撰文：Cati

可扩展性的「三难困境」存在于所有区块链网络中。区块链 L1 (主网) 推广可扩展性越难，对全节点运行的最低硬件要求就越高。当整个节点不那么容易运行时，区块链网络就会变得更加集中。

显然，以太坊长期以来一直优先考虑 L1 安全性和分散性，而不是可扩展性。但随着以太坊转向以 Rollup以太坊正在使用以太坊为中心的路线图L 基层 (尤其是其庞大的全节点网络)提供强大的数据可用性来代替 L1 可扩展性，保持网络安全和分散化。

上图:区块链「三难困境」，图源：Vitalik Buterin

以太坊转向这条路线图的目的是我们今天在以太坊区块链上的大部分交易(包括 )DeFi、NFTs 等活动)将转移到 Rollups ，而不是以太坊 L1 上行。虽然这和这个行业有很多 L1s 链将重点放在速度和安全性 (而不是去中心化) 的概念是相反的。

但这种**「三难困境」不适合 Rollups** ：Rollups 继承以太坊 L由于以太坊 ，主网安全L1 处理了困难的部分，Rollups 能够专注于成为最好的执行层。

你可能听说过Optimism和Arbitrum两者都是基于这两个网络的Optimistic Rollups技术的 Rollup 网络；另一种 Rollup 网络是基于的ZK-Rollups* * 技术，目前已有一些基础 ZK-Rollups 的网络已经上线比如现在的 Loopring 和 zkSync 1.0 等)。

但***没有 ZK-Rollup 网络提供通用计算 EVM 兼容性 (即 ***zkEVM)，但随着 zkSync 2.0、Scroll、StarkNet 等网络进展迅速，不会持续太久。

那为什么这么重要呢？当以太坊实现时「单片区块链」蜕变成一个「模块化系统」这将改变区块链的竞争趋势。就像 Polynya 其他 在其文章中指出L1 智能合约区块链将不再直接与以太坊竞争，而是与 竞争Rollups 竞争。

相信与 兼容EVM 的通用 ZK-Rollups 网络的出现不仅会使 Optimistic Rollups 方案有些过时，还会导致所有其他 L1 智能合约区块链过时。

事实上，通过这些竞争 Rollups 实现并专注于提高执行效率，Rollups 将以极快的速度自我迭代到最佳版本。因为它们都有可能经历快速的变化，我不会试图在这篇文章中找到特定的 ZK-Rollups 方案描述；相反，本文将强调* ZK-Rollup 在以太坊新旧链合并 & 以太坊世界实施分片后的能力和可能性* 。

一、安全性

Rollups 的安全保证使能够实现一些有趣的动态。

逃生舱口

如果你的钱在 Polygon PoS(以太坊侧链) * 或者 Solana 在区块链上，网络离线几个小时，在此期间，你对被困资金无能为力。使用这些侧链或其他 L以以太坊 为基础，智能合约链不同L1 主网的Rollups链的合约* 包含逃生舱口(escape hatches)。

允许用户在即便 Rollup 如果网络离线，资金也可以从 Rollups 网络撤回以太坊 L主网1 Rollups 链中，你总能根据需要手动在以太坊主网上 Rollup 合同提交交易，包括资金从 Rollups 撤回以太坊主网。

理想情况下，资金从 Rollup 撤回至 L1 不应该是一个非常舒适的过程。Google

集中定序器 & 证明器 (为什么不那么可怕)

我知道我在上面的介绍部分说过，这篇文章会介绍 Rollups 在有人对此感到失望之前，我需要澄清一个明显的事实：理想的场景是 Rollups 实现了完全分散的定序器 (sequencers) 和证明器(provers)。

但最初的情况并非如此：大多数 Rollups 在启动初期有不同程度的分散化，并逐步实现分散化。但尽管如此， 有一个集中的定序器Rollups 链仍然会比集中 更多L1 链更安全，这是值得强调的事实。

当您使用具有集中定序器或证明器的 时Rollup 网络时，你只是在信任和抗审查方面妥协，而不是在安全方面妥协。Rollups 定序器的运营商不能窃取你的资金，你总能在以太坊主网上撤回资金。事实上，你主要依靠中央定序器的活动。

我们以前都听说过区块链是一个数据中心链的笑话。通过 ZK-Rollups，事实上，你可以拥有一个由超高标准机器组成的数据中心，专门负责证明，这对网络来说不是一个风险。

分散定序器 & 证明器

幸运的是，因为 Rollups 开发人员可以在必要时触发逃生舱，不能窃取资金，因此他们可以在不担心灾难性后果的情况下测试各种解决方案。定序器和证书分散的设计领域相当广泛。

就其最终形式而言，我预计 Rollups 网络的顺序和证明将对公众开放，并提供不同形式的经济激励 （代币、质押、惩罚等） ，以确保人们正确行事。更重要的是，我们将有分布式 Rollups 网络包含许多业务，Rollup 开发者和操作证明器的爱好者。

二、数据可用性

数据可用性 (data availability) 是指每个以太坊节点都需要维护的数据。链上的数据存储非常有价值，因为它是不可篡改的，但以太坊链上的数据容量有限，这些数据的维护也需要消耗大量的资源；因此，在链上存储并不便宜！

但一旦以太坊实现了数据分片(data shards) 并转向成为一个「模块化系统」时，Rollups 可以获得大量的数据容量，这些容量只会随着时间的推移而增加* (因为以太坊将从最初的 64 条分片链增加至 1024 条分片链)* 。大量的全节点和验证者意味着以太坊将具有最大容量的数据可用性。

以太坊数据分片

分片是以太坊将实施的多阶段升级(shards) 允许 作为网络数据存储需求的负载平衡器Rollup 执行层大大提高了可扩展性。重要的是，这也避免了对以太坊网络全节点的过高要求，使网络分散化。

起初，以太坊将实现64 条数据分割（即分割链）；最终将有 1024 条数据分割。数据分割不会 负责处理交易或智能合同，而是 Rollups 提供额外的数据容量。

以太坊分片示意图，图源：Hsiao-Wei Wang

我们知道，Rollups 通过压缩交易批次，不时向以太坊主网发布单个状态根更新，包括 Rollup 层的许多不同交易结果。

由于 Rollups 必须在主网上发布这些状态根，Rollups 需要付款Gas 成本也受到主网区块空间需求的波动，通常转移到 Rollups 用户(我们将在下面详细解释)。一旦以太坊分片上线，主网容量将增加近20倍，这将允许 Rollups 操作便宜快捷！

Volitions

Volitions 是一种混合扩容解决方案，允许用户在ZK-Rollup模式”和“Validium选择模式之间ZK-Rollups 方案相似，Volitions 还需要向以太坊主网提交状态根和证明。

但不同的是，Volitions 方案允许用户选择数据可用性:如果用户想要或需要使用链上的数据可用性，可以选择 Volition 的zk-Rollup 模式；如果要链下数据的可用性，可以选择 Validium 模式。这种权衡决策只是 ZK-Rollup 领域可用；Optimistic Rollups 领域无法实现Volitions 方案。

Volition 方案的一个例子是zkSyc 2.0：

上图：zkSync 2. 将实现Volition 方案。Matter Labs

zkSync 的 Validium 模式称为「zkPorter」。数据可用性，数据可用性为 zkPorter 验证者 (validators) 保护。Matter Labs 团队声称，zkPorter 将能够实现 2万 TPS 的吞吐量是 100 的倍Gas 降低成本。

值得注意的是，zk-Rollup 上的最终交易吞吐量上限实际上受到其证明器计算和存储能力的限制。在我看来，从长远来看，2万 TPS 实际上可能是一个过高的估计。

三、交易成本 & 吞吐量

目前，Rollups 交易成本已经相当低了，但还不够低。幸运的是，将会有更多的优化方法Gas 成本大幅降低。此外，还将部署许多技术来增加 Rollups 交易吞吐量。

Rollups 大军

主网上的 Rollups 未来可能会有数百个 Rollups 网络并行运行，每个 Rollup 可以支持数十万用户，各有巨大的交易吞吐量Rollups 都由以太坊提供支持和保护。

当某个 Rollup 饱和时 (如因其定序器不堪重负等)，跳到另一个 Rollup 很容易开始交易。如果需要，也可以对某个 Rollup 分叉并部署一个 Rollup 的副本。

有效性证明摊销

摊销的有效性证明是指 ZK-Rollups 以太坊 每批交易L 提交状态根更新时需要支付Gas 成本将分摊到交易批次中包含的所有交易中。

在本文中，我将提供一个快速理解摊销概念的例子。请记住，为了简单起见，这个例子在数学上是不准确的。我提供的公式只是为了解释；在现实中，Rollups 交易成本的拆分不会那么简单。以下是我们想象的场景：

假设某个 Rollup 网络向以太坊 L1 更新状态根的成本是 5000,000 Gas；类似于主网，Rollup 用户在发起交易时也要付费Gas 成本；这样，每笔交易的成本公式就是x = 5000000/y，其中 x 表示每笔交易都需要支付 Gas 费用，y 表示给定 Rollup 交易批次中包含的交易数量。

这样，我们就可以计算出：

如果这批交易包含 200 笔交易，那么单笔交易的成本是 25000 Gas；如果这个交易批次包含 1000,00 交易，那么单笔交易的成本是 50 Gas，基本上可以忽略不计。

可以看出，当更多的用户在一批中提交更多的交易时，摊销的交易成本就会变得更低。这与单片式区块链 （如当前以太坊） 完全相反：在单片式区块链中，随着网络中活跃用户数量的增加，对区块空间的需求将增加，这将导致 Gas 价格飙升。

摊销的一个例子是:StarkEx 提供一种叫 SHARP (全称 Shared Prover) 的机制，也就是在所有 StarkEx 部署中分摊成本。

Volitions

关于 Volitions 的大部分相关信息已在上面提到。尽管如此，该方案仍与 有关Rollup 吞吐量相关，值得再次提及 Volitions。简单回顾:

Volitions 给开发者和用户在 Validium 模式中使用链下数据的可用性；虽然这种链下数据可用性的安全性不如链上数据可用性，但可以大大降低交易成本；除了降低交易成本外，链下数据的可用性还解锁了大量额外的交易吞吐量。4、隐私

以太坊公链并非固有的隐私属性。默认情况下，ZK-Rollups 方案没有隐私。ZK-Rollup 中的“ZK”(zero knowledge，零知识)是指发生在链下的计算。

然后用零知识证明(zero-knowledge proof)的方式在 L在主链上验证其合法性并不意味着你的交易活动被隐藏起来，不被窥探。但也没那么糟糕：目前正在实现 ZK-Rollups 在隐私方面隐私正在进行大量工作。

递归证明

Vitalik 在它写的《Rollups 不完整指南》(An Incomplete Guide to Rollups)这篇文章谈到了 Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 之间的一些关键区别是这两种 Rollup 如何处理隐私问题？

Vitalik 特别提到「递归证明」(recursive proofs)。递归证明是指在的证明(proof) 内部验证另一种证明行为，如一个 SNARK 证明另一个 内部验证SNARK 证明。这是一种提高效率、降低隐私保护成本的方便压缩技术。

比如，Aztec 团队致力于相关ZK-ZK-rollup(即ZK2-rollup) 研究方案利用其创新性PLONK 证明和Turbo-PLONK提供交易隐私。

需要注意的是，Optimistic Rollups 不能实现这种创新，因为它们不能安全地允许内部 SNARK 验证在 Rollup 以外；数据必须在链上发布。这并不是说 Optimistic Rollups 不能从零知识证明中受益，但在效率和成本效益方面总是更低。

撰文时，zkSnyc 和 Mina Protocol 已使用 PLONKs。随着时间的推移，我们可以预计将会有更多关于递归证明的创新 (包括来自 Groth16、Marlin、Fractal、Halo2 等协议的创新) 是所有 ZK-Rollups 带来更便宜和更强大的隐私性。

上图：Turbo-PLONK 多项式逻辑单位，图源：Zero Knowledge Summit。

五、灵活性

ZK-Rollups 享受创新的自由，而不是像其他 那样L1 链那样面临着灾难性失败的风险。以太坊以 Rollup 中心路线图的一个关键原则是，自由市场正在寻找建设 Rollup 所有最好的方法，而不是让一小群核心开发者假设这种方法应该是最好的。

由于 的开发和部署Rollup 网络是一项无需许可的工作，我们将看到许多 采用不同的方法Rollups 竞争吸引用户，包括采用不同风格的治理方法、代币经济学、流动性激励机制、分散频谱中的不同平衡、意识形态的不同表达，甚至选择不同的 VM (虚拟机) 环境 (如 LLVM、自定义的 VMs 等等)。

然而，本章提到的所有内容都是 ZK-Rollups 是独一无二的。尽管 Optimistic Rollups 缺乏 ZK-Rollups 提供了一些特性，但是Optimistic Rollups 也有相当的灵活性L1 智能合约链不能像 Rollups 快速迭代其中任何一个特征。请记住：现在是 Rollups 与其他 作战L该1 智能合约平台了。

如果 L1 如果链试图快速迭代，放弃适当的测试和安全措施，用户将面临高风险。任何时候，L如果 L如果1 链失败，损失可能是灾难性的。

停机时间也会对 L 上的任何可扩展性执行环境(如 Rollups、状态通道等。) 产生影响。L1 网络优先考虑安全性和分散性是合理的。

在最坏的情况下，当 Rollup 崩溃时，需要手动操作，直到问题解决。就像 Etherscan 网站与智能合同互动。

Rollups 开发者和 dApp 开发者可以提供紧急情况的门户网站，允许用户在需要时快速简单地手动操作 Rollups。幸运的是，这些快速迭代很可能在早期得到解决，我认为相关的开发工作将得到充分的重视。

六、大量新应用

外包计算* (即在 L2 层执行计算)* 有可能在当前以太坊主链或任何其他智能合同平台上应用大量新的链。这种新的范式也允许我们构建任何现有链产品的高级版本。

使用专用 ZK-Rollups

虽然本文主要关注通用计算 ZK-Rollups 的优点，但关于应用专用 ZK-Rollups还有很多影响需要阐述。

dYdX 交易所

由 L2 可扩展性发动机 StarkEx 驱动的 **dYdX **是一个去中心化交易所，支持永续合约交易、保证金交易和现货交易，同时也支持资产借贷。自从 dYdX 在 L自网络部署以来，交易所上的 ETH-USD 交易产生的流动性可与 相匹配FTX 交易所匹敌。

尽管这些流动性可能是为了参与平台 DYDX 代币奖励计划流入「唯利是图的流动性」，但我相信，dYdX 或其他 ZK-Rollup 原生的 DEX (去中心化交易所) 总有一天和流动性方面总有一天会超过所有永久合同交易所。

上图：dYdX 的 ETH 流动性对比 FTX，截至2021年 9月 26日。Hsaka

在 UX (用户体验) 你只需要一个以太坊钱包和一些 ETH 可登录并在 开始dYdX 交易。不同于一般的集中交易所，这里不需要 KYC，当然，您不需要将您的个人信息存储到第三方，DEX 是非托管式的。

你真的需要把钱转到 Rollup 用这个 DEX，但是你可以控制自己的资金，必要时把资金撤回到以太坊主网。dYdX 有用户说，它给人的感觉就像使用集中交易所一样快。

一些区块链吸引了高频交易者的注意。假设高频交易公司是一个以利润为导向的合理实体，我认为随着时间的推移，这种活动将主要停留在 ZK-Rollups 上面。

Immutable X

另一个快速关注的例子是Immutable X，这是一种 Volition 方案 (也是 StarkEx 提供支持)，平台为 NFTs (非同质化代币) 的铸造和交易提供了巨大的可扩展性。

最近，TikTok 为他们的 TikTok Top Moments NFTs 选择 Immutable X 平台。Immutable X 平台允许用户支付极低的成本，甚至免费铸造 NFT， 不需要花费100 甚至1000美元Gas 成本。该平台在声明中表示:

“Immutable X 提供免 Gas 费用和即时交易:对于任何市场、游戏和分散应用 (dApps)，Immutable X 都提供免 Gas 费用交易 (NFT 铸造、交易、利润和收集都是免费的Gas 成本)，即时 NFT 交易 (每秒高达 9000 多笔交易)，驱动可扩展性，无需用户托管。

你看到他们说每秒高达 9000 多笔交易吗？

其他观念

Volitions 将实现 Web3.0 使命带来了新的方式。例如，区块链本土社交网络将从链下数据的可用性中受益匪浅。Jack Dorsey(Twitter 创始人) 已经谈到了他的计划，要 Twitter 成为开源分布式系统* ，在这个系统中，Twitter 只是Twitter协议上方的客户端。Volitions (更具体地说是 Validiums) 在这一实现中可能发挥关键作用。

类似地，我可以想象一个开源 Vine *(已关闭的短视频应用) * 复活，用户提交的短视频 (6秒或更短) 铸成 NFTs。TikTok 及其“Top Moments”NFT 计划类似于这个想法，但 TikTok 毕竟是闭源实体，一点小突破从来都不是坏事。

这场比赛将如何演变？

ZK-Rollups 带来了很多东西，以太坊很快就会让 ZK-Rollups 发挥其最佳能力。但其他竞争性 L 链呢？在各个方面都是 ZK-Rollups 超越，这些 L1 链会怎么样？这是个好问题，但必然会有很多复杂的答案。我对他们的命运有一些想法。

以太坊实用主义黑洞

在过去的一年里，我们看到许多“便宜而快速”的EVM 兼容链如雨后春笋般涌现。我们还看到一些区块链在基础层克服区块链三难的旗帜下上线，摒弃了通过分层继续扩张的理念 (但实际上为了实现速度和安全而牺牲了分散化)。

显然，通用计算 ZK-Rollups 将比任何其他 L1 智能合约链更安全、更分散、更适应性和灵活性，更轻量级。这些事实非常重要；每个独立的 L 链条将承担不必要的安全成本和风险，也是劣质产品。

在我看来，对于这些区块链来说，未来的实用主义计划是放弃其他多余的共识机制和数据可用性， ZK-Rollup 或者 Volition。它们应吸收以太坊的一流安全性、数据可用性和结算保证。

通过共识和安全「外包」给以太坊，将使这些链条更加注重执行。以太坊将在未来实施分片Rollups 占主导地位的世界将保持这些链的相关性。否则，它们的安全成本将变得沉重，难以跟上步伐。随着时间的推移，这将是一个越来越清晰的现实。

上图:以太坊 (左) & 其他 L1 执行层 (右)，约2023年 。NASA/CXC/M.WEISS

也就是说，放弃多余的共识机制和安全成本，成为以太坊 Rollup，这并不意味着它们的代币会消失。相反，它们可以给它们一个新的代币用途，以适应序器和证明器的激励机制，或在链上提供流动性激励。这些链不需要牺牲它们的身份，只需要放弃它们的危险负担。这对他们有积极的影响。

现实

假如这些 L1 链架构师、风险投资者和用户很快就会接受这个事实，这太自欺欺人了。它们产生的模因 (Memes) 影响很强，他们也不乏自豪感，很多风险投资者都有一个梦想，那就是他们想继续向散户出售代币。

历史告诉我们，区块链网络的消亡从来都不是一个快速的过程。你可以在今天的以太坊经典 (Ethereum Classic) 看到成千上万的空块(empty block)，这表明该链缺乏使用。其他许多区块链网络也是如此。它们一直持续到有一天它们消亡。

时间

即便这些 L1 链选择了最实用的方式，即成为 Rollup 网络也需要大量的研究、准备和谨慎来实现如此巨大的变化。任何 L这样做需要很长时间。也许与人们的直觉相反，我的直觉是Solana 将是最早采用这种方法的区块链之一。

八、免责声明

ZK-Rollups 的未来可能看起来像一个神奇的技术解决方案，但有些事情你需要记住。

一般性概述

这是一份不全面的清单：

根据不同的 Rollups 实现，执行集中定序器MEV *(矿工可提取的价值)* 可能更有优势。根据 Volitions 中的Validiums * 的数据可用性委员会* 的实现方式不同，数据委员会的验证人可能会恶意冻结或拒绝更新 Validiums 状态。但这种情况不适用于 Volitions 中的 ZK-Rollups 模式。很多 Rollups 的出现意味着有更多的流动性场所，无论是代币交易还是 NFTs 交易。虽然 ZK-Rollups 允许在 Rollup 快速转移到主网，甚至 Rollup 与 Rollup 之间也是如此，但流动性的碎片化可能会导致早期动荡。幸运的是，如 dAMM (不同 支持一个L2s 自动化做市商协议，如网络共享流动性) 旨在解决这个问题。

运行一个 Rollup 证明器需要消耗计算，所以我们应该找到降低潜力的 kW/h 消耗方法使证明器更有效。

需要注意的是，Rollup 证明工作不像 PoW 随着时间的推移，开采等消耗游戏不会变得更加困难。Rollups 验证器不太可能接近以太坊PoW 时代能源利用。

除了 MEV (矿工可以提取价值)，我预计市场将相对迅速地解决大多数问题MEV 而言，不幸的是，这是一个棘手的问题，并不是通过任何一个神奇的解决方案或协议就能解决的，但各种最小化 MEV 以及使其民主化的方法将有助于减少其影响。

Optimistic Rollups

尽管我不相信 Optimistic Rollups 长期可行，但对以太坊来说，Optimistic Rollups 仍然是目前最好的兼容 EVM 可扩展性方案。通用计算 EVM 兼容的 ZK-Rollups 还没有出现，实现这个方案带来的所有好处还需要一段时间。

Optimism最近宣布了将对其执行环境进行一项令人激动的变更，这将极大地造福于用户和开发者。Arbitrum即将到来Nitro 升级，这将增强网络的 EVM 兼容性，为用户提供更快的速度。

有趣的是，新的和现有的 越来越多DeFi 所有程序部署在这些 Rollups 网络中。这两个 L2 网络已经吸收了数十亿美元的流动性。从以太坊 L1 桥接至 Optimism 或者 Arbitrum 网络只需几分钟！

可以通过这个链接桥接到 Optimism：<span>https://gateway.optimism.io/welcome</span>或者通过这个链接桥接到 Arbitrum：<span>https://bridge.arbitrum.io/</span>

在与这两个网络中的任何一个互动之前，我建议您验证每个链接的有效性。您可以通过 Optimism 和 Arbitrum 官方推特账号的个人资料里公布的链接来进行再次确认。

截至写作时，Optimism对于可以部署在其上的智能合白名单，但普通用户可以随意使用白名单中的任何智能合同应用程序。我预计白名单很快就会被取消。Arbitrum没有白名单，用户和开发者可以自由交易和部署他们的应用程序。

需要记住的是，使用这两个网络本身的桥梁将资金撤回到以太坊主网大约需要7天(这是 )Optimistic Rollups 处理欺诈问题的方法)。

当然也有第三方服务桥，让你在 Rollup 和主网来回交换，但这些桥会收费。在使用任何桥梁之前，你需要自己研究，仔细检查滑点和费率。

九、总结

我们正处于一个巨大范式变化的边缘，这将永远改变加密货币生态系统。ZK-Rollups 将扩展以太坊，而且它们在这方面做得最好。这种范式转变如此强大，清楚地标志着其他每个 L1 智能合约链结束的开始——甚至包括我们今天所知道的以太坊。

在可扩展性方面有许多不同的想法。数千个小时的研究、实现、成功和失败都在寻找创造这个著名的明亮灯泡（即 ）ZK-Rollups)正确的方法——当然，这方面的工作还远未结束。前面的道路是曲折的，但目的地从未像现在这样明确。

我希望这篇文章能帮助你在思考这个行业的未来时塑造你的思维模式。我对即将到来的事情非常兴奋。