以太坊扩容的 Layer 2（第 2 层）Rollup 解决方案

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一、背景

2020 年 9 月，以太坊 gas 价格突破历史新高，超过 477 Gwei。 或许这预示着 gas 价格涨到 Twei 的那一天已经不远了。

自2017年ICO热潮以来，以太坊网络就没有这么拥堵过，现在可以说拥堵程度更高了。 区块gas limit也创下了1250万的历史新高。 交易量处于 2017 年的峰值水平，区块大小处于历史最高水平。

2. 什么是第 2 层

Layer 1 改进是指通过自身的改进以太坊最早上线哪个交易所，即链上改进来提高某条公链的可扩展性。

Layer 2 是一系列链下可扩展性解决方案的总称。 这种扩容不影响公链本身，可扩展性的提升是通过其他方式实现的，即链下提升。

在第 2 层处理交易，仅在必要时使用第 1 层。 此类解决方案包括状态通道、侧链和 Plasma 等。 多年来，许多项目探索了这些选项，并取得了很大进展。

三、Layer2的主要技术

Layer 2 解决方案在不断演进，Rollup 已经成为继状态通道和 Plasma 之后的新秀。

4. 什么是 Rollup

科普 | 为什么 Rollup 可以成为当下最火的 Layer 2 解决方案

参考网址：

以太坊Layer2 Rollup扩容方案探讨

参考网址：

从前面的内容来看，Rollup 是 Layer 2 解决方案的具体实现分类。

rollup 解决方案推出至今已有 2 年多时间。 Rollup 技术解决了 Plasma 之前暴露的问题，提供了与以太坊 Layer 1（即以太坊本身）相同的数据可用性和安全性，可以极大地提高网络的吞吐能力，同时降低单笔交易的成本。 正因如此，虽然很多人把Rollup广义上称为Layer 2技术，但实际上它介于Layer 1和Layer 2之间。

**Rollup的核心理念很简单，就是将大量原本分散在区块中的交易数据打包成一个“浓缩”的交易，发布在链上。 **为了保证每笔交易的有效性，各种Rollup方案设计了不同的机制来保证整个过程的安全与Layer 1一致。

Rollup 是一种类似于 Plasma 的 Layer 2 扩容方案，它借鉴了 Plasma 的很多概念。 Rollup 在某种意义上类似于 Plasma，通过将交易从链外迁移到受主网保护的 Layer 2 侧链（即 Layer 1）来扩展以太坊。 两种扩展方案都将智能合约部署到主网，其中包含存入侧链的所有资金和侧链当前状态的证明。 侧链用户和运营商维护侧链并确保将有效的状态转换提交给主网合约。

Rollup的概念最早可以追溯到2014年，被以太坊联合创始人Vitalik Buterin称为“Shadow Chain”，即影子链。 Plasma 和状态通道等解决方案的失败导致开发人员重新审视 Buterin 的影子链（现称为 Rollup）。

Rollup 建立在“影子链”的思想之上，通过强制执行链下状态和仅使用以太坊区块链来实现数据可用性。

**Rollup 有两种类型：Optimistic Rollup 和 ZK Rollup。 **他们在确保侧链区块有效性方面采取的方法不同。 对于 Optimistic Rollup，有效性通过欺诈证明和同步假设来保证以太坊最早上线哪个交易所，而对于 ZK Rollup，有效性通过零知识证明来保证。

什么是乐观汇总 (OR)？

在 OR 中，运营商将新的 Merkle 根与交易数据一起提交到 Layer 1 上的 Rollup 合约。每个人都会认为这是一个有效的状态转换（没有 ZKR 方案中的验证），乐观地向前推进。 因为，如果状态证明是无效的，就会有人用欺诈性的证明来挑战它。 这些保证本质上是加密经济的，因为代币奖励和质押和罚没机制会激励运营商保持诚实。

至少有 9 个项目正在研究不同的 OR 变体（详见本文中的对比表）。 最大的区别是支持 EVM 兼容性和欺诈证明挑战的互操作性要求。 例如，Celer、Nutberry 和 Optimism 支持与 EVM 兼容的智能合约和非交互式欺诈证明。

什么是零知识汇总（ZKR）？

ZK Rollup 是一种 Layer2 扩容方案，所有资金都由主链上的智能合约持有，同时进行链下计算和存储，并通过零知识证明保证其侧链的有效性。

ZK Rollup 最初由 Barry Whitehat 于 2018 年提出，其安全保障与底层 Layer1（即以太坊）相同，可在一分钟内出块，将吞吐量提升至 2000 tps。 ZK Rollup 实现的项目包括 Matter Labs 和 Starkware。

在 ZKR 中，运营者必须为第 2 层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给第 1 层上的 Rollup 合约。Rollup 合约验证这些状态转换的证明从旧的 Merkle 根到新的 Merkle 根Merkle 根是有效的。 尽管使用了新组件，但这些保护措施本质上是加密的。

Matter Labs团队开发的zkSync已上线以太坊主网。 路印协议推出了使用 ZKR 的中心化交易和支付服务。 来自 StarkWare 团队的 StarkEx 是一种使用 zk-STARKs（而不是 zk-SNARKs）的 ZKR 技术，因此它不依赖于可信设置，更具扩展性，并且可以抵抗量子计算攻击。

5. 参考资料

以太坊扩容Layer-2 Rollup扩容方案探讨

参考网址：

【强烈推荐-入门级理解】【看火的研究员】第四阶段：Layer 2现状分析及未来推演

科普｜为什么Rollup能成为当下最火的Layer 2解决方案

参考网址：