这篇文章着眼于以太坊的 Layer2 Rollup 宇宙 (仅包括 Secured rollup), 会从简单易懂的核心概念与机制设计出发, 探讨目前 Rollup 的好与坏, 畅想它们未来在去中心化, 进一步扩容, 可组合性, 以及隐私等附加功能上的潜在路线与方案各自的优劣.

一个 Secured Rollup 就是像 Arbitrum 或 Optimism 这样模式, 结算, 共识, 数据可用性均依赖以太坊等 L1, 自己仅负责执行的 Rollup.

如果 Rollup 中结算, 共识, 数据可用性使用了除 L1 以外的方案, 那么它就不是一个纯粹的 Secured Rollup, 也就不是狭义的 Rollup.

0. Rollup 的本质与原理

a) Rollup 的本质

给区块链扩容有两种方式: 一种是优化区块链本身, 另一种是以更好的方式使用区块链.

Rollup 就是第二种, 它真正的本质很简单, 是更快更便宜且 “可信” 地使用区块链, 来扩容区块链 (基本特指以太坊).

Rollup 是: 链上的智能合约 + 链下的聚合器.

就这么简单. 而这两个特性结合起来就定义了 Rollup 也丰满了它的概念.

• 链上智能合约, 表示了它的信任模型就是以太坊上的一个智能合约, 借用了以太坊的安全性, 而不是像 Alt L1 一样需要建立新的信任共识. 我们可以像信任 Uniswap 的协议 (核心是智能合约) 一样信任 Arbitrum 的协议.

• 链下聚合器, 表示它会链下执行并聚合交易, 将大批量的交易压缩, 最终放上以太坊主网, 达成更快更便宜的目的.

以太坊的原理是, 每个节点都存储且执行用户提交给它的每笔交易, 所以这么一个去中心化网络非常昂贵.

后文是以 Aribitrum 和 Optimism 为代表的 Optimistic Rollup, 与以 zkSync 和 StarkNet 为代表的 zk Rollup 两大 Rollup 的机制原理, 可供读者简单理解.

b) Optimistic Rollup 的原理

Optimistic Rollup 顾名思义是乐观的, 采用的类似是无罪推定, 大家会默认相信每个执行是正确的, 通过每个批次状态可被通过欺诈证明挑战而保证安全性.

用户在 Arbitrum 提交交易, Arbitrum 的 sequencer 对交易进行执行, 分批次将状态根与交易数据完整提交到以太坊主网上的智能合约中.

Optimistic Rollup 执行产生错误了怎么办?

• Optimistic Rollup 有一个争议验证周期, 也就是说上了链之后的数据还要过比如一周的时间才会真正地被敲定 Finalized, 期间任何人都可以对它进行挑战, 证明批次不正确.

c) zk Rollup 的原理

zk Rollup 顾名思义是用了 zk 零知识证明技术 (实际上是 Validity Proof), 采用的类似是有罪推定, 大家会默认质疑每个执行都是错误的, 通过每个批次所包含的证明保证安全性.

用户在 zkSync 提交交易, zkSync 的 sequencer 对交易进行执行和存储, 分批次将状态证明和新状态完整提交到以太坊主网上的智能合约中.

zk 如何证明自己的执行不是错误的?