探索區塊鏈的模塊化——Rollup，是什么？如何工作？未來的發展方向是什么？_區塊鏈

原標題：《探索區塊鏈的模塊化：Rollup》

在文章之前需要理解兩個關鍵概念:(1)Rollup，(2)分片。本文將重點討論Rollup；它們是什么，如何工作，以及它們未來的發展方向。

區塊鏈三難困境和Layer2的誕生

區塊鏈在本質上面臨著三難困境，被稱為區塊鏈三難困境。這指的是所有區塊鏈面臨的去中心化、可擴展性和安全性之間的權衡，其中一個區塊鏈只能優化兩個，需要犧牲第三個。顯然，安全性對區塊鏈來說至關重要，所以這通常會導致在去中心化或可擴展性上的妥協。

為什么去中心化很重要?

你可能會想，為什么去中心化如此重要？這是一個經常被誤解的概念，經常有人建議web3提倡去中心化以抵制政府審查。事實上，這并不是去中心化重要的主要原因。答案主要在于對創新的激勵。

中心化平臺的問題主要在于其可預測的生命周期。一開始，平臺是非常誘人的，因為它們必須吸引用戶、開發者、企業和媒體組織，這將不可避免地使他們的平臺有價值。它們降低了進入的門檻，榨取了很少的價值，從而創造了一個鼓勵參與者的正和環境。正如ChrisDixon所說的，中心化平臺的作用是“讓他們的服務更有價值，因為平臺(從定義上來說)是具有多方面網絡效應的系統。”當平臺的S曲線向上移動，并獲得關于用戶和開發人員的更多權力時，就會出現問題。

中心化平臺生命周期

一旦中心化平臺達到其s曲線生命周期的頂部，其與平臺參與者的關系本質就會從正到零和。一般來說，這意味著這個中心化的平臺將轉向從用戶那里提取數據并將其貨幣化，并與在其平臺上發展的互補業務爭奪關注。這對創新和這些平臺的持續發展來說是個壞消息。

安徽探索區塊鏈助農獲“世界數字農業十大技術成果” 螞蟻鏈提供技術支持:金色財經報道，近日，首屆2020世界數字農業大會上，“區塊鏈技術幫助鄉村振興區域特色農作物全產業鏈”獲評“世界數字農業十大技術成果”。

這是由安徽省碭山縣人民政府、碭山縣商務局、中國農業銀行安徽省分行、螞蟻鏈共同打造，是國內首個基于區塊鏈的鄉村振興樣本。碭山縣通過螞蟻鏈實現了農業全產業鏈的“商流、物流、資金流、信息流”四流合一，幫助商家實現信用貸款。該平臺上線兩個月之內，已覆蓋企業超過200家，農行實現放款1300萬元，促進電商銷售額同比增長20%以上。[2020/12/18 15:41:39]

在過去的10年里，我們見證了這一生命周期在多個平臺上的發展：Facebook、Twitter、微軟、YouTube和谷歌等等。這些就是今天互聯網的主要平臺。最終，這促使企業家、開發者和投資者對這些類型的平臺保持警惕，許多人拒絕與中心化平臺建立聯系。而且最重要的是，從用戶的角度來看，中心化存在問題，用戶容易受到安全漏洞的攻擊，并放棄對隱私數據的控制。

另一方面，去中心化的平臺不存在審查風險。企業家和開發者可以問心無愧地自由建設。這與互聯網的第一個時代(20世紀80年代至21世紀初)非常相似，當時互聯網服務主要基于開源協議，由互聯網社區自己擁有。根據定義，去中心化平臺不能從用戶和開發者身上榨取價值，而是允許用戶和開發者創造價值。為了明確這一點，谷歌的座右銘是“不要作惡”，而在去中心化的平臺上，這一理念變成了“不能作惡”。

這一切聽起來都很棒，雖然我認為去中心化平臺有一個令人信服的理由，但它們真的會贏嗎，甚至會在現實中出現嗎?互聯網的第一個時代是由去中心化的、開源的協議贏得的。第二個時代由中心化的應用程序主導，如谷歌、Youtube和Twitter。我認為，互聯網的第三個時代很可能是去中心化的。

海聯金匯：公司從金融、監管、政務三個方向探索區塊鏈技術應用:海聯金匯（002537.SZ）在互動平臺上回答投資者提問時表示，區塊鏈技術具有很大的普適性，適合各種多方協作卻信任不足的場景，尤其是沒有權威的中心化信任中介的場景。這次疫情，進一步加快各行各業的數字化轉型，區塊鏈技術是其中重要的基礎技術之一。公司在近幾年來一直在探索區塊鏈技術在金融、監管和政務等多個場景的應用，讓科技更好地服務大眾生活。[2020/2/29]

由于上述原因，企業家和開發者被排斥在中心化平臺上建設，現在他們正涌向像以太坊這樣的去中心化平臺。你可能會認為中心化平臺能夠簡單地向開發者支付報酬，但在我看來，中心化平臺無法超越那些基于去中心化的平臺，而且它們的創新速度肯定無法與完全自由的企業家相比。當考慮到去中心化的互聯網第三時代的代幣化本質時，這一點尤其正確。在這個時代，企業家能夠以驚人的速度籌集資金，減少了中心化平臺的影響，只需為開發者社區支付費用。

區塊鏈技術是web3最終平臺的孕育地。一種不需要第三方參與，并且在很大程度上消除了低效率的情況。如果我們要鼓勵企業家、開發者和投資者在這些區塊鏈平臺上建設，我們必須讓它們去中心化。

從創新、用戶隱私和數據所有權的角度來看，區塊鏈去中心化是有意義的。不幸的是，這意味著在區塊鏈三難困境中放棄可擴展性。

區塊鏈的組成部分

過去這些區塊鏈的工作方式是，當有人發布交易時，一個礦工驗證它，然后將它發布到區塊鏈，但隨后網絡中的所有其他礦工也必須驗證它。在一個去中心化的網絡中，可能有大量的礦工，這顯然意味著會有大量低效和浪費時間的工作。

然而，去中心化、安全性和可擴展性僅僅是區塊鏈的屬性，由組成區塊鏈的組件決定。作為一個基本概念，重要的是要概述這些組成部分:(1)共識，(2)數據可用性，(3)執行。共識組件規定了網絡中的節點對交易的集體驗證，從而提供了區塊鏈上存儲的數據的安全性和真實性。數據可用性是指結算層保證可用于區塊鏈上的交易數據(即轉賬、保持狀態等)。執行指的是使用新信息更新區塊鏈所需的計算。

聲音 | 新加坡總理李顯龍：探索區塊鏈的潛力須務實進行，不能被宣傳沖昏頭腦:新加坡總理李顯龍在其個人Facebook上發表意見稱：區塊鏈、比特幣、加密貨幣，這些流行語近年來風靡一時。就連Facebook也用其加密貨幣Libra參與了進來。這個領域存在很多炒作，是否真的是下一個大事件還有待觀察。區塊鏈開啟了有趣的可能性，但并不是每個問題都存在或需要區塊鏈解決方案。新加坡金融監管局（MAS）正在金融機構和科技公司試點區塊鏈的應用。當我們探索它的潛力時，我們必須務實地進行，而不是被天花亂墜的宣傳沖昏頭腦。（Fintechnews Singapore）[2019/7/9]

簡單地說，共識是對區塊鏈上的交易記錄達成一致并存儲的地方。數據可用性是區塊鏈在任何一個時間點有多少空間來添加額外的數據。執行是在新交易在驗證并寫入永久記錄之前在區塊鏈上注冊的地方。

作為區塊鏈三難困境的解決方案，L2擴展解決方案被開發出來。L2協議可以被認為是以太坊結算層的擴展解決方案，它允許結算層對去中心化和安全性進行優化。

迄今為止，Layer2解決方案已鎖定價值約66.2億美元，其中Arbitrum和dYdX(由StarkEx驅動)等領先解決方案吸引了大部分市場份額。

有許多類型的擴展解決方案，從狀態通道，plasma，側鏈和Rollup。

Rollup的類型

Rollup是一種可擴展的解決方案，它將交易捆綁、壓縮并將其發送到共識層進行驗證。通過一次驗證多個交易，它們極大地提高了效率，同時允許以太坊在不犧牲安全性的情況下從每秒處理15到3000多筆交易(TPS)。

聲音 | 阿里巴巴：螞蟻金服將探索區塊鏈等技術在重慶的應用:在智博會期間，阿里巴巴表示，會有一系列“大動作”，螞蟻金服、阿里云、菜鳥、釘釘將有諸多項目落地重慶。未來，螞蟻金服將以支付寶為載體，探索區塊鏈技術、移動支付安全技術、人工智能技術等在重慶城市管理、商業、消費領域的更廣泛應用。[2018/8/23]

本質上，用戶不是將交易發送到L1的礦工那里，而是將其交易發送到Rollup服務器，由其驗證這些交易是否有效。因此，他們在以太坊主鏈之外執行交易，但這些Rollup會將交易數據發布到以太坊主鏈。當將交易發布到主鏈時，它們將繼承L1的安全屬性。

有兩種類型的Rollup，不同的安全模型:(1)OptimisticRollup和(2)zk-Rollup。

OptimisticRollup

OptimisticRollup捆綁了數百次交易，并且只發布鏈上需要的最低限度的信息，無需任何證明。這基本上假設沒有欺詐或惡意行為，因此有了“Optimistic”的名字。OptimisticRollup僅在交易或狀態受到挑戰時才提供證據。

OptimisticRollup的好處，除了明顯的擴展增強之外，還包括EVM和可靠兼容性，這意味著任何你可以在以太坊L1上做的事情，都可以在OptimisticRollup上做。

然而，由于潛在的欺詐挑戰，鏈上交易的等待時間可能很長。可能必須等待~1周才能從OptimisticRollup中提取資產，因為這給了發現和解決欺詐的時間。這是一個固有的問題，因為假設沒有欺詐或惡意行為。

OptimisticRollup的另一個缺點是，需要在鏈上發布所有見證數據，如簽名、預言機提要等。這限制了可擴展性。

大型OptimisticRollup協議包括Arbitrum和Optimism。

新加坡政府正探索區塊鏈技術解決金融交易結算及洗錢問題:新加坡政府正在探索使用區塊鏈技術和分布式賬本技術（DLT）來交易、結算金融交易、支付、證券，同時用于處理洗錢（AML）和恐怖主義融資（CFT）。新加坡資訊通信媒體發展管理局同時與一些銀行合作研發一個KYC區塊鏈項目。[2018/3/28]

ZK-Rollup

zk-Rollup不同于OptimisticRollup，因為它們使用zk技術集成了隱私。zk指的是在不披露必要信息的情況下向另一方證明某事(一項交易或狀態)的能力。

用戶不是將交易發送到L1礦工處，而是將交易發送到Rollup服務器，在那里執行交易。ZK-Rollup中使用的兩個最常見的驗證證明是ZK-SNARKS和ZK-STARKS，其會生成ZK-SNARKS作為交易有效性的證明，并發布到第一層主鏈。這些證明很容易生成，很有說服力，而且驗證起來也非常快。對于上下文，可以將數百個交易整合到一個證明中，驗證這個證明需要大約5毫秒。

通過利用該技術的零知識特性，第1層的礦工將永遠不會知道交易中的數據是什么。只有Rollup礦工知道交易數據。這是一項非常令人興奮的技術，因為它意味著數據可以是私有的，即使是在公共區塊鏈上。

使用ZK-Rollup，在提取資產時不會出現延遲，因為ZKRollup合約接受的ZK-SNARK證明已經驗證了資產，這是OptimisticRollup和ZK-Rollup之間的主要特性差異之一。

ZK-Rollup的優點包括：如前所述，與OptimisticRollup相比，完成Rollup的時間更快，并且不易受到經濟攻擊。然而，ZK-SNARK證明的計算量非常大，對于鏈上活動很少的應用程序來說，這可能是不值得的。

這里值得注意的是，目前大多數ZK-Rollup實際上還沒有使用ZK技術的隱私方面。相反，他們專注于可擴展性方面，也就是說，一個證明可以比本地計算更小、更精簡。

OptimisticRollup和ZK-Rollup之間的技術比較

雖然OptimisticRollup目前比ZK-Rollup更實用，這僅僅是因為它們的復雜性更低，但ZK-Rollup顯然有可能為用戶提供更大的好處。

Rollup的未來

雖然這兩種Rollup類型目前都提供了高于原生以太坊鏈執行層的優勢，但仍存在一些需要改進的挑戰。

面臨的挑戰

EVM代表以太坊虛擬機，可以被認為是一個大型的去中心化計算機，在區塊鏈上計算各種類型的任務。它本質上是以太坊整個運營結構的基石，負責執行和智能合約部署。

EVM兼容性意味著另一條鏈，例如，一個Rollup鏈，將有能力在該鏈上部署以太坊智能合約。因此，如果沒有EVM兼容性，另一條鏈將不可能運行以太坊智能合約。EVM兼容性顯然是非常有益的，因為這意味著已經部署在以太坊上的項目，比如Uniswap等DeFi巨頭，可以部署在兼容鏈上。這意味著兼容鏈相對容易在執行模塊獲得用戶，如果他們相對于以太坊執行模塊具有顯著的競爭優勢。考慮到以太坊社區中開發者的數量，這對于兼容鏈來說也是一個巨大的優勢。通過與EVM兼容來進入該社區，兼容鏈能夠受益于上述開發人員的采用能力和網絡效應，以及未來將產生的創新。

EVM兼容性的缺點源于復雜性和相關的安全漏洞風險。因此，總的來說，EVM兼容性開發對于Rollup來說是緩慢的，但是已經取得了一些突破，特別是在OptimisticRollup的背景下。

Rollup的另一個挑戰，實際上也是我在未來看到的開發中最興奮的一個，是直接的法幣匝道。法幣指的是傳統貨幣，如美元、英鎊和日元。匝道(On-ramp)是指你可以直接將法定貨幣兌換成加密貨幣的服務。法幣匝道服務目前通常在中心化交易所，如Coinbase和Binance。

Rollup的挑戰更大。為了在Rollup上與加密進行交互，我們將面臨將加密資產放入自己選擇的錢包的瓶頸，因此必須將加密資產連接到Rollup本身。這是一個非常糟糕的用戶體驗，需要大量的耐心。

從傳統的銀行賬戶，直接到Rollup，將極大地增加使用量。這就是為什么我對它們的發展如此興奮：增強的用戶體驗無疑會讓用戶有理由不再直接與第1層交互，并將標志著從第1層執行到第2層執行的大規模遷移，讓第1層專注于共識和安全。這將是采用模塊化區塊鏈的真正開始。

同樣值得注意的是，為了達到最低費率，它需要將在第一層鏈上結算的交易最大化。這樣做是為了將費用平均分配到許多合并在一起的交易中。因此，Rollup費可以被認為是第一層費用的產物，也是Rollup需求的產物。因此，Rollup要真正達到與以太坊相比的費用降低的潛力，它們需要更高水平的需求。這通常被稱為規模經濟，意味著邊際交易成本在下一次邊際交易中下降。

事實上，這是一個突破，因為它顛覆了區塊鏈的傳統成本結構，后者通常隨著每一筆邊際交易的進行而變得更加昂貴。這也是ZK-Rollup優于OptimisticRollup的一個實例，因為OptimisticRollup總是需要在每個交易中包含簽名，這又增加了另一個成本因素。另一方面，ZK-Rollup不需要簽名，并且具有更好的數據壓縮，從而具有卓越的可擴展性潛力。

即將到來的Rollup催化劑

EIP-4488

本文中要提到的一個重要內容是EIP-4488，對于那些不熟悉EIP的人來說，它們代表以太坊改進提案，是指定以太坊潛在新特性或流程的標準。以太坊社區中的任何人都有能力創建EIP，盡管它們必須得到充分的同意才能實現。

總而言之，EIP-4488將調用數據的成本從16gas/字節降低到3gas/字節，并對每個區塊的調用數據設置上限，以降低安全風險。從本質上說，這意味著Rollup管理費用減少，這對于Rollup的最終用戶意味著費用更低。

分片

Rollup的另一個重要催化劑是分片。共享是模塊化區塊鏈背景下需要理解的一個關鍵概念，本質上是約束以太坊數據可用性的解決方案。

總結

毫無疑問，Rollup對區塊鏈的未來至關重要，它將成為dApp的日常用戶與區塊鏈技術互動的網絡。這些用戶甚至可能不知道他們使用的是哪種云托管服務，就像我們通常不知道網站使用的是哪種云托管服務一樣。這就是為什么我對Rollup特別興奮的原因。我們仍然處于它們生命周期的早期，因此技術的復雜性和某些情況下缺失的特性。

Source：https://medium.com/@bencharlesharvey/exploring-the-modularisation-of-blockchains-an-introduction-to-rollups-42c188ac1a5d

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