科普 | Rollup为何能成为当下最火的Layer2方案

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除非躲进深山老林，否则很难不知道这波由二层可扩展方案 Rollup 掀起的热潮。

2020 年 9 月，的 gas 价钱突破历史新高，跨越 477 Gwei，或许这预示着离 gas 价钱涨至 Twei 的日子不远了。

自 2017 年的 ICO 热潮以来，网络上还没有云云拥堵过，可以说现在的拥堵水平更高了。区块 gas 上限也创下了历史新高 1250 万。买卖量达到了 2017 年的峰值的水平，区块巨细也达到了历史最高水平。

虽然这对于提高网络的实用性来说（至少从这些指标来看）是令人鼓舞的新闻，然则有人可能会争辩说，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。然则，这个问题已经不新鲜了。社区早在数年前就预见了这一问题，今后也一直在探索解决方案。

现在，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 phase 0 上线。然而，Eth2.0 的盘算可扩展性（即，在分片中通过智能合约来完成状态执行）要等到 phase 2 才气实现，现在预计要等到 2021 年以后。

在盘算机科学中，所有问题都可以通过另一种迂回方式解决。—— David Wheeler

Layer 2 解决方案接纳的迂回方式是，在 Layer 2 上处置买卖，只在必要时使用 Layer 1。这类解决方案包罗状态通道、侧链和 Plasma 等。多年来，已经有许多项目探讨过这些方案，取得了伟大希望。

最近，Bitfinex 的姊妹公司 Tether 刊行的 USDT 是现在市值最高的稳固币，而且一直是 gas 的最大消费者。Tether 已经转向了OMG Network 的 More Viable Plasma Layer 2 解决方案。

Reddit 举办了 “超强 Reddit 可扩展性方案（The Great Reddit Scaling Bake-Off）” 大赛，来提高其基于的社区积分（Community Points）设计（现在只在两个子 reddit 板块实现）的可扩展性。现在，大赛已经收到了 22 项有关 Layer 2 解决方案的提案。

然而，要注意的一点是，Layer 1 和 Layer 2 解决方案不是互斥的，而是相乘的。

因此，虽然 Eth 2.0 将在未来几年分阶段上线，然则 Layer 2 解决方案有望在此之前和在此之后提供亟需的可扩展性。

已往的几年来，Layer 2 解决方案的研究主要聚焦于状态通道和 Plasma 项目，然则 Rollup 方案最近异常火爆，获得了很大希望。

因此，本文将深入探讨 Rollup，并从缘故原由、界说和接纳等方面对其举行总结。我们将先容两类 Rollup 方案—— ZK Rollups 和 Optimistic Rollups ——的观点，以及一些主要实现。最后，我们还将提到 Status Network 上可能会受益于Layer 2 方案的种种行动，以及我们即将实现的项目。

为什么要接纳 Rollups？

靠山知识：构建在上且无需对底层 Layer 1 协议举行任何修改的可扩展性方案被称为 Layer 2 方案。这些方案无需与网络交互即可处置买卖，并通过智能合约将其平安性锚定在的 Layer 1 上。

Layer 2 方案之所以具有吸引力，是由于上可以运行多个类似方案，仅供那些可以感知 Layer 2 的应用使用，无需每个人都升级底层基础设施（这是一项风险极高的大工程）。虽然 Layer 2 并不一定会提供像 Layer 1 那样的平安性和确定性，然则相比 Layer 1 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，Layer 2 就够了。

现在，最具潜力的 Layer 2 解决方案是状态通道和 Plasma。

状态通道最适合那些介入人数确定，而且需要在一段时间内多次交流状态更新的应用；另外，它也需要极强的可用性保证，来知足 “挑战期” 的平安需要。Connext Network 就是使用状态通道来辅助 dApp 实现可扩展性的典型例子。

Plasma是 2017 年 8 月由 Vitalik Buterin 和 Joseph Poon 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，所有买卖执行都发生在子链上，状态答应（通过凭据区块中所有状态更新建立的默克尔根）会公布到根链上，等到之后退出根链时可以在敲诈证实中使用。Plasma 有多种变体方案，包罗 Minimum Viable Plasma、More Viable Plasma、Cash、Debit 和 Prime。OMG Network 的 More Viable Plasma 是最近泛起的 Plasma 项目，已经获得市场接纳。

瑕玷：状态通道的最大瑕玷是其活性假设。用户或其受委托方需要一直监控 Layer 1，以便处置种种挑战。Plasma 不仅继续了这种活性假设，还引入了数据可用性假设，即，用户需要信赖运营者会提供所有买卖数据，以便在需要时使用这些数据来验证买卖的正确性。若是没有数据可用性，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（中文译本），Rollup 不需要引入上述两个限制性假设。这两个假设会在许多情况下造成未便。对于大部分应用来说，Rollup 相比状态通道和 Plasma 更有远景。

接下来就让我们先容一下 Rollup 的界说，以及它不需要像状态通道和 Plasma 那样引入限制性假设的缘故原由。

Rollup 是什么？

Rollup 与 Plasma 异常相似，只有一处较大的差异，避免了数据可用性假设，即，所有 Layer 2 买卖都市“汇总”到一个买卖的挪用数据（挪用数据（calldata）是买卖存储数据参数的只读区域）内，然后打包进区块提交至 Layer 1。

鉴于挪用数据在成本上比 Layer 1storage（合约存储）低得多，Rollup 方案可以让任何人在任何时候都能从 Layer 1 上获取 Layer 2 上的买卖数据（不像 Plasma 方案那样只是默克尔根），用来验证状态转换。因此，Layer 2 数据一旦提交，即可从 Layer 1 上获得。这一特征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。

凭据状态转换的验证方式，我们可以将 Rollup 分为两类：ZK Rollup 和 Optimistic Rollup。

ZK Rollup（ZKR）：在 ZKR 中，运营者必须为 Layer 2 上的每个状态转换天生一个 zk-SNARK 有用性证实，并将这些有用性证实提交至 Layer 1 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实是否有用。虽然使用了新的元件，然则这些保障从本质上来说是密码学的。

Optimistic Rollup（OR）：在 OR 中，运营者将新的默克尔根与买卖数据一起提交至 Layer 1 上的 Rollup 合约。每个人都市假设这是有用的状态转换（不会像 ZKR 方案中那样举行验证），乐观地向前推进。由于，若是状态证实无效，就会有介入者使用敲诈证实来挑战它。这些保障从本质上来说是密码学经济的，由于代币奖励以及质押和罚没机制会激励运营者保持老实。

凭据深层次的对比剖析可知（中文译本），ZKR 更适合那些敲定时间较短（约莫 1 ～ 20 分钟）的代币转账，然则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，然则在默认情况下，敲定时间较长（约莫 1～2 周），由于需要守候敲诈证实挑战期竣事。（然则，有一些手艺可以提供经济保障，以缩短 OR 的敲定时间和提款时间。）

谁在开发 Rollup？

有许多团队都在开发 ZKR 和 OR 实现，并凭据差别的场景设计了差别的假设和特征。

ZKR：Matter Labs 团队开发的 zkSync 已在主网上线。Loopring 已经使用 ZKR推出了中央化买卖所和支付服务。StarkWare 团队的 StarkEx 是一种使用 zk-STARK（而非 zk-SNARK）的 ZKR 手艺，因此不依赖于可信设置，具有更强的可扩展性，而且能够抵御量子盘算攻击。

OR：至少有 9 个项目在研究差别的 OR 变体方案（详细可以参考这篇文章中的对照表）。最大的区别在于是否支持 EVM 兼容性和敲诈证实挑战的交互性要求。例如，Celer、Nutberry 和 Optimism 支持兼容 EVM 的智能合约和非交互型敲诈证实。

Status Network

Status 的一大愿景就是成为 “上的窗口”。虽然 Status Messenger 不直接与区块链交互，然则该应用整合了平安的密码学钱包和 Web3.0 浏览器。这二者都需要与交互，由于上文提到的可扩展性挑战，会直接受到 gas 价钱飙升的影响。

Status Network 旗下的 Keycard 产物正在探索构建一种支付网络，旨在知足当前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，Status Network 还采取了许多其它行动，例如，Kudos rewards、Tribute-to-Talk 和 ENS 域名。这些行动异常需要较低的 gas 价钱，来实现可行的部署和优越的用户体验。

虽然 Status Network 的 Nimbus 团队正在与其它客户端团队合作开发 2.0，然则上述 Status 行动很快就能从 Layer 2 可扩展性方案中受益。

因此，我们 Status 团队评估 Layer 2 方案已经有一段时间了。由于上述种种缘故原由，Rollup 肯定是首选。其中，支持智能合约的 Optimistic Rollup 方案更吸引我们，由于它适用于我们的所有用例。

点对点：现在，所有 Rollup 架构都要依赖运营者聚合来自客户端的所有买卖，并使用传统的客户端-服务器架构来建立区块。瑕玷是可能会引入中央化和审查制度，并降低隐私性。

因此，我们 Status 团队正在探索 Layer 2 上的客户端-运营者交互若何使用我们的去中央化点对点协议（如Waku）来提供隐私珍爱路由和抗审查性。例如，使用 Waku 来将买卖路由至差别的运营者既能珍爱客户的隐私，又能在抵制审查的同时为他们提供差别的路径来公布买卖。

结论

虽然我们准备在接下来的几年大规模升级至 2.0，然则已往的几年来，Layer 2 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，我们周全观察了 Layer 2 的环境，总结了差别的方案及其优瑕玷，以激励更多项目方接纳 Rollup。最后，我们还提到了 Status 团队对 Layer 2 方案的探索。

（完）

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