Rollup 未來在以太坊的角色 -「Rollup - 以太坊 L2 擴容新范式」活動文字回顧_以太坊

以太坊擴容在社區中的討論如火如荼，多個解決方案正在加緊開發，并有望在今年全部上線主網。在整個以太坊Layer2方案爆發的前夕，imToken聯合ETHPlanet、EthFans、ECN、上海前沿技術研討會和HiBlock等多家優秀的以太坊生態社區與公司，共同策劃一場以太坊擴容主題系列活動。

4月23日舉辦了第一場活動：Rollup-以太坊L2擴容新范式杭州線下Meetup。

以下是本次imToken首席科學家Chang-Wu的分享：「Rollup未來在以太坊的角色」的文字版，由imToken整理。

演講整理

我先帶大家了解一下什么是Rollup，以及Rollup未來與Eth2路線圖又是一個什么樣的關系。

首先，我們都知道現在以太坊網絡的一個block，它的計算單位是gaslimit，每個區塊的gaslimit都有上限，目前這個上限值已經被調整為1500萬，這1500萬就代表每個區塊可以包含的計算單元，也就是每個區塊里所有交易累計消耗的gaslimit不能超過1500萬gas。

舉例來說，單純的ETH轉賬，每筆的gaslimit是21000。如果一個區塊中所有交易都是ETH轉賬，那么單個區塊中最多可包含的交易筆數就是1500w/21000=714筆。同時，目前以太坊出塊平均時間是12秒，那么用714除以12，我們就可以知道目前以太坊網絡每秒可處理交易數的上限。

Scroll基金會與Chainlink Labs達成合作關系:金色財經報道，基于zkEVM的zkRollupScroll基金會宣布正在與 Chainlink Labs 合作，為 Scroll 的開發人員提供 Chainlink Web3 服務。Scroll 已加入Chainlink SCALE （第 1 層和第 2 層啟用的可持續 Chainlink 訪問）計劃，以幫助促進其以太坊原生zkEVM擴展解決方案的采用。[2023/8/23 18:16:18]

最近大家都看到了，現在的網絡是非常擁擠的，尤其是在柏林升級前，區塊gaslimit只有1200萬的時候。但即使是通過升級把gaslimit提升到了1500萬，我們仍然看到每個區塊幾乎都是滿的，區塊空間利用率接近飽和。

也就是說這時候你想要放入更多的交易其實是很困難的。同時我們也注意到，因為一些DeFi項目的興起、需求等等，每當市場上有震蕩的時候，手續費就會特別昂貴。過去一段時間，我相信大家也注意到在星火礦池維護的實時評估gas的網站上，有時甚至能看到900、1000Gwei這樣非常昂貴的手續費的產生。?

所以在這一現狀下我們認識到由于DeFi不停增長的需求，導致網絡擁擠、每個區塊都是飽和的狀態、手續費昂貴。即便近期提升了區塊的gaslimit，但仍不足以滿足鏈上的交易需求。?

V神：ZK-Rollups或成為以太坊主要Layer 2解決方案:8月8日消息，以太坊聯合創始人Vitalik Buterin在ETHSeoul演講時預測，ZK-Rollups將在以太坊Layer2擴容之戰中擊敗Optimistic Rollups，比如用戶不需要7天的等待期。Vitalik Buterin指出，ZK-Rollups在將資金移入和移出主網時速度更快，這可能會導致更廣泛地采用。從現在起的10多年甚至更久，我預計Rollups基本上都將會是ZK。ZK-Rollups的EVM兼容性正在開發當中，Vitalik Buterin補充道，我們實際上已經能看到zk-EVM幾乎準備好實現與以太坊交易一起進行擴容，這太棒了。（the block）[2022/8/9 12:10:54]

對此，我們越來越需要通過擴容來支撐以太坊網絡整體的交易量。這就是我們今天想要和大家介紹的主題-Rollup，中文叫做卷疊。通過引入Rollup技術方案，我們可以將以太坊網絡的交易處理能力由當下Eth1上的20TPS提升至4000TPS。?

那么Rollup是什么，以及它在Eth2路線圖中又會扮演什么樣的角色呢？?

基于ZK Rollup的DEX ZigZag上線zkSync與Polygon跨鏈橋測試版:3月14日消息，基于 ZK Rollup 的訂單簿式 DEX ZigZag 宣布上線 zkSync 與 Polygon 跨鏈橋的測試版。該測試版現已支持 zkSync 上 ETH 和 Polygon 上 WETH 的小額跨鏈轉賬測試，待代碼穩定后會增加測試額度并進行 UI 開發。[2022/3/14 13:55:10]

我們都知道Eth2想要通過分片的方法來提升整體的交易量。具體而言，分片是通過將交易發送到不同的Eth2分片去做執行，因為分片本身的設計允許不同的交易在不同分片上平行處理，以此從最底層的協議上進行優化，達到給網絡整體擴容的目的。但是呢，我們也都知道，Eth2的階段0是去年12月份剛上的，上面談到的分片實際運轉起來可能要等到階段1.5或階段2。如果沒有過渡或者說妥協的方案出來，這中間將是漫長的等待期，而且期間網絡將一如既往的擁堵。這也是為什么Rollup二層網絡解決方案在近期越來越受到歡迎和普及。??

那接下來，我們開始介紹Rollup，我會通過說明Rollup的每一個步驟來向大家解釋它是如何實現擴容的。?

ZKSwap開發負責人 Alex Lee：構建支持通用 EVM 的 rollup 擴容解決方案 ZKSwap在路上:據官方消息，2021年04月12日晚，由Gate.io主辦的直播專訪節目《酒局幣赴》邀請到ZKSwap開發負責人 Alex Lee直播分享近期最新發展。直播期間Alex與Gate.io合伙人酒兒就面對市場競爭格局產生變化后，ZKS將如何把握機遇與挑戰進行了探討與交流。

Alex 表示，目前，Layer2賽道已經是一片繁榮了，技術上不斷創新，各種產品也層出不窮。ZKSwap推出的 Zkspeed 擴容方案兼顧了 ZK-Rollup、Validium 和 Optimistic rollup 方案的特點。即實現所有與 Layer1 交互的交易數據全部上鏈（ZK-Rollup），把單純 Layer2 的交易數據存放在鏈下（Validium），交易 hash 數據上鏈，同時 ZKSpeed 也會提供一個完全上鏈的版本，這樣可以實現更高的安全性，并提供零知識證明保證狀態轉換的有效性。雖然目前 ZKSwap 的方案還不兼容 EVM，但ZKSwap 團隊的愿景正是構建一個支持通用 EVM 的 rollup 擴容解決方案，使得其他應用無需重新編寫智能合約就能實現快速遷移，目前 ZKSwap 團隊已經投入研究，并取得了一些進展。[2021/4/12 20:12:00]

首先，下圖中間黑線上面代表Layer1，下方代表Layer2。Layer1的主網就是現在Eth1的主鏈，Rollup項目方會在這條主鏈上部署一個智能合約。

以太坊擴容方案Arbitrum Rollup推出Uniswap V2端口:11月6日，以太坊擴容方案Arbitrum Rollup的開發團隊 Offchain Labs宣布推出在Arbitrum Rollup上Uniswap V2端口，這意味著可以在Arbitrum Rollup的以太坊擴容測試網上運行的 Uniswap V2。官方表示，此舉可將交易費成本降低55倍。[2020/11/6 11:48:28]

用戶在這個合約中可以deposit資產，存入后，Rollup運營商或服務商就會在二層網絡上把這些資產映射出來。關于具體的映射方式，我們可以把它想像成是以數據庫的方式，映射成一個存儲的格式，而這個格式可以表示每一個賬號現在有多少余額。

通過這種方式將用戶在主網Layer1的存入資產與二層網絡賬戶上的余額進行映射。然后，用戶就可以在Layer2上進行轉賬、兌換等操作。那么，當用戶們在Layer2發起大量交易時，由誰來對這些交易進行篩選、排序和打包呢？??

在當前的Rollup二層網絡方案中，這個角色一般由項目方來承擔，我們稱其為sequencer。sequencer的角色，有點像是在打包這些交易，類似Layer1的礦工。但區別在于，sequencer是先把交易整理好，然后才去做打包交易的動作。比如在二層網絡中用戶A給用戶B轉10個token，用戶B給用戶C轉20個token，這些交易就會由sequencer來負責驗證處理，并且打包整理成最后用戶A、B、C的余額應該各有多少。

?但僅做到以上這些仍是不夠的，因為以太坊上一筆交易占據的空間非常大。例如僅收款方的地址，就占20個bytes，ECDSA簽名占64bytes。對于以太坊區塊有限的空間來說，這些數據所占用的空間較大，那么我們是否有辦法壓縮這些數據呢？

方法是有的。現在以太坊上一個地址是20bytes，在二層網絡上，我們可以通過編碼的方式進行壓縮。具體來講，Layer1上的一個普通地址通過編碼可以從20bytes壓縮到3bytes。同樣的，上面提到的ECDSA簽名數據和其他數據也可以進行壓縮。sequencer的職責就是壓縮交易，并將壓縮后的數據放在Data中同步到Layer1上。以上就是Rollup處理交易的過程說明。?

到這一步，我們看到即使是在Layer2上，sequencer最終同樣需要把所有交易打包后的數據上鏈。這里有兩個問題需要回答：

為什么要把數據放到鏈上？原因在于只有當數據上鏈時，數據才具備可用性，其他人就可以通過這些數據來驗證其中包含的交易是否真的成功。避免由于sequencer作惡造成的資產損失。因此數據上鏈是必要的。如何確保上鏈的數據是正確的？這就要求sequencer要對數據進行驗證，一般是通過提交Proof來確保上鏈數據正確。在第二個問題上，目前的Rollup方案主要區別在于對數據和Proof的處理上。有的方案只把數據上鏈，但不對數據進行驗證，也就是缺乏Proof，比如Optimism。有的方案則是將數據和對數據的Proof同時上鏈來保證數據的有效性，比如zkRollup通過零知識證明對數據進行驗證，并且把驗證得到的Proof和數據一起上鏈，以此確保對應數據在鏈上的有效性和資金的安全性。所以zkRollup是目前被大家公認為比較安全的方案。

整體來看Rollup方案，Layer1上的智能合約就像是城堡，其中的資金安全性依賴于Layer1自身的安全性。在Layer1上需要保存各賬戶的狀態轉換數據，同時要把Layer2上交易壓縮后的數據同步到Layer1上，至于要不要做Proof則取決于具體的項目方的取舍。

Layer2則負責執行交易，將本來在Layer1上處理的交易轉移到Layer2上。當前對數據正確性的驗證主要有兩種典型的方案：

Validityproof：即指類似于zkRollup的零知識證明方案。將數據和對數據的Proof同時上鏈。Fraudproof：即指類似于Optimism的欺詐性證明方案。由于只將數據上鏈，所以Optimism需要用戶或項目方自身去監測sequencer是否如實地把交易數據同步到了Layer1上。如果監測到欺詐行為，那么就可以通過提交欺詐性證明來保障資產安全。

最后，關于數據可用性，從形態上可以簡單分為兩個代表：zkRollup和Optimism。主要區別在于對哪些數據上鏈/不上鏈方面的取舍。大部分方案都是把數據上鏈的，但是也有一些方案選擇對一部分數據不上鏈處理，這么做的好處在于可以進一步提升擴容性能，而不用受區塊自身可存放數據容量大小的限制；另一個原因是，有些應用顧慮到隱私性或其他一些特性，并不希望所有數據都上鏈，因而做了取舍，對這部分在這次分享中我們不去詳細討論。

在數據上鏈/不上鏈取舍上有一個典型的例子：zkPorter，也就是未來的zkSync2.0。他們宣稱在zkSync2.0中可以達到24,000TPS，這主要是通過默克爾樹實現的，在不同分支中分別存放zkRollup與zkPorter。對于在意安全性的用戶來說，zkRollup是一個更可靠的選擇；但在對安全性要求相對較低的應用中，則可以考慮使用部分數據不上鏈的zkPorter。zkSync2.0通過這種混合的方式實現有保障性的安全和效率的提升。?

那么為什么說Rollup和Eth2的路線圖有關？其實前面有提到過，Eth2分片上的交易執行暫時還無法立即到位，社區可能還要在等一段時間。但是在Phase1和Phase1.5間，當分片的數據庫成型時，其中的每個分片就好比是一個主網，這些分片的數據層就可以用來存儲Rollup的數據。

當未來有分片的時候，雖然我們不能在其上立即進行交易，但是我們可以通過把Rollup的數據存到這些分片中提前發揮分片的作用，達到進一步擴容的目標。?

這部分就是我今天的分享，謝謝大家。

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