不同金融场景？:区块链技术在支付清算领域尤其是跨境支付、联合贷款等领域的优势格外突出，不少银行已经在这个领域跃跃欲试，除此之外，抵押物核查与征信环节等也是区块链应用场景。[2018/4/25]

-https://vitalik.ca/general/2019/08/28/hybrid_layer_2.html-

为什么交易速度能提升？也顺便来了解一下交易速度

现今以太坊每个区块的gas上限约8M，所以若单纯ether交易，速度约略是

8M/21K/15~=25tps

所以现在的交易瓶颈其实是gas的问题，下降交易手续费或是提升区块gas上限，都能适时纾困，而ZKRollup就是藉由交易数据量(size)的减少，进而能增加交易速度。那来看一下使用ZKRollup后交易速度能到多快

(8M—600K(zk-SNARK验证)—50K)/892/15~=550tps

这个数字就是Vitalik文章的标头“On-chainscalingtopotentially~

500tx/sec”。但实际上并没有这么理想，在作者Barry的实作中，大约只有268tps，因为每次资产的更新都会留下event，所以有多余的gas花费，然而，这样的设计在应用上也是比较亲切的。

数据都在链上，而且透过zk-SNARK做验证，代表着上链的数据都是被验证过的，因此就没有一开始layer2遇到的问题，需要挑战、需要下载数据等等。这也隐含着不需要信任中继者，因为他们无法作坏，最多就是不帮你送交易。

事情没有这么美好…

大家都觉得zk-SNARK像个万灵丹一样，用了好像什么事都解决了，不过实际上并没有这么完美。zk-SNARK除了需要初始设定之外，最大的问题就是需要大量的运算力，在Barry提供的数据中，中继者的计算机若是一台8G内存加上20G的硬盘swap，大概只能产生20tx/sec，远远不及预期的500tps或是实作的200多tps。所以这个方案最大的问题在于要怎么解决算力问题。

平行运算！

MatterLab使用了多中继者模型跟平行运算。多中继者的模型，很像小型的区块链，使用了DPOS(DelegatedProofofStake)，还有随机挑选区块产生者，所以被挑选到的区块产生者，就可以收集交易、产生证明并且上链。这样的方法避免了中心化，若中继者被恶意攻击，整个网络还是能运作得下去，另一方面，也为平行运算做了铺路。零知识证明的产生非常花时间，因此基于多中继者模型，MatterLab提出了“上链-验证”两阶段的方式，也就是中继者先把数据上链，下一个阶段再上传证明做验证，进而达到平行运算。再加上一些数据的优化，测试结果可达到1600tps。

-https://medium.com/matter-labs/introducing-matter-testnet-502fab5a6f17-

延迟…

听似很美好，但是因为你的交易被分两阶段上链，也就是从送出到到被验证，会是好几个区块，时间比原本单纯上链时间会更久。当然，延迟多久是使用者可接受的，这目前也无从得知。这是一个取舍，省了手续费，增加了交易速度，却也增加了时间的延迟，这一切也要等上线后才会知道。

今年初，Vitalik在台北的线下聚会中分享了ZKRollup的进阶版—ZKZKRollup，有兴趣的人可以参考这篇文章，记录的很详细。

Plasma&OptimisticRollup

OptimisticRollup在设计上跟Plasma相关，所以只会简单带一下差异。

Karl基于ZKRollup的设计，在上个月提出OptimisticRollup，概念上也是把数据都放链上，但不是用zk-SNARK做验证，因为希望能达成更普遍性的应用。而不一样的地方有，把from的部分，改为使用者的签章，因为数据量变大的，可想而知，花的gas会更多，交易速度就会不及ZKRollup。另一部份是，因为不是用zk-SNARK做验证，就需要数据验证的辅助方法，这边就不详细介绍，有机会再写一篇Plasma/OptimisticRollup的详细介绍。

在估算上，交易速度约是100tps，若签章方式改为BLS，约可提升到450tps。而在10月的硬分岔后，gas会下降，预估的交易速度也会分别到达400/2000tps。

注：在中文的媒体文章中，都称他是Casper的核心研究员之一，但是从我一开始知道这个人，都是在大力宣扬Plasma，他的部落格、twitter都是跟Plasma相关的文章，不确定他在PlasmaGroup的角色，但我是把他定位成PlasmaGroup的leader

文章内容若有错误或是不同观点，欢迎指教

references:

On-chainscalingtopotentially~500tx/secthroughmasstxvalidation

IntroducingMatterTestnet

OptimisticRollup

标签：ROLLROLLASSMATROLLBNB币AgrolotValas Financesmars币官方推特

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