近期“链圈”的最重要的技术事件,莫过于以太坊扩容网络 Arbitrum 的上线,它算的上是第一个上线主网的通用性 Rollup 扩容方案。上周 6 月 5 日,Uniswap V3 已经通过提案,成功部署至 Arbitrum 网络,Layer 2 Rollup 扩容方案再一次来到聚光灯下。

以太坊为什么要扩容?什么是以太坊 Layer 2?什么是 Rollup?

这篇文章将带你先从底层逻辑了解 Layer 2,对比不同的扩容方案到底为用户带来了怎样直观的交易体验。

链下计算,链上保存

如果你曾在以太坊主网上发起过任意一笔交易,首先最直观的感受应该是“贵(手续费)”和“慢”。

这是因为在主网 Layer 1 上任何一笔交易都需要通过以太坊上所有的节点做计算和验证,就像是开车从 A 点到 B 点,但是过程中需要通过一个又一个的收费站,整体的车速当然会被减慢。

Layer 2 系列一:以太坊扩容方案大 PK,谁才是解决问题之王?

近 3 年以太坊平均 Gas 费趋势,近两年上涨迅速

并且为了防止恶意合约(比如无限循环合约)的影响,以太坊设置了 Gas 费机制,限制了单个区块的 Gas 上限和每个计算步骤需要消耗的 Gas 量。

Gas 费就是用户参与链上操作需要支付的“手续费”,激励矿工处理交易和维护网络,挖到该区块的矿工就可以获得区块内交易的总 Gas 费。

但随着以太坊交易量的急剧上升,网络变得异常拥堵,支付 Gas 费的 ETH 价格也升高,导致一次普通的交易就需要支付几十甚至上百美金。

为了解决“又贵又慢”的难题,如何扩容以太坊一直是区块链行业明确发展的趋势之一。

当下的扩容方式分为链下扩容和链上扩容,其中链下扩容也被称为第 2 层 (Layer 2) 扩容,它的本质就是——将本应该在链上处理的运算移至链下,计算完成后将结果再传入链上保存,从而提升整个链的工作性能。 它的过程逻辑抽象如下图。

Layer 2 系列一:以太坊扩容方案大 PK,谁才是解决问题之王?

也就是通过将具体的计算放在 Layer 2 上完成,再定时将数据回传 Layer 1,同时进行验证和保存,这样大大减少了直接在 Layer 1 上交易的 Gas 费。简单比喻,它就像是在路之外建立高架、天桥、开发地下通道,将拥堵的车流进行分流。

相较于链上的分片式扩容,链下 Layer 2 目前被认为是以太坊解决吞吐量拥堵的最佳方案,它也不会改变区块链协议本身。

当前有 5 种最广泛的解决方案:1) Channels (状态通道);2) Sidechain (侧链);3) Plasma (等离子);Rollup (汇总),分为 4) Optimistic Rollup (乐观汇总)和 5) ZK Rollup (ZK 汇总)。

Rollup 方案大 PK

在以上的 5 种解决方案中,最受欢迎的便是侧链和 Rollup。

首先,Sidechain 侧链可以通过完全独立的共识机制来处理交易,数据和状态并不与以太坊同步,可以说各大交易所公链例如 BSC、HECO 等都是以太坊的侧链。虽然这些公链上面的用户十分活跃,但最大的风险便是侧链自身的安全性,一旦侧链上出现故障,资产就很容易丢失。

而 Rollup 汇总的概念在 2018 年被提出,在去年更是获得了以太坊创始人 V 神的肯定,称之为“以太坊的关键扩容解决方案和基石”,并将在未来与分片一起承担“ETH 全球结算层”的重任。

Layer 2 系列一:以太坊扩容方案大 PK,谁才是解决问题之王?

V 神撰写的文章《Rollups 不完全汇总指南》中指出 Rollup 的强大

Rollup,顾名思义,就是将众多信息“卷起来”。它可以汇总侧链上的交易信息(状态),将交易信息压缩打包生成一条哈希,再传到以太坊上进行最终确认,并且只有以太坊才能最终确认“真相”。它只是将繁复的计算移至链下进行,释放了更多的链上空间,即使链下的数据遭到破坏,也能提出资产。

下表简要对比了侧链和 Rollup 扩容的优缺点,请点击看大图:

Layer 2 系列一:以太坊扩容方案大 PK,谁才是解决问题之王?

OR 还是 ZK?

Rollup 机制目前被认为是最有前景的扩容方式,而状态通道和 Plasma 方案已经被 V 神否定。

在两种主流的 Rollup 方案中, 最核心的问题便是如何验证交易压缩包中的交易的真实性。

Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 运用了不同的思维逻辑,前者乐观地相信交易的真实性,而后者悲观地不相信,因此生成零知识证明来自证清白。

下表介绍了两种方案的流程和优劣势,请点击看大图:

Layer 2 系列一:以太坊扩容方案大 PK,谁才是解决问题之王?

在这些方案中,能够占领大部分市场的最终赢家还未确定,但是信息安全和足够的去中心化是最核心的扩容诉求。

V 神本人也在近期表示:“目前 Rollup 没有很大的挑战,但是有很多小的挑战,需要解决这 100 个小的问题,才能提升整体性能和用户体验。”

蓝狐笔记分析称:“Layer 2 赛道:短期 OP (Optimistic Rollup),长期 ZK (ZK Rollup)”。ZK 在基于提取资金的高效和安全性上很有优势,随着更多 DeFi 项目的采用,最后可以实现二层的 ZK Rollup 互通。

也有分析指出,能够最先上线的兼容 EVM 的 Layer 2 方案将具备更大的先发优势,提高交易速率的同时降低手续费,DeFi 市场也可能因此迎来洗牌。

Layer 2 Rollup 方案的各项目包括 Arbitrum、zkSync、Loopring、StarkWare 表现如何?现在的问题具体还有哪些?记得关注+星标 Wootrade 公众号,我们将在下一篇的科普中为大家介绍。

参考资料(下滑):

https://www.chainnews.com/articles/054136833705.htm

https://vitalik.ca/general/2021/01/05/rollup.html

https://insights.deribit.com/market-research/making-sense-of-Rollups-part-one-optimistic-vs-zero-knowledge/

https://www.chainnews.com/articles/133663225863.htm

https://www.chainnews.com/articles/112624561001.htm

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