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

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；它們是什麼，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。

為什麼去中心化很重要?

你可能會想，為什麼去中心化如此重要？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，這並不是去中心化重要的主要原因。答案主要在於對創新的激勵。

中心化平台的問題主要在於其可預測的生命周期。一開始，平台是非常誘人的，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台有價值。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Chris Dixon所說的，中心化平台的作用是“讓他們的服務更有價值，因為平台(從定義上來說)是具有多方面網絡效應的系統。”當平台的S曲線向上移動，並獲得關於用戶和開發人員的更多權力時，就會出現問題。

中心化平台生命周期

一旦中心化平台達到其s曲線生命周期的頂部，其與平台參與者的關係本質就會從正到零和。一般來說，這意味着這個中心化的平台將轉向從用戶那裡提取數據並將其貨幣化，並與在其平台上發展的互補業務爭奪關注。這對創新和這些平台的持續發展來說是個壞消息。

在過去的10年裡，我們見證了這一生命周期在多個平台上的發展：Facebook、Twitter、微軟、YouTube和谷歌等等。這些就是今天互聯網的主要平台。最終，這促使企業家、開發者和投資者對這些類型的平台保持警惕，許多人拒絕與中心化平台建立聯繫。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，並放棄對隱私數據的控制。

另一方面，去中心化的平台不存在審查風險。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於開源協議，由互聯網社區自己擁有。根據定義，去中心化平台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”，而在去中心化的平台上，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台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。

由於上述原因，企業家和開發者被排斥在中心化平台上建設，現在他們正湧向像以太坊這樣的去中心化平台。你可能會認為中心化平台能夠簡單地向開發者支付報酬，但在我看來，中心化平台無法超越那些基於去中心化的平台，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，減少了中心化平台的影響，只需為開發者社區支付費用。

區塊鏈技術是web3最終平台的孕育地。一種不需要第三方參與，並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台上建設，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，這意味着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，然後將它發布到區塊鏈，但隨後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，這顯然意味着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於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。

簡單地說，共識是對區塊鏈上的交易記錄達成一致並存儲的地方。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並寫入永久記錄之前在區塊鏈上註冊的地方。

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，Layer 2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、壓縮並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)。

本質上，用戶不是將交易發送到L1的礦工那裡，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)Optimistic Rollup和(2)zk-Rollup。

Optimistic Rollup

Optimistic Rollup捆綁了數百次交易，並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。Optimistic Rollup僅在交易或狀態受到挑戰時才提供證據。

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

然而，由於潛在的欺詐挑戰，鏈上交易的等待時間可能很長。可能必須等待~1周才能從Optimistic Rollup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。

Optimistic Rollup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Optimistic Rollup協議包括Arbitrum 和 Optimism。

ZK-Rollup

zk-Rollup不同於Optimistic Rollup，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，在那裡執行交易。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，併發布到第一層主鏈。這些證明很容易生成，很有說服力，而且驗證起來也非常快。對於上下文，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麼。只有Rollup礦工知道交易數據。這是一項非常令人興奮的技術，因為它意味着數據可以是私有的，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ZK Rollup合約接受的ZK-SNARK證明已經驗證了資產，這是Optimistic Rollup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Optimistic Rollup相比，完成Rollup的時間更快，並且不易受到經濟攻擊。然而，ZK-SNARK證明的計算量非常大，對於鏈上活動很少的應用程序來說，這可能是不值得的。

這裡值得注意的是，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，他們專註於可擴展性方面，也就是說，一個證明可以比本地計算更小、更精簡。

Optimistic Rollup和ZK-Rollup之間的技術比較

雖然Optimistic Rollup目前比ZK-Rollup更實用，這僅僅是因為它們的複雜性更低，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於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兼容性意味着另一條鏈，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，因為這意味着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。這意味着兼容鏈相對容易在執行模塊獲得用戶，如果他們相對於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，這對於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，兼容鏈能夠受益於上述開發人員的採用能力和網絡效應，以及未來將產生的創新。

EVM兼容性的缺點源於複雜性和相關的安全漏洞風險。因此，總的來說，EVM兼容性開發對於Rollup來說是緩慢的，但是已經取得了一些突破，特別是在Optimistic Rollup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。這就是為什麼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，並將標誌着從第1層執行到第2層執行的大規模遷移，讓第1層專註於共識和安全。這將是採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併在一起的交易中。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，意味着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，後者通常隨着每一筆邊際交易的進行而變得更加昂貴。這也是ZK-Rollup優於Optimistic Rollup的一個實例，因為Optimistic Rollup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，並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，對於那些不熟悉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，儘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16 gas /字節降低到3 gas /字節，並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，這意味着Rollup管理費用減少，這對於Rollup的最終用戶意味着費用更低。

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雲託管服務，就像我們通常不知道網站使用的是哪種雲託管服務一樣。這就是為什麼我對Rollup特別興奮的原因。我們仍然處於它們生命周期的早期，因此技術的複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