编者按：本文来自以太坊爱好者，作者：RajeevGopalakrishna，翻译&校对：闵敏&阿剑，Odaily星球日报经授权转载。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。——DavidWheelerLayer2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。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。
Vitalik 提出基于 Truebit 搭建 EVM Optimistic Rollup 的方案:5月2日，以太坊创始人 Vitalik Buterin 在以太坊研究论坛中提出，可基于交互式验证协议 Truebit 搭建以太坊二层扩容方案 Optimistic Rollup 以解决重复验证问题，并给出了基本方案。
Truebit 可以使智能合约以标准的程序语言安全地执行复杂的计算从而降低 gas 费用，该协议已于 4 月 21 日上线以太坊主网。[2021/5/2 21:17:41]
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。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——ZKRollup和OptimisticRollup——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？
Plasm Network已收到Web3基金会捐赠支持在Polkadot上部署ZK-Rollups:12月4日，波卡二层扩容协议Plasm Network官方宣布，团队已收到Web3基金会的一笔公开捐赠，以用于在Polkadot上部署ZK-Rollups解决方案。[2020/12/4 13:59:17]
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。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。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。
Bitfinex首席技术官：Tether正在调查zk-rollups方案是否可减轻ETH压力:8月31日，Bitfinex首席技术官Paolo Ardoino发推称，在OMG（Tether已宣布OMG Network上发行USDT）之后，Tether正在调查zk-rollups支持是否可以减轻ETH链上交易压力。Paolo Ardoino称，与此同时，本来Tether计划集成一个和交易费相关的新特性，但后来我们决定把重点放在第2层解决方案上。[2020/9/1]
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？
V神：ERC20项目应积极研究ZK-Rollup L2扩容解决方案:金色财经报道，Education Ecosystem今日发推称，过去几周，以太坊gas价格高昂，每笔交易价格为0.40至0.88美元，这使得ERC20项目无法在以太坊上进行任何微交易支付，这挫败了使用以太坊网络进行支付的想法。对此，以太坊创始人V神表示，ERC20项目应该积极研究ZK-Rollup L2扩容解决方案，这些解决方案目前已在主网上运行。[2020/7/10]
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。
观点：Validium适用于传统高频交易 zkRollup适合去中心化加密支付:近日，针对以太坊Layer 2扩容方案，即DeversiFi最近采用的Validium解决方案，Matter Labs创始人Alex Gluchowski撰文称，Validium的机制与zkRollup非常相似，唯一的区别是zkRollup中的数据可用性是在链上的，而Validium则将其保持在链外。这允许Validium获得更高的吞吐量，但这也导致该解决方案存在两大问题：1、可冻结用户资金；2、可没收用户资金。
Alex Gluchowski指出，zkRollup的数据可用性可保护用户的资金免遭扣押和审查。但数据可用性的链上存储，导致了吞吐量的限制。因此，Alex Gluchowski认为Validium方案可能会适用于传统的高频交易或具有较低信任假设的游戏，相比之下，完全无需信任的zkRollup方案则非常适合扩展去中心化的加密支付。（Medium）[2020/6/8]
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。
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