ROLL:Rollups：以太坊的下一代扩容方案

区块链被誉为革命性技术，但目前还面临着三大痛点：安全、去中心化、可扩展性。以太坊作为最著名的区块链之一，为了确保安全和去中心化，可扩展性一直是其不得不面对的挑战。

随着以太坊用户数量的增加，交易数量也相应增多，导致交易速度变慢、交易费用变高。这种瓶颈影响了以太坊的大规模应用。如果单纯地增加每个区块中的交易数量，将会降低去中心化，因为人们运行以太坊节点的成本将变得更高。此外，过大的区块大小可能破坏共识，从而危及安全性。为了解决这些问题，出现了一种名为Rollups的扩容方案。

什么是Rollups？

以太坊联合创始人VitalikButerin已经认可Rollups是可行的扩容方案之一。它们通过将交易计算从链上移至链下，同时将交易数据存储在以太坊主网上。这样，Rollups就能继承以太坊的本地安全性，而这种安全性依赖于以太坊的去中心化特性。

Tezos举办开发者大会TezDev，计划通过Rollups升级达到100万TPS:7月26日消息，Tezos 举办为期三天的开发者活动 TezDev，Nomadic Labs 的软件工程师 Yann Regis-Gianas 和 TriliTech 的 Hans Hoglund 宣布 Tezos 将能够使用 Optimistic Rollups 和数据可用性层方案扩展至 100 万 TPS，并计划在 2023 年中期前通过协议升级实现这一目标。此前，Tezos 核心开发者宣布将推出 WASM 和 EVM Optimistic Rollups。[2022/7/26 2:38:28]

社区代币平台Roll集成机构级安全公司Fireblocks:社区代币平台Roll集成机构级安全公司Fireblocks，以进行密钥保护。Roll此前因热钱包安全事故损失570万美元，集成Fireblocks是其私钥基础设施进行改造的一部分。Roll联合创始人SidKalla表示，Fireblocks的多方计算（MPC）钱包基础设施将使Roll安全地签署交易，而无需将私钥存储在一个地方，还有助于防止私钥被盗和凭据泄露。此外还将通过Fireblocks为Roll创作者和用户提供高达3000万美元的网络安全保险。（Coindesk）[2021/6/24 0:03:59]

Rollups如何工作呢？数千个交易被收集到一个批次中，批次中的所有交易都在链下进行处理。然后，这些交易的信息被打包成一个交易，发送到链上进行提交。

Rollups能够在扩展性方面产生巨大的收益，因为它们将计算从链上移动到链下，同时仍然将交易数据压缩提交到以太坊主网上。现在，Rollups已经成为以太坊扩容领域的救星！

Vitalik 提出基于 Truebit 搭建 EVM Optimistic Rollup 的方案:5月2日，以太坊创始人 Vitalik Buterin 在以太坊研究论坛中提出，可基于交互式验证协议 Truebit 搭建以太坊二层扩容方案 Optimistic Rollup 以解决重复验证问题，并给出了基本方案。

Truebit 可以使智能合约以标准的程序语言安全地执行复杂的计算从而降低 gas 费用，该协议已于 4 月 21 日上线以太坊主网。[2021/5/2 21:17:41]

Rollups是Layer2扩容方案中的一种，它可以将多个交易批量处理，并将结果提交到以太坊上，从而提高了交易速度和吞吐量。根据交易如何在链下进行计算，Rollups分为OptimisticRollups和ValidityRollups两种类型。

OptimisticRollups

ZKSwap开发负责人 Alex Lee：构建支持通用 EVM 的 rollup 扩容解决方案 ZKSwap在路上:据官方消息，2021年04月12日晚，由Gate.io主办的直播专访节目《酒局币赴》邀请到ZKSwap开发负责人 Alex Lee直播分享近期最新发展。直播期间Alex与Gate.io合伙人酒儿就面对市场竞争格局产生变化后，ZKS将如何把握机遇与挑战进行了探讨与交流。

Alex 表示，目前，Layer2赛道已经是一片繁荣了，技术上不断创新，各种产品也层出不穷。ZKSwap推出的 Zkspeed 扩容方案兼顾了 ZK-Rollup、Validium 和 Optimistic rollup 方案的特点。即实现所有与 Layer1 交互的交易数据全部上链（ZK-Rollup），把单纯 Layer2 的交易数据存放在链下（Validium），交易 hash 数据上链，同时 ZKSpeed 也会提供一个完全上链的版本，这样可以实现更高的安全性，并提供零知识证明保证状态转换的有效性。虽然目前 ZKSwap 的方案还不兼容 EVM，但ZKSwap 团队的愿景正是构建一个支持通用 EVM 的 rollup 扩容解决方案，使得其他应用无需重新编写智能合约就能实现快速迁移，目前 ZKSwap 团队已经投入研究，并取得了一些进展。[2021/4/12 20:12:00]

OptimisticRollups采用一种乐观的假设，即批处理中的所有交易都是有效的，并且默认情况下不执行任何计算。一旦交易在链下执行完成，Rollups会将批次提交到以太坊上。

观点：“以 rollup 为中心” 的扩容方案并没有让以太坊偏离方向:据EthFans社区10月15日消息，针对此前V神更新以太坊路线图称，将以rollup构建为中心，以太坊lightclient近期发博客文章表示，“以 rollup 为中心” 的扩容方案并没有让我们偏离方向，而是一个超集。我们在分片设计中遇到的问题与我们在整合跨rollup通信时遇到的问题是同构的。这就意味着，已经开展的大部分工作都可以继续进行，不会被中断。与此同时，以rollup为中心的路线图会降低分片执行所必需的协议复杂性。这使得我们能够不断迭代类似分片的复杂的rollup机制。这样可以让更多开发者为不同的rollup格式做贡献，让现有核心开发者和研究者可以专注于构建一个健壮的数据可用性层。[2020/10/15]

如果存在无效交易，就会进入挑战期，任何人都可以挑战交易。挑战交易需要生成欺诈证明。成功的欺诈证明将触发有争议交易的重新执行，并相应地更新Rollups的状态。

通过经济激励实现有效性：负责错误交易的顺序生成者将受到惩罚，协议通过加密经济激励得到保障。

延迟：如果没有任何交易被挑战，那么一旦挑战期结束，批次中的数据就被认为是有效的。虽然可以在未经确认的Rollups块上继续构建，但如果基于先前发布的无效交易，就存在交易被撤销的风险。

在链上发布数据：在链上发布的数据包含交易的全部数据。

EVM兼容性：OptimisticRollups完全兼容以太坊虚拟机，这使得它们可以使用原生的以太坊工具来在其上构建。

此外，由于没有涉及任何计算，OptimisticRollups上的交易非常快速。而在以太坊上的交易最终确认速度比较慢，因为需要等待挑战期结束。例如，用户必须等待挑战期结束后才能提取他们的资金。

ValidityRollups

ValidityRollups是一种零知识Rollup，将交易打包并在链下处理。然后，链下Prover为批处理中交易的有效性创建一个有效性证明。有效性证明是一种密码学保证，即Rollup提议的状态更改确实是执行某批交易的结果。在完成链下过程后，系统继续进行链上过程：Rollup运营商发布摘要，描述批处理中的所有交易的更改摘要和有效性证明。有效性证明非常容易验证，验证是在链上进行的。

有效性数学：虽然乐观Rollups默认假设交易有效，并只在挑战时验证它们，但有效性Rollups使用数学证明自动确保交易的完整性和协议的安全性。这允许快速确定性。例如，在有效性Rollup中没有提款的延迟，因为一旦验证有效性证明，退出交易就会执行。

在链上发布数据：有效性证明保证批处理中的所有交易都是有效的，并且无需查看所有交易的所有信息。这带来经济效益，因为提交到链上的状态更新仅包含所有交易的最终余额。

EVM兼容性：ZKRollups默认情况下不兼容EVM，但是使用Warp和Kakarot，可以在Starknet上为有效性Rollup编译器。此外，即使在计算便宜的链下执行，生成有效性证明也需要大量的计算工作和时间。

对于某些零知识Rollup的另一个批评点是使用SNARK证明，这需要信任假设并使用不受量子计算机攻击的椭圆曲线密码术。

StarkWare的Starknet和StarkEx是有效性Rollups，使用STARK而不是SNARK，这种设计选择带来了许多优点。STARK不需要受信任的设置，对量子计算机具有安全性，还比SNARK提供更多的可扩展性。

Rollups的应用

Rollups是一个非常灵活的扩容方案，它可以与其他技术和协议集成，以提高其效率和可扩展性。下面我们来看一些Rollups的应用：

1.有效性Rollups

有效性Rollups将以太坊的交易验证和批准转移到Rollups，以减轻以太坊网络的负载。这种方法将交易验证的成本和时间分配给Rollups，使得以太坊网络可以专注于其安全和去中心化。

2.通用Rollups

通用Rollups具有高度的灵活性和可定制性，可以为不同类型的应用程序提供支持。这些Rollups可用于游戏、交易所、NFT市场、预测市场等等。

3.运行EVM的Rollups

运行EVM的Rollups可以在Rollups中运行Solidity智能合约。这种方法可以让现有的以太坊应用程序迁移到Rollups，同时最小化编写新代码的需求。

Rollups是以太坊上的下一代扩容方案，它们可以实现高吞吐量的交易处理，同时不会损害以太坊的安全性和去中心化。这些Rollups将为以太坊生态系统提供更好的性能和更高的灵活性，为用户带来更好的体验。

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