LAYER: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。——

徐明星新书《趣说金融史》正式发布 科普金融发展之道:金色财经现场报道，9月23日，欧科云链创始人徐明星携手著名财经作家李霁月、行业观察者顾泽辉力作《趣说金融史》一书，跨越5000年金融历史，重读金钱故事，并预测新的金融时代。该书由中信出版社出版，将于近期正式发售。据了解，本书可以更好地呈现金融的起源与发展，帮助人们理解货币、金融与未来经济。作为区块链行业领军企业——欧科云链的创始人，徐明星深知技术探索对经济社会的重要推动作用，他曾先后出版过《图说区块链》、《区块链：重塑经济与世界》、《通证经济》、《链与未来》等行业权威著作，解读区块链等新型技术的推动下，金融与社会的升级之道，对经济社会发展做出了重大贡献。其中，《区块链：重塑经济与世界》曾作为新中国70周年重点推荐图书之一被相关书店推荐。[2021/9/23 17:00:57]

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。

动态 | 链客社区联合北京交通广播推出区块链技术科普节目:12月11日15:15—16:00，区块链技术社区——链客区块链技术社区将联合北京交通广播FM103.9从零开始为大众科普解码区块链技术，蜻蜓FM及北京广播网同期进行全球直播。首期做客嘉宾为链客区块链技术社区创始人郄建军和百度区块链产品负责人于雅楠。[2019/12/11]

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。

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。

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。

现场 | 火币中国推出数字经济及区块链产业科普新书:金色财经现场报道，12月6日，由海南省工业和信息化厅主办，南南合作金融中心协办，海南生态软件园、火币中国承办的“海南自贸港数字经济和区块链国际合作论坛”在海口举行，这是全球首次区块链部长级论坛。

在本次论坛上，火币中国举行了“数字经济及区块链产业科普系列新书发布”仪式，希望通过教材、专业教育、培训等多种方式，帮助从业者、高校、研究机构深入了解区块链，从而建立起区块链全局性知识模型，真正推动区块链应用落地。火币中国CEO袁煜明介绍，将联合机械工业出版社面向普通高等教育推出《区块链导论》、《区块链系统设计与应用》和《区块链新商业模式分析》系列教材，这是国内最早推动的区块链教材之一；火币中国还积极参与数字经济的研究，由中信出版社出版的新书《读懂Libra》已经上市；由火币中国负责编写的区块链技术科普读物《区块链技术进阶指南》将于12月面世；首本行业内最全的区块链应用案例集《区块链产业应用100例》在本次论坛进行了首次刊印。[2019/12/6]

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 | 上海股交所总经理：区块链想要大规模发展要做好社会科普工作:金色财经报道，上海股交所总经理张云峰表示，区块链当前还处于一个“概念”的阶段，距离成熟应用，影响到百姓的日常生活还有很长的路要走。对于“区块链”和其会带来的社会和经济效果，沈阳应当持审慎的态度。区块链想要大规模发展，一方面要做好这项复杂技术的社会科普工作，加快社会大众对区块链的了解。另一方面，要充分发挥市场的作用，让企业用实实在在的技术创新，赋能实体经济的发展。[2019/11/17]

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。

财政部副部长朱光耀：数字经济还处在发展的过程中，要以科普、推动的态度来推进数字经济发展:今日，在中国发展高层论坛2018年会上，财政部副部长朱光耀表示：“数字经济还处在发展的过程中，要以科普、推动的态度来推进数字经济发展。也要关注数字经济的其他影响，包括税收征管、反监管措施等要跟上。”[2018/3/25]

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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