欧伊奥克斯研究院：以太坊中场之战

摘要

自以太坊诞生以来，其低交易处理能力导致了频繁的网络拥塞和高昂的燃气成本，严重制约了以太坊的发展生态。为此，以太坊扩容的问题一直受到市场的关注。在DeFi爆发的背景下，侧链、国信、等离子等Layer2扩容解决方案已经不能满足市场的要求，而聚划算也成为了时代的宠儿。

当然，rollup不是一个纯粹的第2层解决方案，更像是第1层和第2层的混合物：数据在链下计算、打包和压缩，然后存储在链上。另外，为了解决数据的真实性和有效性问题，保证资产的安全性，rollup推出了ZK rollup使用“有效性证明”和**rollup使用plaa“欺诈证明”。

一般来说，ZK汇总和**汇总各有优缺点。ZK rollup适用于支付、交易等非合同领域，成本低，速度快。由于OVM的存在，**上卷是目前适合于智能合约应用领域的一种方法。然而，随着图灵完备EVM在ZK rollup项目中的推出，ZK rollup在未来可能会取代**rollup。

但罗拉的扩容限值取决于区块用气量上限，因此只能成为以太坊未来中短期的扩容方案，以解决DeFi生态的迫切需求。从长远来看，要从根本上解决以太坊的可扩展性问题，我们还是要依靠以太坊 2.0切片技术的顺利实现。

然而，值得注意的是，rollup协议能够捕获价值，并且在经济上是可持续的。可以预见，rollup项目发行的代币将具有巨大的投资潜力。

在沉寂了近两年之后，以太坊的汇总扩张计划终于迎来了开花结果的曙光：今年2月，Optimi者宣布完成a轮融资，并将于3月上线，实验室的主网络Zksync去年启动，今年将推出支持图灵的智能合约。此外，另一款吸引业界关注的汇总解决方案arbitrum也将于今年在主网推出。

归根结底，市场对汇总充满了期待和追捧。不过，从实际情况来看，很多以太坊的投资者和用户对rollup并没有一个清晰的认识，但总体上，他们已经达成了一个共识，rollup非常重要，是以太坊的未来。

这句话的前半部分是对的，汇总对现在的以太坊确实很重要，但下半部分并不准确，汇总并不是以太坊的未来。更确切地说，rollup只代表了以太坊的中短期扩容计划，这是以太坊解决网络拥塞问题的一场中场之战。从长远来看，要从根本上解决以太坊的可扩展性问题，我们还要依靠以太坊 2.0碎片化技术的顺利实现。

为了正确认识和预测罗普的未来，把握其财富机遇，我们需要分析罗普的历史背景、原则和机制。

1以太坊的扩张战与Rollup的兴起

自以太坊诞生以来，其低效性能不断受到市场的损害：以太坊网络的TPS（交易处理能力）约为15笔/秒，而Visa网络为2000笔/秒，而支付宝网络在“双11”期间达到50万笔/秒。交易处理能力低导致频繁的网络拥堵和高昂的燃气成本，特别是2017年的牛市和2020年以来的去中心化融资浪潮，严重制约了以太坊生态的进一步发展。

解决区块链网络拥塞、提高公链可扩展性逐渐成为业界关注的焦点。各种区块链扩张方案也陆续出台，主要包括两大类：

链上扩展方案也称为第1层方案，主要通过增加区块链本身的交易容量来实现。常见的layer1方案包括增加块容量（例如，BCH使用32m大块）、隔离见证（BTC，将数字签名与事务数据分离，改变原有的块结构实现扩展）、切片技术（以太坊2.0，将主链的状态和历史分为不同的切片）实现扩张）。

链下扩展方案又称Layer2方案，主要通过Layer2协议来执行链下的大部分事务，以降低成本，提高效率。目前主流的Layer2方案包括状态通道、侧链和等离子体。

在以太坊的早期开发中，人们普遍认为侧链技术是解决区块链扩张问题的**方案。所谓侧链是与主链平行的另一个独立区块链。它可以通过托管的方式将部分交易转移到侧链，扩展主链的容量。但同时也带来了两个严重的问题：一是侧链资金安全得不到保障。黑客一旦控制了侧链，就可以窃取侧链上的资金；其次，侧链无法保证数据的安全可用性：只要黑客控制了侧链，就可以拒绝共享底层交易数据，对主链的安全造成重大打击。

为了解决侧链存在的问题，实现以太坊的产能扩张，以太坊创始人维塔利克于2017年推出了名为“等离子”的二层扩张方案。plaa的特别之处在于它设计了一个防欺诈机制：plaa将特定的底层数据发送给用户保管，解决了数据可用性问题；此外，plaa还有一个“退出期”设计。即使黑客控制了侧链并试图取款，任何用户都可以在“退出期”提交证据进行质疑。如果选择取款，可以使用“退出期”，如果战争成功，没有人可以提取这笔资产，运营商将被罚款，这就保证了数据的真实性、有效性和准确性，解决了资金安全问题，。

然而，plaa解决了侧链的问题，却带来了新的问题：首先，用户必须每两周上网一次，对plaa链进行监控，否则，如果错过了“退出期”，黑客就可以取出资产；其次，用户必须保存底层交易数据，以确保数据的可用性，但它给用户带来了巨大的存储成本。因此，plaa并不友好，体验也很差。在2018年大熊市的背景下，曾经基于以太坊社区高期望的等离子解决方案逐渐被抛弃。

事实上，即使2018年没有牛市，等离子也无法适应以太坊的生态发展。自2019年以来，DeFi逐渐崛起，以Uniswap为代表的AMM成为其中的佼佼者。对于uniwap上的流动性提供者（liquidity provider，LP），其存储在交易池中的资产很容易发生变化，不可能满足plaa方案中LP每笔交易的质询验证要求。事实上，大量的DeFi协议都可以在未经用户同意的情况下改变账号状态，因此plaa注定会在DeFi时代走向衰落。

类似地，state通道也存在side chain和plaa所面临的问题：state通道不能表示逻辑上没有明确所有者的对象（例如Uniswap），并且对象需要是明确的资产所有者。

因此，在DeFi对以太坊生态越来越重要的今天，无论是状态通道、侧链还是等离子都不能满足以太坊的实际需求。与其说是上帝V在推动汇总中起了决定性的作用，不如说是时代选择了汇总。那么汇总有什么特别之处呢？

2汇总原理分析

在分析汇总之前，我们不妨先了解一下plaa的扩容模式：在链下，plaa运营商将等待批量处理的事务进行聚合，生成一棵Merkle树，其中每个叶子都可以代表一个事务资产的信息。如果没有事务，则叶值为0。然后，plaa将Merkel树的根发送到主链的上链，并将Merkel树的分支发送给用户保存。

因此，主链只存储Merkel树根的hash值，通过Merkel树根的索引，可以在分支叶中找到具体的事务信息。但是，这些具体的交易信息是由用户存储在链下的，因此节省了链上的大量空间，实现了主链的扩展。

然而，如前所述，用户将特定事务信息保存在链下，这对数据可用性有折扣，并且不适合于DeFi应用程序。因此，以太坊社区提出了一种新的方案：压缩事务数据并将其放到链上，称为rollup方案。

具体来说，rollup将事务数据压缩到Merkel树中并存储在链上；同时，它在智能合约中保存Merkel树的根（state root）。rollup操作符可以发布一批摘要事务，这是压缩的事务集，包含上一个状态根和新的状态根（处理事务后的新Merkel树根）。智能合约将检查并更新状态根以实现资产的转移。

当然，从上面我们可以看出，汇总并不是纯的第2层解决方案，更像是第1层和第2层的混合物：数据是在链下计算和打包的，但存储在链上。因此，将rollup称为半链向下扩展或半层2更为合适。

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用图像类比，现在我们需要保存很多电影。Plaa类似于在计算机上存储电影，然后只在U盘上保存一个目录文件。根据目录文件，我们可以很容易地找到火币5的任何一个。汇总的方法是先压缩电影，然后将其全部保存到U盘。这样，我们可以在U闪存驱动器中存储更多的电影。

那么，rollup是如何实现压缩的呢？—主要压缩事务参数，包括nonce、gasspice、gas、to、value、signature，如下表所示：

过去，一个事务需要112字节的存储空间，而现在它只需要12字节的存储空间，一个字节大约需要16个字节。在以太坊上，气体的上限为1250万。假设rollup花费500000 gas，那么rollup的事务处理能力如下：

（区块耗气量上限–汇总耗气量）//每字节耗气量/事务字节/区块关闭时间=（12500000–500000）//16/12/14=4464事务/秒

目前，在以太坊上进行一次转输大约需要21000气，也就是说，如果全部转输，那么以太坊的**交易处理能力是：区块耗气量上限/单次转输耗气量/封锁时间=12500000/21000/13=45个事务/秒

这意味着在传输场景中汇总减少，以太坊的TPS增加了100倍。同样，根据vitalik的计算，在ERC20 transfer和Uniswap的应用场景中，在相同条件下，以太坊 TPS可以扩展100-400倍。

前面的分析非常顺利，但我们忽略了一个类似于侧链技术的重要问题：如何防止汇总操作符伪造数据窃取资产？以太坊社区提出了两种方案：使用“有效性证明”的ZK汇总和使用plaa的“欺诈证明”的**汇总。

3ZK汇总与乐观汇总

首先，让我们看看ZK汇总方案的实现。ZK rollup使用ZK snark（简明的零知识成功非交互式知识论证）来确保交易的安全性。

quot;零知识证明（zkp）quot;是由S.Goldwasser、S.Micali和C.rackoff在20世纪80年代初提出的，它意味着验证者可以在不向验证者提供任何有用信息的情况下，使验证者相信某个结论是正确的。

一个典的例子是：一条有缝隙的圆形走廊，出口和入口非常近（在视线范围内），但走廊中间的某个地方有一扇门只能用钥匙打开。爱丽丝想向鲍勃证明她有门的钥匙。使用零知识证明，鲍勃看着爱丽丝从入口进入走廊，然后从出口走出走廊。这时，鲍勃没有得到任何有关钥匙的信息，但它可以证明爱丽丝有钥匙。

由此可见，zkp具有计算的非对称性。在ZK-rollup方案中，rollup算子投入大量资源进行ZK-snark计算并成批进行，而智能合约（验证器）可以快速、低成本地证明交易的安全性。因此，ZK-rollup具有很多优点：可以保护隐私，快速验证数据的真实性；但其缺点是计算量大，技术难度高，难以支持虚拟机。

在之前的plaa解决方案中，我们引入了其“防欺诈”机制，可以实现交易数据的真实性、有效性和准确性，保证资产的安全性。**汇总遵循以下机制：此类汇总跟踪每个批的所有历史状态根和哈希值。如果有人发现一个批次的后状态根不正确，他可以向区块链出具证明，证明该批次的计算是错误的。智能合约验证证明并回滚批和后续批。

Optimal选择了plaa的防欺诈机制，这意味着plaa有一个很长的“退出期”（大约一周），这大大降低了资金的利用效率。不过，好消息是，随着DeFi生态的成熟，大量流动性提供者可以在“退出期”为用户提供资金，可以有效解决资金使用冲抵问题。此外，最重要的是，**汇总还继承了plaa的OVM，这意味着与以太坊 EVM兼容的智能合约可以部署在**汇总网络中，这对DeFi尤为重要。

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一般来说，ZK rollup和optimal rollup各有优缺点。ZK rollup适用于支付、交易等非合同领域，成本低，速度快；而optimal rollup由于OVM的存在，目前适用于智能合同应用领域；但随着ZK rollup项目中Turing complete EVM的推出，ZK rollup可能会取代optimal；将来汇总。

4Rollup的未来和财富机会

综上所述，与其他Layer2方案相比，rollup能够更好地保证数据的安全性和可用性。然而，汇总真的是以太坊的未来吗？

不，从罗洛普的扩展方案可以看出，区块用气量的上限是罗洛普方案的上限。这类似于在早高峰时间乘地铁。为了在地铁车厢（街区）容纳更多的人，我们不得不把更多的人挤上车（压缩）。但是，无论压缩多少，都有一个上限。未来，随着区块链应用的不断发展，我们会不会只满足于100倍的**扩展？所以从长远来看，以太坊未来的扩容有赖于以太坊 2.0切片技术的顺利实施。

不过，根据以太坊的官方计划，以太坊 2.0碎片化的实现可能要到2030年才能实现。但即便是现在，由于DeFi的普及，以太坊已经人满为患，汽油费也很高。几年前，状态通道、等离子等二层解决方案还不能满足DeFi的要求，而切片技术是一个遥远的目标。是“过去不可谏，未来不可追”，汇总自然成为应对以太坊中短期扩容计划的**方案，成为以太坊 2.0的中场接力。

当然，vitalik提倡rollup的另一个原因是，rollup协议能够捕获价值，并且在经济上是可持续的。

我们先谈谈经济价值。上卷可以缓解以太坊的拥堵，降低汽油费。节约的部分成本可以转化为汇总协议的收入（如收费和MeV），具有经济可持续性。

那么，为什么汇总能够捕获价值呢？这与汇总的特殊性有关：数据放在主链上，只在主链下进行数据计算。第1层和第2层之间的混合方案使得rollup成为主链中一个特殊的DAPP应用。因此，rollup项目可以基于主链中的rollup协议发布代币，并通过代币捕获协议的值。

可以预见，在未来几个月的rollup爆发之后，将有大量的项目代币由rollup发行。那些愿意将协议的经济价值附加到代币上的项目将具有巨大的投资潜力。