在過去幾年裡，區塊鏈空間的需求一直在大幅增長。
為什麼需要擴大規模?
在過去幾年裡，區塊鏈空間的需求一直在大幅增長，特別是隨著DeFi應用程序的興起和NFT市場在2021年的突然爆炸式增長。
因此，gas費用——用戶為以太坊交易支付的成本——也大幅增加。 2021年11月，以太坊的基本轉賬費用約為5美元，而DeFi交易(例如Uniswap)的費用可能超過100美元。對於普通用戶來說，這些高成本可能非常令人沮喪，這也解釋了為什麼許多吞吐量更高、費用更低的區塊鏈在最近幾個月受到關注，例如Solana、Cardano或Binance Smart Chain。
為了適應不斷增長的需求，擴大規模是必要的。擴展僅僅意味著提供更多的每秒交易(TPS)。區塊鏈有兩種方式可以做到這一點。
基層解決方案
第一種方法是要么增加區塊大小，要么減少區塊之間的時間，或者兩者兼得。這是Binance和Solana等高TPS區塊鏈採用的解決方案。可以將交易數據看作是道路上的車輛，而節點則是檢查點。檢查站每小時只能處理這麼多車。如果你想處理更多的流量，就需要建立更大的檢查點。
用區塊鏈術語來說，這意味著需要更強大的硬件來讓節點處理交易，需要更多的磁盤空間來存儲數據。當增加節點需求時，在某些時候會將普通的個體排除，最終只有幾十個節點由企業實體運行。換句話說，你中心化了，這意味著你失去了審查阻力和安全性。
以太坊的安全模型依賴於個人電腦上運行的數万或數十萬個節點。 BTC的模式也是如此。對運行一個節點的低要求意味著更多的參與者：每個人都可以以很小的成本完成它。這種模式非常抵觸審查制度：要強迫遍布全球的一萬個人要比強迫十幾個私人公司要困難得多。
去中心化模型也更能抵抗技術故障。最近，Solana經歷了大約17個小時的中斷。相比之下，去年夏天導致以太坊鏈暫時分裂的漏洞並沒有導致網絡離線，而是導致一些交易停滯。
第二層解決方案
為了避免危及安全或去中心化，可以遵循另一條擴展路徑：第二層解決方案。第二層是運行在區塊鏈基本網絡之上的較小的網絡，減輕了區塊鏈的一些工作。
以太坊的擴展路徑是開發一種稱為Rollup的第二層(L2)解決方案。 Rollup將交易的計算部分從基礎(或L1)層移開，但在安全性方面依賴於L1。因此，Rollup可以每秒執行更多的交易，同時仍然保持以太坊的共識和安全模型。
Rollup =執行層
那麼Rollup是如何工作的呢? Rollup是由強大節點組成的小型網絡，可以非常快速地執行交易，並且只使用基礎層發布交易數據的壓縮版本。回到我們的道路類比，想像一下高速地鐵把乘客從城市的一個地方帶到另一個地方。更快的運輸時間，更少的個人汽車，因此更少的擁擠道路。這個類比的突破是，Rollup比地鐵好得多：它們就像地鐵，你可以坐上任何地方，直接去你想去的地方。神奇的地鐵！
Rollup可以在L2網絡中使用很少的節點，有時甚至只有一個節點。為什麼?因為他們依賴L1達成共識和安全。換句話說，具有數十萬節點的基礎層仍然是決定Rollup是否誠實的層。
這個擴展路徑專門用於每個層。基礎層成為共識層和安全層。第二層是執行層。因此，基礎層可以保持去中心化，而第二層可以提供更快的交易執行，因此每秒有更多的交易。由於以太坊是一個智能合約鏈，執行是主要的瓶頸。
總而言之，Rollup接收一批交易，在自己的機器上執行它們，並向基礎層發送一些數據以更新其狀態。然後繼續下一批，以此類推。
樂觀與 ZK 匯總
有兩種類型的Rollup，取決於它們如何在基礎層上發布數據。
Optimistic Rollup壓縮每個交易數據(按10倍左右)，並將該數據連同交易執行的結果發佈到基礎層。例如，由於執行智能合約而導致的賬戶餘額變化。
Optimistic Rollup是“相信我!””類型。他們不會試圖證明自己是誠實的。然而，如果有人不同意他們公佈的結果，他們可以通過質押一些以太並發布欺詐證明來挑戰Rollup。在基礎層運行的一組智能合約將決定誰是對的，而被證明是錯的一方將被削減其份額。
由於這種機制，Optimistic Rollup允許在每次發布後預定的“挑戰”時間，通常是一周左右。實際上，這意味著將資金從基礎層轉移到Optimistic Rollup的用戶可能要等幾天才能取出資金。
這顯然是一個痛點，但它正在由第三方解決，這些第三方可以保證立即獲得Optimistic Rollup結果，並因此允許立即提取。事情仍在快速發展，所以我預計這個問題將在不久的將來得到解決。
Optimistic Rollup的主要吸引力在於其對開發人員的簡單性。它們可以與以太坊的虛擬機完全兼容，因此只需很少或無需修改即可運行現有的智能合約。這使得像Arbitrum這樣的公司可以在2021年推出一個完整的應用生態系統，其中包括從Aave到Uniswap等第三方的應用。
Optimism是今年推出的另一個大的樂觀匯總，也支持一堆去中心化的應用程序和錢包。
第二種類型的Rollup是ZKRollup。 ZK代表零知識。它是密碼學的一個高級分支，目的是在不透露內容的情況下證明某些東西是正確的。 ZK Rollup不會將每個交易的數據發佈到基礎層。相反，他們發布一個加密證明——稱為有效性證明——表明Rollup的新狀態確實是處理的一批交易的結果。
生成有效性證明需要復雜的計算，但結果非常小，而且很容易被基礎層的規則節點“檢查”。這意味著，與Optimistic Rollup不同，對一批交易不存在“等待時間”。如果有效性證明是正確的，那麼它將在基礎層上被接受，並繼續進行Rollup。特別是，用戶可以毫不延遲地從Rollup中提取資金到基礎層。
另一方面，由於其數學複雜性，ZK Rollup往往比Optimistic Rollup更具應用程序特定性。在ZK rollup 上部署特定的DeFi 應用程序比在樂觀的應用程序上部署需要更多的工作。至少在目前，ZK Rollup並不提供所有智能合約的通用解決方案。
這對用戶意味著什麼?
那麼，這一切對以太坊的終端用戶有什麼影響呢? Rollup為用戶提供了更快、更便宜的體驗。更便宜是因為來自第1層的費用分攤到許多交易中，更快是因為Rollup可以在將當前批量處理髮佈到基層之前保證交易的結果。
这就是为什么使用这两种Rollup的应用程序在过去几个月里的活动显著增加的原因。例如，Arbitrum的总锁定价值(TLV)从2021年9月初的6000万美元上升到两个月后的26亿美元!
未來：將分片與Rollup組合
展望未來，以太坊可擴展性路徑的另一個組件是分片。分片是將驗證任務拆分為多個節點子集的過程，每個子集只驗證部分交易。這個過程將允許同時驗證更多的交易，而不會增加對單個節點的需求，但是要在不損害安全性的情況下正確實現是很複雜的。基本上，這是區塊鏈的並行處理。
以太坊預計在權益證明之後的2023年左右實現64分片解決方案。這將使基礎層的可用數據成倍增加，從而提供更多的空間供Rollup使用，從而進一步擴展以太坊!
換句話說，分片和Rollup的效果被設計成相互疊加，推動以太坊進入非常高的TPS領域:理論上，在每秒10,000到100,000個交易之間。當然，這依賴於合併(轉移到權益證明)和分片的發生沒有任何重大問題。目前這只是一條路，但很有希望。
來源：https://medium.com/coinmonks/ethereum-a-beginner-ish-guide-to-rollups-eb854b0c3f5a
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