层级扩容方案：Rollup 之争

Layer2 是为解决以太坊扩展性问题而设计的关键方案之一。它在以太坊主链之上构建额外的网络层，允许处理更多交易，同时保持主链的安全性和去中心化特性。

Rollup 是一种通过在链下处理交易然后将交易数据"打包"进入主链的 Layer2 扩容方案，其安全性由 Layer1 保证。目前，Rollup 是最主流的 Layer2 扩容方案。与其他链下交易方案相比，Rollup 有三个显著特点：

1. Layer2 是相对独立的平台，用户在 Layer2 上拥有独立账户，可与其他用户直接交易。Layer1 和 Layer2 账户间的交互需通过智能合约完成。

2. 所有交易信息都会完整记录在主链上。即使 Layer2 状态丢失，也可从主链存储的信息中恢复，解决了数据可用性问题。

3. 交易执行和状态变更在 Layer2 进行，但状态摘要会发布到 Layer1。Layer1 可通过数据有效性验证方式进行验证，验证后 Layer2 的状态将在 Layer1 上锁定。

根据数据有效性验证方式的不同，Rollups 可分为 Optimistic Rollups 和 ZK Rollups。

Rollup 发展历程

侧链是最早的 Layer2 方案之一，是与主链挂钩的独立区块链，拥有自己的共识模型和区块参数。用户可在两个区块链间移动资产，实现更快的交易。

Plasma 是 2017 年提出的 Layer2 扩展方案，是侧链的演进版本。Plasma 链在以太坊外构建，形成树状网络结构。它将大型计算任务分解成小任务，分配给各子链处理，结果逐层汇总并提交至上层，实现快速低成本的大规模复杂计算处理。

然而，Plasma 存在数据可用性攻击、退出延迟和高昂的监控成本等问题，导致其发展陷入瓶颈。2019年，Optimistic Rollup 方案被提出，主要解决了 Plasma 的数据可用性问题。

同时，零知识证明技术的引入为 ZK Rollup 奠定了基础。zk-SNARK 的应用使复杂业务场景得以实现，但面临中心化的可信设置问题。2019年 Plonk 算法的提出解决了 zk-SNARK 的通用性问题，大大推动了 ZK Rollup 的发展。

Rollup 竞争格局

目前，Optimistic Rollups 在已上线的 Layer2 Rollup 中占据大部分总锁仓量（TVL），主要是因为其较早落地。但随着 ZK Rollups 技术的成熟，越来越多人开始关注并参与 ZK Rollups 生态。

Optimistic Rollups

Optimistic Rollups 假设大多数交易都是有效的，允许在发现欺诈行为时进行挑战和回滚。代表方案包括 Arbitrum 和 Optimism。

Arbitrum 于 2021 年 9 月启动主网，是目前 TVL 最高的 Layer2 协议。其生态系统包括 Arbitrum One、Arbitrum Nova 和 Arbitrum Orbit 三个主要网络。

Optimism 于 2021 年 8 月上线主网，拥有 Layer2 第二大 TVL。它实现了 EVM 等效性，使以太坊上的 Solidity 智能合约可在 Optimism 的 Layer2 上无缝运行。OP Stack 工具包的推出为开发者提供了构建定制 Layer2 网络的能力。

ZK Rollups

ZK Rollups 使用零知识证明技术确保链外处理的交易有效性，提供更高的安全性和效率。代表方案包括 zkSync、StarkNet、Polygon zkEVM 和 Scroll。

zkSync 是首个主网上线的 zkEVM 项目，利用零知识证明和"乐观"转账等技术提高可扩展性和安全性。

StarkNet 采用 zkSTARK 扩容解决方案，结合分片技术提高网络性能。

Polygon zkEVM 在字节码级别实现与 EVM 的兼容性，旨在提供更快、更便宜的交易体验。

Scroll 是一个与 EVM 兼容的 ZK Rollup，支持以太坊相同的编程语言和智能合约，便于开发者迁移现有应用。

展望

Rollups 技术通过将计算转移到链下，显著提高了区块链的吞吐量。短期内，Optimistic Rollups 可能在通用 EVM 计算中占优，而 ZK Rollups 则可能在简单支付、交易等特定场景中胜出。

长远来看，随着 ZK-SNARK 技术的进步，ZK Rollups 有望在各种场景中胜出，成为以太坊扩容的终极方案。零知识证明技术的发展将为构建可信的区块链生态系统提供重要支持。