Optimism VS ZK 以太坊擴容技術一覽_OPT

在展開對OptimismRollup和ZK?Rollup的對比分析之前，我們需要先了解Rollup的誕生背景。

Rollup被認為是以太坊擴容的終極解決方案，它在第1層之外執行交易，卻在第1層發布交易數據。這使得Rollup可以擴展網絡，并仍然從以太坊共識中獲得安全性。整個過程本質上是執行交易、獲取數據、壓縮數據，并將其以單個批次的形式匯總到主鏈上，因此得名「Rollup」。

為什需要Rollup擴容方案？

實際上，Rollup的研究熱度與以太坊近年來的發展息息相關。以太坊擴容一直是加密領域討論最多的話題之一。無論是2017年的?CryptoKitties熱潮，還是2020年的?DeFi夏季、?2021年初的加密貨幣牛市，對以太坊需求的高漲使得擴容辯論不斷升溫，Gas費用飆升讓用戶支付的交易費用更加昂貴。

與此同時，在Web3高速發展的背景下，以太坊日益成為了數千個DApp的宿主。龐大的交易量勢必會帶來運行速度的限制，使得以太坊上項目交易速度越來越慢，用戶也留存度逐漸下滑。

基于此，尋找完美的擴容方案，成了多個團隊和整個以太坊社區的重要目標。一般而言，以太坊的擴展方案一共有3種主要方式：擴展區塊鏈本身——第1層擴容；在第1層之上構建——第2層擴容和在第1層一側構建側鏈。

那么Rollup的擴容原理就是將數百個已處理的交易匯總成一個批次并在與以太坊主網平行的L2鏈上執行交易，最終完成的交易再按批次發布到底層區塊鏈，以此來提升交易速度，降低Gas費用。

歐易集成Optimism網絡:5月17日消息，歐易（OKX）宣布已經集成Optimism網絡，用戶現在可以在歐易和Optimism網絡之間轉移資金。[2022/5/17 3:22:32]

在一眾Rollup方案中，OptimisticRollup和ZKRollup都有著不俗的表現。事實上，OptimisticRollup和ZKRollup的執行原理大同小異，區別在于驗證方式。今天，就讓我們走近這兩種卓越的擴容方案，比較它們在具體執行過程中的優劣勢，并積極展望下一代以太坊擴容方案的理想模式。

解密Optimism與?ZK的版圖體系

Optimism

OptimisticRollup，如其名所言采取的是“樂觀”機制——欺詐證明。系統默認執行交易數據的可靠性，無需經過有效驗證便會直接進入等待期，等待期里有任何節點提出異議并佐證為惡意交易，則取消交易；若無異議，等待期結束即交易完成并寫入區塊。“欺詐證明”的交易方案省去了大規模的部署驗證，從而節省了計算資源，保證了交易的確切性。

在OptimisticRollup中，突出的方案為?Arbitrum?和?Optimism。Optimism雖為第一個發明與EVM兼容的OptimisticRollup協議，但囿于主網啟動延遲讓Arbitrum獲得了后發優勢。

Optimism宣布已上線Calldata壓縮，將降低40%轉賬費用:3月25日消息，以太坊二層擴容網絡Optimism宣布Calldata壓縮已上線其主網，將帶來40%的轉賬費用降低。[2022/3/25 14:17:16]

Optimism：單輪非交互式欺詐證明

Optimism使用智能合約，將交易數據從以太坊主鏈轉移到Layer2?，定序器可以將多個交易捆綁成一個批次，然后通過單個交易將該批次提交回主。定序器在所有交易都有效的假設下，樂觀地執行相應流程。系統設置一周的等待期，在此期間任何質疑都可被提出，如有異常就會生成欺詐證明。

Arbitrum：多輪交互型欺詐性證明

Arbitrum于2021年5月28日在以太坊主網上啟動。整體上執行的流程差別不大，主要是在于Arbitrum的驗證人和挑戰者在鏈下通過二分法的方式不斷拆分存在爭議的步驟，直至將爭議范圍縮減到某個具體步驟，再到L1鏈上對相應步驟進行判定，高效解決爭議。因此，相比Optimism來說，Arbitrum能承載更高的交易容量，實現更徹底的“追根溯源”。

ZKRollup

ZKRollup，這一概念在1980年時被麻省理工的研究人員引入，一度將其稱為“月亮數學”。

Nansen：9大主流網絡近7日總活躍地址約802萬，Optimism增長明顯:3月15日，多鏈數據分析平臺Nansen發布最新一周網絡7日活躍地址統計，據統計數據顯示，截止3月14日，7日活躍地址最多的網絡為BNB Chain（原 BSC），約344萬活躍地址，環比減少14.21%；7日活躍地址最少的網絡為Optimism，約1.24萬活躍地址，環比增加27.57%。完整排名如下：

BNB Chain：344 萬，環比減少 14.21%

Ethereum：229 萬，環比增加 4.57%

Polygon：97.7 萬，環比減少 3.27%

Ronin：78.4 萬，環比減少 37.78%

Avalanche：25.4 萬，環比減少 7.3%

Fantom ：18.4 萬，環比減少 9.36%

Arbitrum：4.64 萬，環比減少 23.18%

Celo：3.25 萬，環比增加 2.85%

Optimism：1.24 萬，環比增加 27.57%[2022/3/15 13:57:22]

ZKRollup是通過零知識有效性證明的擴容方案。它分批處理鏈下交易，并生成加密有效性證明來驗證交易真實性。這些有效性證明將批量交易添加到?L1區塊鏈，可被L1合約快速驗證，而無效批次則會被直接拒絕。

如果說Optimisticrollups假設每個參與交易的人都出于善意做事，那么ZKRollup則竭力確定情況確實如此。目前，ZKRollup版圖主要有Hermez、ZKSync等。

以太坊二層解決方案Optimism將啟用多客戶端架構:3月12日消息，以太坊二層解決方案 Optimism 宣布將啟用多客戶端架構。Optimism 表示，L2 中維護升級密鑰可能會導致安全問題，而升級密鑰的存在的原因是代碼編寫復雜，很難實現無錯誤的代碼。以太坊通過可互操作性的多客戶端生態系統實現高安全性和可用性，Optimism 也將使用多客戶端路徑去中心化，將目標鎖定在把標準以太坊客戶端轉變為 Optimism 客戶端所需不到 1000 行代碼上。Optimism 將與外部團隊合作并激勵他們創建其他客戶端，形成 Optimists 聯盟并發布 Bedrock 之后，啟用多客戶端架構。[2022/3/12 13:52:22]

Hermez：生成簡潔的非交互式知識論證

Hermez可以生成SNARK的密碼證明，具備將以太坊擴展到每秒2000筆交易的能力。該體系主要依靠協調員處理并生成有效性證明，協調員通過拍賣程序選出，注冊的網絡節點會出價成為下一個協調員。目前，Hermez團隊已宣布他們正在開發零知識的以太坊虛擬機(ZKEMV)，旨在實現完全的操作碼兼容性。

ZKSync：生成簡潔的非交互式知識論證

ZKSync將自己的項目描述為一個擴展和隱私引擎，支持在以太坊中進行Ether和ERC-20代幣的低Gas傳輸。在ZKSync中，只有一個驗證者處理批次并生成有效性證明。現已推出?ZKSync2.0?，作為鏈下數據可用性解決方案，確認質押和數據可用性，同時保障監護人無法竊取資金。

Celer推出的跨鏈支付網絡cBridge宣布支持Optimism:由二層擴容平臺Celer Network推出的跨鏈支付網絡cBridge宣布支持Optimism。用戶現可通過cBridge在Optimism、Avalanche、OKExChain、xDAI、Ethereum、Arbitrum、Binance Smart Chain以及Polygon之間進行高速、低成本的跨鏈和跨層轉賬。

此前報道，7月23日Celer上線基于原子交換技術的跨鏈橋方案cBridge v1.0版，計劃在短期內陸續支持更多Layer2和Layer1區塊鏈的跨鏈和跨層轉賬。[2021/9/1 22:51:02]

OptimismVSZK：誰更勝一籌？

Optimism和ZK從踏入市場開始，便走入了兩條不同的擴容方案道路。欺詐式證明和有效性證明，對應的是開發者和用戶不同的使用需求，從而在吞吐量、時效性、成本等各方面展現各自的“高光屬性”。具體可以從以下幾個方面思考不同的開發場景需求，在這兩者間做出相應的選擇。

開發門檻與使用成本

Optimism無需大規模部署驗證，在假設所有交易都是有效的前提下，節省了大量開發步驟，并將這些驗證信息發布到基礎層。這種得益于在樂觀的情況下，不需要做任何額外的工作，就能極大降低了技術人員的開發門檻，節省了大量時間、精力、金錢成本。如果開發者想在短時間內上手Rollup解決方案，Optimism當是首選，數據表明Optimistim可以提供高達?10-100倍的可擴展性改進。

相較而言，ZKRollup需要提供有效性證明并一一提交給主網，這一步驟帶來的技術開發難度遠高于Optimism。常有新手開發者嘗試使用ZKRollup時面臨錯誤百出的情況，反而降低了擴容效率和運行速度。

智能合約可執行性

Optimism的互操作性很強，也可以執行智能合約。這讓Optimism在L2上具備更多靈活操作的空間，以用戶共同參與的行為，讓Optimism的運作更具備“信任度”，從而贏得了更好的數據保護、確定的交易雙方權利等附加優勢。值得一提的是，如Fuel、OMGX、Cartesi等團隊中的大多數人也試圖為他們的Rollups開發一個與EVM兼容的版本，讓Optimism的可適性更強，性能更出眾。

而ZKRollup目前大多限于簡單的交易，這給ZKRollup的擴展帶來了諸多局限。因此，目前ZK只能通過ZKSync開發的兼容EMV虛擬機，來支持任何用Solidity編寫的智能合約，開拓其應用空間。或者憑借Loopring、Hermez和ZKTube來擴展支付規模，引入隱私功能等。

提取資金的執行效率

作為保障用戶交易和提供確權證明的機制，交易后資金的提取速度也是開發者和用戶選擇的關鍵。而在這個角度上，ZKRollup反倒更有優勢。Optimistim的爭議解決過程繁瑣，必須給所有參與者足夠的時間來提交欺詐證明，然后再最終確定交易。這段時間相當長，畢竟在確保最壞的情況下，欺詐性交易仍有可能被申訴。從Optimistim中提取資金的時間長達一兩周。

相較之下，ZKRollup不存在長時間提現的問題，因為只要將Rollup批次連同有效性證明提交到第1層，資金就可以提現。這無形中節約了用戶的時間成本，也促使更多交易流通加快實現，提升了交易環境的整體效率。

安全隱私保護的力度

目前，ZKRollup使用復雜的數學計算和密碼學來確保交易在ETH主鏈上被"結算"，這在驗證本質上不同于Optimistim。像SNARK、STARK、PLONK和DARK，這些部署在ZKRollup?上的證明策略都包括數據足跡、證明時間、驗證時間、串通風險等方面各自安全強度和風險證明。

可見，相比單純的欺詐性證明來說，ZK在安全隱私保護上設置了多重保障與驗證機制，確保交易驗證的嚴謹周到。還有如?Aztec正專注于將隱私功能引入其ZKRollup技術，從而完善ZKRollup的隱私機制。

展望2023的Optimism和ZK

正如我們所看到的那樣，Optimism和ZK作為Rollup解決方案上“各有千秋”。新的一年，它們仍將在各自的道路上革新迭代，或許我們可以期待?2023年Optimism和ZK這兩種擴容方案會應用到更多實際項目中去，持續為以太坊的發展賦能加碼。

目前來說，我們只能得出?Layer2將在使以太坊更具可擴展性方面發揮重要作用的結論，但是何種Rollup解決方案更勝一籌？則不能有明確的說法。毫無疑問的是，Optmism與ZK會朝著成為Web3世界Rollup方向的“黑馬”推出更多優化舉措。

長期來看，或許隨著ZK相關技術的不斷發展，ZKRollup的局限性會被打破，迸發出強勁的應用潛力。我們也希望在未來的時光里，這兩種Rollup方案能夠實現優勢互補，將安全隱私、時效成本、開發門檻等因素的融合為更加優質的產品，打開一個新世界。正如我們所看到的那樣，Optimism和ZK作為Rollup解決方案上“各有千秋”。新的一年，它們仍將在各自的道路上革新迭代，或許我們可以期待2023年Optimism和ZK這兩種擴容方案會應用到更多實際項目中去，持續為以太坊的發展賦能加碼。

參考文獻：

Optimistic、zk-Rollups、L3...以太坊的可擴展性研究現在已經走到了哪一步？

以太坊的擴容之路

深度｜如何理解ZK和OptimisticRollup的前景和區別？

OptimisticRollupsVSZKRollups：六個最令人興奮的以太坊Layer2擴展項目

Optimism的未來：Bedrock升級，Rollup去中心化以及融合ZK方案

科普|ZKRollup&OptimisticRollup

L2Rollup的競爭現狀和挑戰

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