撰文：Cati

可扩展性的「三难困境」全节点更加中心化安全性去中心化可扩展性以 Rollup 为中心的路线图络)提供强大的数据可用性来安全性去中心化 

上图：区块链的「三难困境」，图源：Vitalik Buterin 

以太坊转向这一路线图的意图是，我们今天在以太坊区块链上的大部分交易执行 (包括 DeFi、NFTs 等活动) 将转移到 Rollups 中进行，而不是在以太坊 L1 上进行。虽然这与该行业许多 L1s 链将重点放在速度和安全性 (而非去中心化) 的理念相违背，但这种「三难困境」并不适用于 Rollups：Rollups 继承了以太坊 L1 主网的安全性，且由于以太坊 L1 处理了困难的部分，Rollups 得以能够专注于成为最好的执行层。 

你可能已经听说过 Optimism 和 Arbitrum 这两个网络，二者都是基于 Optimistic Rollups 技术的 Rollup 网络；另一种类型的 Rollup 网络是基于 ZK-Rollups 技术，目前已经有一些基于 ZK-Rollups 的网络上线了 (比如当前的 Loopring 和 zkSync 1.0 等)，但尚未有哪个 ZK-Rollup 网络提供通用计算 EVM 兼容性 (即 zkEVM)，但随着 zkSync 2.0、Scroll、StarkNet 等网络正在取得快速进展，这种情况将不会持续太久。 

那么，为什么这很重要？当以太坊实现从「单片式区块链」蜕变成一个「模块化系统」这将改变区块链的竞争动态文章中其他 L1 智能合约区块链将不再与以太坊直接竞争，而是与 Rollups 进行竞争其他所有 L1 智能合约区块链 

事实上，通过这些竞争性的 Rollups 实现及其专注于提升执行效率，Rollups 将以极快的速度进行自我迭代至最佳的版本。由于它们都很可能将会经历快速的变化，本文中我将不会试图对特定的 ZK-Rollups 方案进行描述；相反，本文将强调 ZK-Rollup 在以太坊新旧两条链合并 & 实施分片之后的以太坊世界中所具有的能力和可能性。 

01. 安全性

 Rollups 所具有的安全性保障，使其能够实现一些有趣的动态。 

逃生舱口

 如果你的资金在 Polygon PoS (以太坊侧链) 或者 Solana 区块链上，而该网络离线了几个小时，那么在此期间，你对于自己被困的资金无能为力。与使用这些“侧链”或者其他 L1 智能合约链不同，基于以太坊 L1 主网的 Rollups 链的合约包含了“逃生舱口”(escape hatches)，允许用户在即便 Rollup 网络离线的情况下也能将资金从 Rollups 网络撤回至以太坊 L1 主网上。在 Rollups 链中，你总是可以根据需要手动地向以太坊主网上的 Rollup 合约提交交易，包括将资金从 Rollups 撤回至以太坊主网。 

理想情况下，将资金从 Rollup 撤回至 L1 不会应该是一个很“舒适”的过程。图源：Google 

中心化的定序器 & 证明器 (以及为什么它们并没有那么可怕)

 我知道在上文的介绍部分我说过，本文将介绍 Rollups 所提供的“最佳优势”，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 实现了完全去中心化的定序器 (sequencers) 和证明器 (provers)；但最初的情况并非如此：大多数 Rollups 在启动初期都有不同程度的中心化，并逐步实现去中心化。但话虽如此，有着中心化定序器的 Rollups 链仍然会比中心化的 L1 链更加安全，这是一个值得强调的事实。 

当你使用某个有着一个中心化定序器或证明器的 Rollup 网络时，你只是在信任和抗审查性方面有所妥协，而不是在安全性方面妥协。Rollups 定序器的运营者并不能盗走你的资金，你总是可以将资金撤回至以太坊主网上。实际上，你主要依赖于中央定序器的活性。 

我们之前都听过这样或那样的关于区块链是一条“数据中心链”的笑话。通过 ZK-Rollups，你实际上可以拥有一个由超高规格的机器组成的数据中心，这些机器专门负责完成证明工作，这对于网络而言并不是一种存在风险。 

去中心化的定序器 & 证明器

 我预计 Rollups 网络的定序和证明工作将对公众开放，并提供不同形式的经济激励 (代币、质押、惩罚等等) 以确保人们正确行事分布式的 Rollups 网络 

02. 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。链上的数据存储由于具有不可篡改性而非常具有价值的，但是以太坊链上的数据容量有限，而且这些数据的维护也是需要消耗大量资源的；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Rollups 将能获得大量的数据容量 (因为以太坊将从最初的 64 条分片链增加至 1024 条分片链) 

以太坊数据分片

 分片是以太坊将实施的一场多阶段升级。分片 (shards) 将作为网络数据存储需求的负载均衡器，允许 Rollup 执行层获得巨大的可扩展性提升。重要的是，这也避免了对以太坊网络全节点施加过高的要求，从而允许网络保持去中心化。 

最初，以太坊上将实现 64 条数据分片 (也即“分片链”)；最终将会有 1024 条数据分片。数据分片不会负责处理交易或智能合约，而是为 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 通过将交易批次以压缩的形式，不定期地向以太坊主网发布单个状态根更新，该状态根更新包含了发生在 Rollup 层的许多不同交易的结果。由于 Rollups 必须将这些状态根发布至主网上，Rollups 需要支付的 Gas 费用也受到了主网区块空间需求的波动，该成本通常会转移到 Rollups 的用户身上 (对此我们将在下文中详细解释)。一旦以太坊分片上线了，主网的容量将会增加近 20 倍，这将允许 Rollups 上的操作便宜和快速！ 

Volitions

Volitions 是一种混合式扩容解决方案，让用户能够在“ZK-Rollup模式”和“Validium模式”之间进行选择。与 ZK-Rollups 方案类似，Volitions 也需要向以太坊主网提交状态根和证明，但不同的是，Volitions 方案允许用户在数据可用性方面进行选择：如果用户想要或者需要使用链上数据可用性，则可以选择 Volition 的 zk-Rollup 模式；如果想要链下数据可用性，可以选择 Validium 模式。这种权衡决策只在 ZK-Rollup 领域可用；Optimistic Rollups 领域无法实现 Volitions 方案。 

Volition 方案的一个例子就是 zkSyc 2.0： 

上图：zkSync 2.0 将实现的 Volition 方案。图源：Matter Labs zkSync 的 Validium 模式称为「zkPorter」。Matter Labs 团队 

03. 交易成本 & 吞吐量

 目前，Rollups 上的交易成本已经相当低了，但还不够低。值得庆幸的是，还有更多的优化方法将带来 Gas 成本的大幅降低。此外，还将部署许多技术来增加 Rollups 的交易吞吐量。 

Rollups 大军

 鉴于主网上的 Rollups 的轻量级性质，未来很可能将会有数百个 Rollups 网络并行运行，每一个 Rollup 都能支持数十万的用户，且都有各自巨大的交易吞吐量，所有这些 Rollups 都由以太坊提供支持和保护。当某个 Rollup 饱和时 (比如由于其定序器不堪重负等)，跳至另一个 Rollup 并开始进行交易将是轻而易举的。如果需要，你还可以对某个 Rollup 进行分叉并部署一个该 Rollup 的副本。 

有效性证明摊销

 有效性证明摊销是指 ZK-Rollups 上每个交易批次在向以太坊 L1 提交状态根更新时需要支付的 Gas 成本会分摊到该交易批次中包含的所有交易中。 

在本文中，我将提供一种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进行解释说明；在现实中，Rollups 交易成本的拆分并不会这么简单。以下是我们想象的场景： 

• 假设某个 Rollup 网络向以太坊 L1 更新一个状态根的成本是 5,000,000 Gas；
• 与主网类似，Rollup 用户在发起交易时也要支付一笔 Gas 费用；
• 这样每笔交易需要支付的成本公式就是 x = 5000000/y，其中 x 表示每笔交易需要支付的 Gas 费用，y 表示给定 Rollup 交易批次中包含的交易笔数。

 这样我们就可以推算出： 

• 如果该交易批次中包含 200 笔交易，那么单笔交易的成本就是 25,000 Gas；
• 如果该交易批次中包含 100,000 笔交易，那么单笔交易的成本就是 50 Gas，基本上可以忽略不计。

 可以看出，当更多的用户在一个批次中提交更多的交易时，经摊销的交易成本就会变得更低。这与单片式区块链 (比如当前的以太坊) 的情况完全相反：在单片式区块链上，对区块空间的需求会随着网络中活跃用户数量的增加而增长，由于区块空间的稀缺性，这将导致 Gas 价格的飙升。 摊销的一个例子就是：StarkEx 提供一种称为 SHARP (全称为 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经在上文提及了。尽管如此，该方案仍然与 Rollup 吞吐量相关，因此值得我们再次提及 Volitions。简单回顾一下： 

• Volitions 给予开发者和用户能够在 Validium 模式中使用链下数据可用性；
• 这种链下数据可用性的安全性虽然不及链上数据可用性，但能够带来交易成本的大幅降低；
• 除了交易成本的降低，链下数据可用性也解锁了大量额外的交易吞吐量。

 

04. 隐私性

 众所周知，隐私性并非以太坊公链固有的属性。默认情况下，ZK-Rollups 方案也不具备隐私性。ZK-Rollup 中的“ZK”(zero knowledge，零知识) 是指计算发生在链下，然后以零知识证明 (zero-knowledge proof) 的方式在 L1 主链上被验证其合法性，这并不意味着“你的交易活动被隐藏起来不被窥探”。不过也没那么糟糕：目前在实现 ZK-Rollups 无须许可的隐私性方面正有大量工作在进行中。 

递归证明

 Vitalik 在其撰写的《Rollups 不完整指南》(An Incomplete Guide to Rollups) 一文中谈到了 Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 之间的一些关键区别，其中一大区别就是这两种 Rollup 方案如何处理隐私问题。Vitalik 特别提到了递归证明递归证明是指在一个证明 (proof) 内部验证另一个证明的行为 

比如，Aztec 团队正在致力于有关 ZK-ZK-rollup (即 ZK²-rollup) 方面的研究工作，该方案利用了他们具有创新性的 PLONK 证明和 Turbo-PLONK 来提供交易隐私性。 

需要注意的是，Optimistic Rollups 并不能实现这种创新，因为它们无法安全地允许内部的 SNARK 验证在 Rollup 之外；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获益，而是它们在效率和成本效益方面总是会更低。 

撰文时，zkSnyc 和 Mina Protocol 已经采用了 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 等其他协议的创新) 为所有的 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。

05. 灵活性

 ZK-Rollups 享受着在多个方面进行创新的自由，而不用像其他 L1 链那样面临着灾难性失败的风险。以太坊以 Rollup 为中心的路线图的一个关键原则是，自由市场正在寻找搭建 Rollup 的所有最佳方式，而不是让一小群核心开发者来假设那种方式应该是最好的。 

由于开发和部署一个 Rollup 网络是一项无须许可的工作，我们将看看到许多采用不同方法的 Rollups 来竞相吸引用户，包括采用不同风格的治理方式、代币经济学、流动性激励机制、在去中心化频谱中的不同权衡、意识形态的不同表述，甚至选择不同的 VM (虚拟机) 环境 (比如 LLVM、自定义的 VMs 等等)。 

不过，并不是本章节中提及的所有内容都是 ZK-Rollups 所独有的。尽管 Optimistic Rollups 缺乏 ZK-Rollups 提供的一些特性，但 Optimistic Rollups 也具有相当的灵活性。然而，其他 L1 智能合约链并不能像 Rollups 那样快速迭代其中任何一个特性。请记住：现在是 Rollups 对战其他 L1 智能合约平台的时候了。 

如果 L1 链试图快速迭代，放弃适当的测试和安全措施，那么对于用户来说就会有很高的风险。任何时候，L1 网络上的所有资金都是一种“赏金”，如果 L1 链失败了，那么损失可能是灾难性的。宕机时间也会对该 L1 上的任何可扩展性执行环境 (比如 Rollups、状态通道等) 产生影响。L1 网络优先考虑安全性和去中心化是有道理的。 

Rollup 奔溃提供“紧急情况下”的门户网站 

06. 大量新的应用

 通过将计算外包出去 (即在 L2 层执行计算)，能够使大量新的、在当前的以太坊主链或任何其他智能合约平台上都是不可实现的链上应用成为可能。这种全新的范式也允许我们构建出任何现有的链上产品的高级版本。 

应用专用型 ZK-Rollups

 虽然本文主要关注的是通用计算 ZK-Rollups 的好处，但关于应用专用型 ZK-Rollups 的影响也是有很多需要阐述的。 

dYdX 交易所

由 L2 可扩展性引擎 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 L2 网络部署以来，该交易所上的 ETH-USD 交易对产生的流动性已经可以与 FTX 交易所相匹敌。虽然这些流动性可能是为了参与该平台 DYDX 代币奖励计划而流入的「唯利是图的流动性」，但我相信，dYdX 或一些其他的 ZK-Rollup 原生的 DEX (去中心化交易所) 总有一天会在交易量和流动性方面永远超过所有的永续合约交易所。 

上图：dYdX 的 ETH 流动性对比 FTX，数据截止 2021 年 9 月 26 日。来源：Hsaka 

非托管式 

一些区块链已经吸引了高频交易人群的关注。假设高频交易公司是理性的、以利润为导向的实体，我认为随着时间的推移，这种活动将会主要驻留在 ZK-Rollups 上面。 

Immutable X

 Immutable XTikTok Top Moments NFTs 声明 

 你看到他们说每秒高达 9000 多笔交易了吗？ 

其他观念

 Volitions 将为实现 Web3.0 使命带来新的方式。例如，区块链原生的社交网络将从链下数据可用性中受益匪浅。(Twitter 创始人) 谈到他的计划开源的分布式系统Volitions ( 

Vine (现已关闭的短视频应用)  

07. 这场竞争会如何演变？

 ZK-Rollups 带来了很多东西，以太坊很快将会让 ZK-Rollups 发挥其最佳能力。但其他竞争性 L1 链呢？在所有方面都被 ZK-Rollups 超越了，这些 L1 链会怎样呢？这是一个好问题，但必然会有许多复杂的答案。对于它们的命运，我有一些想法。 

以太坊的实用主义黑洞

 EVM 兼容链打着在基础层“克服了区块链三难困境”旗号的区块链 

显而易见的是，通用计算 ZK-Rollups 将比任何其他 L1 智能合约链更安全、更加去中心化、更具适应性和灵活性，也更加轻量级。这些事实很重要；每条独立运行的 L1 链都将承担不必要的安全成本和风险，同时也是一个“劣质产品”。 

在我看来，对于这些区块链而言，未来的实用主义方案是放弃其多余的共识机制和数据可用性，转而成为一个 ZK-Rollup 或者 Volition。它们应该吸收以太坊的一流安全性、数据可用性及其结算保证。 

通过将共识和安全性「外包」给以太坊，将使得这些链能够更加专注于执行。在未来以太坊实施分片并由 Rollups 占主导地位的世界，这将能使这些链保持相关性。否则，它们的安全性成本就变沉重地难以跟上脚步。随着时间的推移，这将是一个变得越来越清晰的现实。 

上图：以太坊 (左边) & 其他 L1 执行层 (右)，大约在 2023 年。图源：NASA/CXC/M.WEISS 

 

现实

 如果认为这些 L1 链的架构师、风险投资人和用户会很快接受这一事实，那就太自欺欺人了。它们产生的模因 (Memes) 影响是很强大的，它们也不乏自豪感，且许多风投都有一个梦想，即他们想要继续将代币出售给散户投资者。 

空块(empty block) 

时间

 即便这些 L1 链选择了最实用的方式，即成为一个 Rollup 网络，也需要进行大量研究、准备和谨慎才能实现如此巨大的变化。任何一条 L1 链采取这种方式都需要较长的时间。也许与人们的直觉相反，我的直觉是 Solana 将是最早采取这种方式的区块链之一。 

08. 免责声明

 ZK-Rollups 的未来可能看起来像是一个神奇的技术解决方案，但也有一些事情你需要记住。 

一般性概述

 这里是一个不全面的清单： 

• 根据不同的 Rollups 实现，中心化的定序器在执行 MEV (矿工可提取价值) 方面可能更有优势。
• 根据 Volitions 中的 Validiums 的数据可用性委员会的实现方式不同，数据委员会的验证者有可能可以恶意冻结或者拒绝更新 Validiums 的状态。但这种情况并不适用于 Volitions 中的 ZK-Rollups 模式。
• 许多 Rollups 的出现意味着有着更多的流动性场所，不管是代币交易还是 NFTs 交易。虽然 ZK-Rollups 允许在 Rollup 和主网之间快速地转移，甚至在 Rollup 与 Rollup 之间也是如此，但流动性的碎片化可能会造成早期的动荡。幸运的是，诸如 dAMM (一个支持在不同 L2s 网络共享流动性的自动化做市商协议) 等旨在解决这一问题。

 运行一个 Rollup 证明器是需要消耗计算的，因此我们应该找到降低潜在的 kW/h 消耗的方法，同时使证明器更高效。 

 话虽如此，除了 MEV (矿工可提取价值)，我预计市场将会 

Optimistic Rollups

 虽然我不相信 Optimistic Rollups 具有长期可行性，但对于以太坊而言，Optimistic Rollups 仍然是目前最好的兼容 EVM 的可扩展性方案。通用计算 EVM 兼容的 ZK-Rollups 还没有出现，还需要一段时间才能实现本文中介绍的这种方案带来的所有好处。 

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 很快也将迎来 Nitro 升级，这将增强该网络的 EVM 兼容性，并为其用户提供更快的速度。 

有趣的是，越来越多新的和现有的 DeFi 应用都部署在这些 Rollups 网络中。这两个 L2 网络已经吸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！ 

• 你可以通过此链接来桥接至 Optimism：
• 或者通过此链接来桥接至 Arbitrum：

我建议你在与这两个网络中的任何一个互动之前，都要验证每个链接的有效性。你可以通过 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。 

截至撰文时，Optimism 对于可以部署在其上的智能合约设有白名单，但普通用户可以随心所欲地使用白名单中的任何智能合约应用。我预计该白名单很快就会取消。Arbitrum 没有设置白名单，用户和开发者都可以自由地交易和部署他们的应用。 

需要记住的是，使用这两个网络自身的桥梁来将资金撤回至以太坊主网都需要等待约 7 天时间 (这是 Optimistic Rollups 处理欺诈问题的方式)。当然还有第三方服务桥梁，让你可以在 Rollup 和主网之间来回交换，但这些桥梁会收取费用。在使用任何一个桥梁之前，你需要自己进行研究，并对滑点和费率进行仔细检查。 

09. 总结

 我们正处在一个巨大的范式转变的边缘，这将永远改变加密货币生态系统 

在可扩展性方面有着很多不同的主张。数千个小时的研究、实现、成功和失败都在寻找创造这个众所周知的明亮灯泡 (即 ZK-Rollups) 的正确方式——当然，这方面的工作远未结束。前面的道路是曲折的，但目的地从来都没有像现在这么明确过。 

希望本文能够让你在思考这个行业未来时有助于塑造你的思维模式。我对即将发生的事情感到无比兴奋。