今日推荐 | 一个比较研究：Rollups和可组合性
Rollup 是 layer 2 独立项目，为以太坊提供扩展解决方案。
原文标题：Rollups and Composability: A Comparative Analysis
原文作者：Armando Aguilar
原文来源：Staking Rewards
编译：Lynn，MarsBit Intern
总述：
- Rollup 是 layer 2 独立项目，为以太坊提供扩展解决方案
- Rollup 因在以太坊主网的高拥挤时段帮助减少花销、提高交易速度而被需要。
- Optimistic rollup 缓慢、可扩展性低，而零知识更快、提供更多可扩展性
- Optimistic rollup 已经普及，零知识 rollup 才刚刚开始获得推力
- 更多的 L2 rollup 采用在发生，以太坊的总交易费用在提供 rollup 技术的不同协议中持续增长
什么是 rollup？
以太坊网络区块在它们可以承载的数据体量上有一个上限极限。当网络上交易的需求很高时，以太坊率先选择最高的出价，导致费用激增，但能够被传输的数据量却有上限。Rollup 是 layer 2 扩展解决方案，在以太坊网络外运行，同时依旧将交易数据传输至以太坊上。数据被压缩成一个区块，使其具有可扩展性。尽管外以太坊网络外运行，但 rollup 由 Layer 1 网络（以太坊安全措施）来保障。常见的 rollup 的例子包括：
Optimistic（欺诈证明）
这些 rollup 假设交易是默认合法的，并通过欺诈证明单独进行计算工作。简而言之，如果有人选择质疑某项交易，这些 rollup 只显示确认该交易是否不正确的证据。Optimistic rollup 可以被视作一个公证系统，核准和验证对以太坊主网的交易。
零知识 (有效性证明)
ZK rollup 因在以太坊之外捆绑成百上千的数据交易而被熟知，并创建一个有效性证明【也被称为“SNARK”（简洁的非交互式知识论证）】。该证明的有效性很简单，是一个发布至以太坊主网的密码学验证。ZK 将所有传输的数据保留在第 2 层，并且只能使用有效性证明进行编辑，使得通过网络发送的数据更少，从而降低了交易成本。另一个特性是“STARK”（可扩展的透明知识论证），和 SNARK 相比，在验证和证明庞大的数据集上所需时间更短。这使其在高容量应用方面极度有用。不幸的是，STARK 会生产庞大的证明规格，最终使以太坊主网上的验证变得昂贵。并且不支持递归，这是使用ZK证明帮助扩展链下计算的关键构成。
为什么需要 rollup？
Rollup 是强大的，也是被需要的，因为它们致力于减少 gas费、增加交易量。Optimistic rollup 通过验证证明利用 Layer 1 上承载处理储蓄和提款的任务的智能合约。ZK rollup 捆绑上千的交易，并创建有效性证明。
在网络需求高的时期，以太坊上的 gas 价格会变得昂贵。为高 gas 价格创造一种重要的扩展解决方案一直以来是以太坊社区的首要任务之一。当初像病毒一样在互联网传播的项目 CryptoKitties、NFT 大爆发和 DeFi 之夏都是很明显的例子，网络拥挤和高 gas 价格使交易成本有时高于交易的资产。Rollup 使交易更快、更便宜，同时具有来自以太坊主网的安全保障。
Rollup 的交易速度如何？
Optimistic rollup：很慢。通常来说，想要使用 optimistic rollup 交易的用户将不得不等待至少一周才能提取他们的资产。等待时间造成了一个很大的问题，因为在用户试图提取他们在 rollup 层上不拥有的资产时，恶意用户可能有充足的时间来发布欺诈证明。
一些桥如 Hop 和 Celer 承担了一周的恶意交易风险，并作为回报提供 optimistic rollup 的即时提款能力。Optimistic rollup 比较简单，因为欺诈证明系统已经存在了很长时间，它所提供的解决方案也很简单明了。
ZK rollup：速度很快。通常来说，用户资产提款在 10 分钟内就能完成。速度将取决于当前提款批次的处理速度，因为所有的 rollup 数据都已经通过验证。ZK rollup 的性质更为复杂，因为计算量可能很大。ZK-SNARKS相对较新，在数学上比较复杂。
Rollup 的技术细节
Optimistic rollup 的扩展性更低，因为对于每一笔交易它们都需要“见证”， 以便用户以后可以证明欺诈。 每笔交易都有一个的这些见证人会吃掉大量的额外存储空间，平均是传统交易数据量的 3—10 倍。Optimistic rollup 安全性较低，因为它们依靠加密经济学来保证链的安全性。为了使安全性更好，必须激励用户监控数据和检测欺诈行为。
ZK rollup 的可扩展性要强得多。代码的机制不需要每笔交易都有一个见证人，因为在计算ZK-SNARK 的时候，所有必要的权限和签名都得到了验证。这使得它每批数据只有一个见证人，从而大大减少了链上数据存储的必要性，并允许更大的可扩展性。ZK rollup 有更多的安全参数，并依赖于不需要激励用户的数学计算。使用逻辑和数学密码学代替密码经济学。
图1. Optimistic Rollup 和ZK rollup 的数值和技术比较：
- 按照 Optimism 在 Medium 上的文章：https://medium.com/ethereum-optimism/fancy-numbers-how-we-lowered-fees-for-optimism-users-3bb80cbc65f
¹基于多个媒体和社区渠道。没有确切的公开指标，取决于所使用的 rollup 和协议
²基于 L2 的费用比较：https://l2fees.info/
³基于零知识协议的 Loopring 链上数据仪表板：https://dune.com/Brecht/loopring
⁴基于 21TPS *60秒 *60分钟 *24小时 的链上指标：https://dune.com/Brecht/loopring
图2. Optimist rollup 与ZK rollup 特征上的具体比较：
Source:https://vitalik.ca/general/2021/01/05/rollup.html
Optimism rollup 和ZK rollup的发展
Optimism rollup 和ZK rollup 都比较新。Optimism 在历史上被更多地采用，因为它的语言、集成和通用计算的使用都比较简单。ZK rollup 还没有被开发者采用，因为编程语言和数学计算更难开发，但却使零知识 rollup 成为一种更为优越的技术。
随着时间的推移，optimistic rollup 的项目越来越受欢迎，这可以从Arbitrum、Optimism 和 Boba Network 等协议的日常交易和用户增长中看出。开发者和用户的情绪一直是积极的，因为更多的交易是由 Layer 2 协议进行的，因为市场参与者看到了使用这些平台进行价值交易的好处。
ZK rollup 的发展已经开始有了动力。Polygon 一直推崇零知识技术。2021 年 8 月，Polygon 以 2.5 亿美元收购了 Hermez Network，2021 年 12 月，它以 4 亿美元收购了 Mir Protocol. 此外，在过去几个月中，其他协议诸如 Loopring、Immutable X、Aztec Network、zkSync、Starkware 和其他 Layer 2 技术，用户也有了大幅增长。
在八个月的扩容基础上，我们分析了 Optimism Protocol 的每日交易量，在近三个季度中，日交易量增长了约10 倍，从 2021 年年底开始，最高峰值超过每日交易量的 20 倍。 相比之下，我们对比了零知识协议 zkSync，自 2022 年 1 月以来，zkSync 随着用户的增长而波动，目前在 7 个月的时间里增长了约2 倍。在交易高峰期，zkSync 的日交易量增长了 6 倍（参考图3）。
从 2021 年 12 月以来的总用户增长来看，Optimism Protocol 的总用户增长了约50%，而 zkSync 自 2021 年 12 月以来增长了约430%。这种比较只显示了他们各自类别的几个 rollup 中的两个，尽管如此，optimistic rollup 和ZK rollup 的增长在同一时期都有大幅增长（参考图4）。
图3. Optimism Protocol 与 zkSync 的历史交易日增长对比。optimistic protocol 与零知识协议之间的增长比较：
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Coin Metrics：分析以太坊 Blob 与 EIP-4844 的影响
自3月13日起，多个Layer-2解决方案采用blob交易，超过950,000个blob已发布到以太坊，降低了操作成本。EIP-4844升级提高了L2的可伸缩性和降低交易成本，每天约有10,000个blob发布。blob被设计为18天后过期，防止永久存储膨胀。随着rollups使用blob发布大量数据，blob空间利用率将增加。blob费用根据需求动态调整，4月份因铭文blob激增而增加，但随后又降低。Blob的采用是EIP-4844降低数据存储开销和增强L2可伸缩性的积极信号。然而，跨资产、流动性和用户体验碎片化等挑战仍需解决。随着更多L2利用blob，拥塞可能会再次出现。
Stacks Nakamoto 升级，BTC生态的文艺复兴
Stacks是一个跨链共识区块链，旨在将智能合约功能移植到比特币网络中。其共识机制为转移证明，通过燃烧比特币来参与挖矿。Stacks 2.0主网已推出，获得美国证券交易委员会批准的代币销售。Stacks 3.0升级解决了安全性、性能和可扩展性等问题，引入签名者角色，提高链的可扩展性。Nakamoto升级解决了MEV问题，提高了挖矿过程的公平性和稳定性。升级将在4月22日开始，提高Stacks区块链的透明度和信任度。
图4. Optimism protocol 历史总用户与 zkSync 历史总用户（12 个月）：
在以太坊上结算或证明 layer 2 交易的 gas 支出
ZK rollup，无论是 optimistic 的还是零知识，都在各协议中出现了巨大的总量增长。自 2020 年初至 2022 年 7 月，rollup 协议每周花费的以太坊 gas 费总额增长了 10 倍之多。相对而言，从 2020 年 6 月到 2022 年 7 月，每月的增长都超过了 40 倍。图5上的 gas 支出显示了用户对 optimistic rollup 和ZK rollup 的高需求，以便能够在这些 layer 2 协议上进行交易。
图5：历史上每周和每月用于结算或证明以太坊 layer 2 交易的 gas：
深入了解各 rollup 协议的总交易费用
从 2021 年 9 月开始，根据交易量，主导总交易费的协议是 Arbitrum 和 Optimism，都是 optimistic rollup 协议。自 1 月以来，来自 Optimism 的交易量已经下降，在以太坊产生的总交易费用也随之下降。从零知识协议基础来看，zkSync 一直是在以太坊中产生最多的总交易费用的主要交易协议。在 2021 年 11 月和 12 月期间，zkSync 处理的交易数量最多，此后面临下降（参考图6）。
DeFi 和 NFT 的市场高峰出现在 9 月至 11 月，然后市场开始缓慢下降。在 9 月到 10 月看到的网络高度，数据表明，用户大量使用 rollup 的 layer 2 协议进行交易。随着市场的自我修正，带来了一个加密货币的冬天，交易量下降了，随之而来的是以太坊在整个 rollup 协议中产生的总费用。11 月，以太坊达到 4800 美元的峰值，然后下降到 800 美元的低谷。Layer 2 的活动与以太坊的价格和行业的整体杠杆率相关。
在同一时期的分析中，以太坊的总交易费用大部分来自 optimistic rollup，直到 3 月出现了主要的一次下降。以太坊的零知识总交易费也经历了重大的下降，但与 optimistic rollup 相比，经历的打击没有那么严重（参考图7）。
图6：以太坊在 optimistic rollup 和零知识 rollup 中的历史总交易费用：
图7：以太坊的历史总交易费用，按 rollup 和其他 L2 桥计算：
结束语
无论是 optimistic 还是ZK rollup 技术，都被确立为独立的项目。正如我们从图 6 中所见，将有几个不同的 rollup 技术存在并相互竞争，因此我们将看到流动性的断裂。随着时间的推移，断裂的流动性问题可以得到解决，因为跨 rollup 的通信将得到建立和部署。
构建在以太坊主网之上提供了许多重要的协同作用，包括增强安全性、可组合性、直接和间接的网络效应以及易于集成。用户对 rollup 技术有需求， rollup layer 2 交易和增长证明了这一点。用户看到了使用 rollup 技术的好处，即在网络拥堵时能降低交易成本和提高速度。每种各自的技术，无论是 optimistic 还是零知识，都有其好处和坏处。尽管如此，两者都提供了关键的功能，给以太坊网络带来了可扩展性（参考图1和图2）。
参考文献：
Dune Analytics：Optimism 平均储蓄：https://dune.com/optimismpbc/Optimism
Dune Analytics：Lopring 仪表盘：https://dune.com/Brecht/loopring
Layer 2 费用比较：https://l2fees.info/
Polygon 零知识收购：https://www.blockdata.tech/blog/spotlight/scaling-ethereum-are-zero-knowledge-rollups-the-key-to-onboarding-billions-of-users
L2 跨链费和 gas：https://dune.com/ethpanda/L2-activity-on-L1
L2 gas 消耗：https://dune.com/funnyking/L2-Gas-Consumption
责任编辑：Felix
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