从拓展性出发：认识Optimistic Rollup与ZK-Rollup

在之前的文章中，我们讨论了ZK-Rollup在Layer 2拓展性的应用以及简单介绍了其原理。 在这篇文章中，我们将介绍Optimistic Rollup的工作原理和与ZK-Rollup的对比，以及Findora在这方面的创新。

什么是Optimistic Rollup

Optimistic Rollup是一种在L2上使用OVM（Optimistic Virtual Machine）扩展以太坊通用智能合约的技术。OVM的功能很齐全，可以与EVM（Ethereum Virtual Machine）兼容执行环境，其主要用于第2层系统。它的外观，感觉和行为非常类似于以太坊主链。Optimistic Rollup的构造大量借鉴了Plasma和ZK-Rollup设计。 但某种程度的在扩展性上进行了权衡，以允许在受Layer 1保护的Layer 2中运行完全通用的智能合约。

如果能在短期内部署，它可以通过在合理范围内将安全性/可扩展性折中的简便方法来迁移现有dApp和服务。满足了ETH1.0增长的需求。

为了更好的理解Optimistic Rollup的在以太坊主网的使用场景，我们先参考下面一个例子：

我们假设有一个开发人员编写了一个Solidity的智能合约。

开发人员将交易从链下发送到Bonded Aggregator，即第2层区块的生产者，后者负责部署这个合约。其中任何有Bond的人都可以成为Aggregator，并且同一条链上可以有多个Aggregator。

Aggregator可以按照自己喜欢的方式收取费用，包括帐户提取或者元交易（Account abstraction or meta transactions）。

然后，Aggregator需立即向开发人员保证，其交易将被包括在新的区块内，否则Aggregator将失去Bond。

Aggregator接下来使用本地交易转账并计算新的状态根（State Root）。

Aggregator将一个新的包含交易和状态根的Optimistic Rollup区块作为一次转帐交易提交至以太坊主网。

如果有人下载了该块并发现该块无效，并且证明该块无效，就可以罢免恶意Aggregator以及在无效区块的基础上继续构建的Aggregator的Bond。Aggregator的一部分bond将会奖励给证明者。

这就是Optimistic Rollup智能合约最简单的运行逻辑。

由于每一个当前交易所产生的状态，都是之后每个有效Optimistic Rollup状态的一部分，所以这也是保证这个智能合约安全性的方法之一。 这种智能合约的做法与我们今天在以太坊主网上看到的非常相似。那么，Optimistic Rollup和ZK-Rollup有什么相似之处和区别呢？

在Optimistic Rollup中，新的状态根由运营人员（Operator）发布的时候不会每次都被Rollup智能合约检查一遍。 但是，如果发布了不正确的状态转换，其他操作人员或用户（必须观察L1 Rollup中合约的情况并且执行每一笔转账交易）可以观察到无效交易并还原不正确的块，从而罢免恶意攻击的运营方 。

相比较之下，ZK-Rollup是一种更复杂的技术。现在已经有了用ZK-Rollup来做代币转移和一些相对特殊的应用程序，但是还需要更长时间来用ZK-Rollup实施通用智能合约，并且有效地将EVM整个包装进零知识证明中还需要更多的研究工作。 但是，一旦ZK-Rollup全面开发，所有现有的以太坊dApp和服务都将能够轻松地迁移到ZK-Rollup中。

ZK-Rollup将解决Optimistic Rollup的几个基本问题：

消除Tail Risk：通过复杂但可行的攻击媒介从OR盗窃资金；

将取款时间从1-2周减少到几分钟；

赋能高交易确认速度，并能达到无限制的出仓流量；

默认隐私。

Optimistic Rollup对于ZK-Rollup来说是也是一个很好的工具。过渡到L2的扩展要求用户对电子钱包，预言机，dApp的使用习惯进行大幅度改变。 Optimistic Rollup帮这一举措已经提前准备好了一套生态系统，为目前尚不能在ZK-Rollup上构建的dApp带来拓展的可能性。 这将使ZK-Rollup有足够的时间变得成熟并使其无缝对接，同时保持以太坊的发展趋势。下面我们通过几个方面简单对Optimistic Rollup和ZK-Rollup做一个对比。

灵活性：通用计算

Optimistic Rollup

尽管Optimistic Rollup可以用于一些特殊的应用场景，但是这项技术中最重要的创新是OVM：Optimistic虚拟机。OVM可以支持任意智能合约逻辑的实现。从这方面来看，在以太坊中几乎所有可能的事情在OVM中也都是可能的，也包括智能合约及其可组合性。OVM可以以EVM，EWASM或者任何其他的虚拟机作为基础。

如果与EVM一起使用，OVM的另一个好处是可以支持Solidity代码。 因此OVM可以轻松地将大部分现有代码库直接转移过去。

OVM直接使用现有的EVM代码是非常理想化的，实施起来必定不是那么简单。 OVM的落实将需要更改以太坊CALLDATA的格式，并采用复杂的响应协议实现欺诈证明。这可能会导致OVM与EVM产生分歧，从而无法正确处理边缘情况，这意味着把现有的合约改写到OVM上还存在着一定难度。

实施的另一个挑战在于，较大区块的欺诈证明可能会超出L1的gas限制。 这就使得这些欺诈证明必须分解成多个ETH交易。

ZK Rollup

到目前为止，ZK-Rollup的所有现有操作都集中在代币转移或原子交换。 有几个主要原因。

首先，目前仍然还没有一个有效的技术可用于针对不同的零知识证明（Zero Knowledge Proof）进行简洁的递归证明组合。在同一个区块中执行不同的智能合约需要递归组合不同的零知识证明。并且，每一个新版智能合约的出现都需要一个新的受信设置的过程，显然这个是不现实的。目前现有不需要受信设置的零知识证明技术STARK的验证方也只是针对性处理非常有限的一类问题。STARK验证方必须对被证明的计算语句的每个限制条件都至少执行一次，这也意味着我们无法重复整合执行不同架构的智能合约。

随着SNORK（Succinct Non-interactive Oecumenical (Universal) Arguments of Knowledge）的出现，上述的这些情况开始发生了变化，SNORK是基于不同的一组被称作多项式承诺方案加密模型的新一代零知识证明。尽管仍然需要受信设置，但它现在已经是通用的并且可以更新。 完成一次后，可以随时在任何不同的程序中继续使用。Findora所研发的Supersonic正是一种全新的完全简洁且透明的ZK-Snark技术。

目前来看：现在在ZKP上建立通用智能合约的障碍已经消除。 ZK-Rollup完全能够支持与EVM相同的编程模型（包括无缝对接的可组合性和互操作性）。 尽管Solidity开发人员的学习时间不会超过1天，但最初的合同可能需要专用的DSL。最终，鉴于零知识证明技术的最新发展步伐，我们希望所有现有的ETH合同都能以最小的努力有效地移植。

拓展性和交易成本

Optimistic Rollup

目前的估算是每笔传输约有4k gas/tx。

相当于约100 TPS

使用BLS签名聚合时，此数字最多可以达到500 TPS。

如果EVM兼容性受到破坏，则吞吐量理论上可能会增长到ZK-Rollup的极限。

实际吞吐量上限（令牌传输）：500 TPS。

ZK Rollup

物质测试网中每次传输tx的公共数据成本目前为16字节，花费272 gas/tx。

此外，证明的费用，估计约为30万gas。

即使我们假设在最坏的情况下需要提供1M gas的证明成本，估算的交易上限仍将超过2140 TPS。

gas成本是一个很大的瓶颈，因为它具有去中心化防审查性。 我们预计该因素会随着时间的推移而显着下降。

实际吞吐量上限（令牌转移）：超过2000 TPS-类似于VISA。

在许多案例中，ZK Rollup是可以节省很大一部分的成本的，尽管Optimistic Rollup要求用户发布完整的交易输入，ZK Rollup一个很大的区别是用户可以在两个选项中不需要很复杂操作再做出选择，在ZK-Rollup中，我们可以在下列两个选项中灵活地选择：

1）交易输入减去见证人并不影响状态转换，

2）仅发布交易输出。

由于任何Rollup都将留在每个区块碎片中，因此除非带宽变得更便宜，否则CALLDATA的成本（以及Rollup交易成本）不会发生很大变化。

Optimistic Rollup目前还在概念证明阶段。希望我们能够尽快看到主网上的版本。如果事实证明移植现有代码相对容易，则很多项目将会逐渐开始采用它并建立新的基础架构：例如L2技术支持将出现在钱包中等等。

对于以太坊来说，两种Rollup类型都必须在电子钱包，预言家和其他智能合约组件中进行类似的基础结构更改。

Findora将从底层部署ZK-Rollup，直接支持这个在以太坊上只有在L2上才有的扩容解决方案。虽然以太坊里的ZK-Rollup在一些应用场景方面，例如代币交易，已经十分成熟，但是完全通用的智能合约还是有一段时间才能到达可被主网采用的版本。

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编译者/作者：Findora

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