以太坊 Layer2：Rollup 技术的发展与竞争

Layer2 是解决以太坊扩展性问题的关键方案之一。通过在以太坊主链之上构建额外的网络层,可以处理更多交易,同时保持主链的安全性和去中心化特性。

Rollup 是目前最主流的 Layer2 扩容方案,它通过在链下处理交易然后将交易数据"打包"进入主链。相比其他链下交易方案,Rollup 有三个特点:

1. Layer2 是独立平台,用户可在其上交易,但与 Layer1 账户交互需通过智能合约。

2. 所有交易信息都完整记录在主链上,解决了数据可用性问题。

3. 交易在 Layer2 执行,但状态摘要发布到 Layer1 并经验证后锁定。

根据数据有效性验证方式的不同,Rollups 可分为 Optimistic Rollups 和 ZK Rollups。

Rollup 发展历程

侧链是最早的 Layer2 方案之一,它是与主链挂钩的独立区块链,有自己的共识模型。

Plasma 是 2017 年提出的 Layer2 扩展方案,是侧链的演变。Plasma 链在以太坊外构建,形成树状网络,将大计算任务拆分给子链处理。

Plasma 存在数据可用性攻击、长时间退出期、用户监控负担重等缺点,因此从2019年开始发展受阻。

此时 Optimistic Rollup 方案被提出,解决了 Plasma 的数据可用性问题。而 ZK Rollup 则源于 2018 年引入的零知识证明技术。

2019年 Plonk 算法解决了 zk-SNARK 的可信设置问题,加速了 ZK Rollup 的发展。

Rollup 赛道竞争

目前 Optimistic Rollups 占据大部分 TVL,但 ZK Rollups 受关注度日益提升。

Optimistic Rollups

Optimistic Rollups 假设大部分交易有效,允许在发现欺诈时挑战和回滚。代表方案是 Arbitrum 和 Optimism。

Arbitrum 于 2021 年 9 月启动主网,是 TVL 最高的 Layer2 协议。生态包括 Arbitrum One、Arbitrum Nova 和 Arbitrum Orbit 三个网络。

Optimism 于 2021 年 8 月上线主网,拥有 Layer2 第二大 TVL。其 OP Stack 开源工具包引入了超级链概念,已有数十个项目基于其构建。

ZK Rollups

ZK Rollups 使用零知识证明确保链外交易有效,提供更高安全性和效率。代表方案有 zkSync、StarkNet、Polygon zkEVM 和 Scroll。

zkSync 是首个主网上线的 zkEVM 项目,使用"乐观"转账加快交易。

StarkNet 采用 zkSTARK 解决方案和分片技术,提高隐私性和吞吐量。

Polygon zkEVM 在字节码级兼容以太坊,使交易更快更便宜。

Scroll 与 EVM 兼容,支持以太坊相同的编程语言和智能合约。

总结

Rollups 技术有望解决区块链性能瓶颈。短期内 Optimistic Rollups 可能在通用 EVM 计算中胜出,ZK Rollups 则适合简单支付等场景。

长期来看,随着技术改进,ZK Rollups 有望在所有场景中胜出,成为以太坊扩容的最终方案。