撰文：Polynya
校對：u/proof_of_lake
我從來沒有寫過一篇關於「Optimistic Rollups vs. ZK-Rollups」的文章。它們都很棒。我的文章都是關於反對效率極低、無法擴展、不安全、缺乏彈性的單片式Layer 1區塊鏈，我們已經看到了資本對這些網絡的荒謬配置。
我唯一的目的是看到區塊鏈以技術、經濟和社會可持續的方式擴展到全球，無所不在。單片式Layer 1區塊鍊網絡不僅是不可持續的，實際上它們永遠也無法提供所需的吞吐量—— 而且與目標相差好幾個數量級。
然而，這不再是一個問題了—— 我們需要模塊化的執行層以及數據可用性抽樣來擴展區塊鏈。這一點從來沒有這麼清楚過。我們越早認識到這一點並轉向這種方式，區塊鏈行業就會越好。是的，這只是我的觀點。和往常一樣，請將這篇文章視為業餘愛好者的意識流漫談，而不是一篇專業的研究文章。
單片式Layer 1區塊鏈（依然）低效
我從2020 年開始撰寫關於Rollups 的評測，並在去年此時發表部落格文章，當時主流的觀點是「Cardano / 其他Layer 1 智能合約平台即將到來，用戶將會在一夜之間從以太坊大規模遷移至其他Layer 1 網絡。」
之後的說法變成「Layer 2 網絡是暫時的權宜之計，實現擴展的唯一方式是Layer 1 網絡。」然而，即使在2021 年底進行最溫和的測試，這些替代性Layer 1 網絡的敘述也以驚人的速度瓦解：
·幣安智能鏈（BSC） 由於狀態膨脹而使其係統要求更高。其結果是，節點開始不同步，導致許多問題。這裡的問題在於他們一開始指定的系統要求非常低—— 但他們沒有告知人們，系統要求會隨著狀態膨脹呈指數增長。現在，他們在沒有充分的審計或測試的情況下進行不計後果的網絡變更。當然，切換到Erigon 並擁有多條鏈將提供增量效益，但總是會存在嚴重的限制。
·Solana 沒有犯這樣的錯誤，他們從一開始就對很高的系統要求非常開放。現在，我絕對不會對Solana 的各種失敗和問題進行批評，因為這很大程度上是因為它是一個早期的Beta 產品。由於缺失一些特徵而導致的Bug 和問題總是會出現在Beta項目中，無論是Rollups、dApps 還是單片式Layer 1 網絡都是如此，我只希望開發人員能夠修復這些問題。但問題是，隨著時間的推移，當Solana 成熟了，久經測試消除了Bugs，並實現了一個費用市場，它將需要提供一個遞增的吞吐量，並在技術和經濟可持續性上付出巨大的代價。 Solana 本質上是不可擴展的。 Optimistic Rollups 是要比Solana 要好得多的解決方案，並且會很快成熟。
·Polygon PoS 可以說是繼以太坊之後被採用最多的鏈。現在，Polygon PoS 確實是一個「提交鏈」（Commit Chain），而不是一個替代性Layer 1 鏈，但它仍然是一個單片鏈，並受到與Layer 1 網絡相同的低效率約束。 Polygon PoS 達到了它的極限，受到了垃圾交易的影響，提高了它們的最低Gas 價格。但即使在那之後，還是有很多項目向它發送垃圾訊息，導致Gas 價格上漲了超過0.1 美元。需要明確的是，這是一個比Solana 或Cardano 要好得多的結果，在Solana 或Cardano 中，在擁堵期間99% 的交易都會失敗，只有微型MEV 機器人會成功。值得讚揚的是，與其他單片式區塊鏈項目不同的是，Polygon 團隊非常公開地承認了這些局限性，並將所有精力投入到ZK-Rollup 中—— 這實際上將實現高可擴展性。行動勝於言語，Polygon 團隊在零知識技術方面投入10 億美元的行動值得稱讚。
·說到Cardano ，他們也是一個處於非常早期的Beta 產品，和Solana 一樣，也必須實現費用市場。 Cardano 的系統要求仍然很低。最近，我看到Cardano 社群對Rollup 越來越感興趣，很高興看到這種情況然而，在Cardano 本身沒有實現數據可用性採樣之前，所有這些都是徒勞的。
·我們看到還有許多其他項目沒有達到其大肆宣傳的效果。每當區塊空間飽和時，Avalanche C-Chain 的費用就會飆升—— 我的意思是，這是單片區塊式鏈的一個基本特徵。子網會導致安全性或去中心化的碎片化，並且將受到同樣嚴重的限制（即費用的飆升）。至於Avalanche 的「Online Purning」（線上修剪，這裡的「修剪」是指節點壓縮過去的歷史交易）：讓我們拭目以待，但這似乎實現了Geth 的「離線修剪」（Offline Purning），並使其以更高的頻率進行修剪。這可能是Geth 的一個很好的補充，但它絕對不能解決狀態膨脹的基本限制。我們已經看到了Harmony 的失敗等等。但我也想強調的是這些正在為下一代構建可擴展性解決方案的項目：以太坊、Tezos、Celestia 和Polygon Avail 的數據可用性抽樣；Mina 和Aleo 的有效性證明；以及還有許多的Rollups 方案，現在似乎每週都會出現新的Rollup很明顯，我們已經進入了「模塊化架構」的時代—— 很少有人會認真構建新的單片式Layer 1區塊鏈。在緊要關頭，Polkadot 和NEAR 等「原型模塊化」項目是中期解決方案，雖然不能解決上述許多問題，但仍保持了可持續性和安全性。如果你不關心可持續性和安全性，那麼Dfinity/ICP 正在構建有趣的東西。
·我還想明確一點，單片式Layer 1區塊鍊是有一條前進的道路的：升級到下一代技術。例如，Avalanche 可以在底層實現一個「數據可用性抽樣子網」，該子網由整個驗證者集進行驗證，並引入模塊化的執行層。除非這是他們路線圖上的優先事項，否則我將繼續推動這種說法，直到這種轉變在整個行業普遍存在。
·現在，並不是每一條鏈都必須是一個Rollup 或者有著某種形式的模塊化設計。在安全性不重要的情況下，以及希望實現某種在Rollups 中很難或不可能實現的新特性時，主權Layer 1 鏈仍然有其一席之地。當然，這在很大程度上是一個利基市場，但它是真實存在的。 Cosmos 生態系統在這方面做得很好，Polygon Edge 也在構建引人注目的解決方案，儘管我希望看到這些鏈被證明是有效的，並且IBC (鏈間通訊) 也在進化以驗證有效性證明。跨Layer 1區塊鏈的「橋」也是如此。但即便是在有效性方面被證明是完美的Layer 1 跨鏈橋，比如=nil;基金正在構建的「Mina Ethereum 橋」，仍然需要假設這條更脆弱的鏈(即Mina 鏈) 不會被攻擊；相比之下，Rollups「橋」能夠提供完整的安全保證，即使那條更脆弱的Rollup 鏈被攻擊，你仍然可以繼承那條更強大的鏈的安全性。
·最後，討論時機很重要。當前，Optimistic Rollups 還沒有準備好，所以使用這些非Beta 階段的單片式Layer 1區塊鏈仍然是有意義的。應該注意的是，不管是Optimistic Rollups 還是單片式Layer 1 鏈，都存在不同程度的成熟度/不穩定性，因此你必鬚根據具體情況進行評估。但我不會在這篇文章中對此進行論述，我唯一的興趣是從長期來看，區塊鏈可以如何大規模、可持續地進行擴展。但Optimistic Rollups 正在迅速成熟，在成為可持續性解決方案這方面有著明確的途徑。只需要工程工作就可以實現——很有可能至少會有一個Optimistic Rollup 將實現完全的去中心化、實現數據壓縮、擁有高流動性的「橋」，並在一年的時間內擴大規模。一旦Optimistic Rollups 準備迎接其黃金時刻，那麼所有單片式Layer 1區塊鍊網絡的遊戲就都結束了。
在過去，我採取了非常長遠的觀點，因此，我可能從一個更積極的角度討論了ZK-Rollups。我一直認為ZK-Rollups 將是遊戲終局，並認為所有的Optimistic Rollups 若不是轉變成ZK-Rollups，就是使用有效性證明（Validity Proofs）來取代其欺詐證明系統。但這可能是3 年以後的事了。
上文第一部分的結論是：單片式Layer 1區塊鍊是一條死胡同，在這一點上的證據是壓倒性的，所以我想把這一點徹底強調一下。以下是本文第二部分，將主要以以太坊為中心，因為以太坊是所有Rollups 創新的所在地，而且以太坊有著最具雄心的可擴展性路線圖。
Optimistic Rollups 對比ZK-Rollups
現在，讓我們來討論一下Optimistic Rollups 和ZK-Rollups 。順便說一下，最近我了解了Obscuro (一個TEE Rollup) 和Urbit 的Naive Rollup 。 Rollups 的設計空間是一個空白畫布，因此可以有多種類型的Rollups但是在這裡，我特別討論的是基於欺詐證明( Optimistic Rollups ) 和有效性證明( ZK-Rollups ) 的安全Rollups。
交易費
讓我們從特定於應用程式的Rollups 開始：很明顯，ZK-Rollups 在這方面領先。 Loopring 、zkSync 等方案在支付領域被歡迎，其ERC-20 代幣轉帳的費用在0.10 美元左右。撰寫本文時，基於ZK-Rollup 技術的去中心化交易所ZigZag 上的固定費用是0.28 美元，包括Gas 費和交易費。同時，去中心化衍生品交易平台dYdX 平台沒有面向用戶的Gas 費用，但我們可以計算該平台的交易費用：在交易量較高時，每筆交易他們都要向以太坊支付0.08 美元的Gas 費；在交易量較少的日子，則是在0.10 美元左右。
現在，Optimistic Rollup 很有可能能夠提供這一範圍的費用——實際上，Worldcoin項目計劃使用的Hubble (基於Optimistic Rollup 的L2 網絡) 的ERC-20 轉帳費用目前低於0.10 美元的範圍。我們繼續轉向智能合約Rollups——為什麼當前Optimism 和Arbitrum 網絡上的費用如此之高？撰文時，根據Lefees.info 的數據，Optimism 上的代幣兌換費為0.85 美元，而Arbitrum 的為1.35 美元，這實在是太高了
答案很簡單：這些Optimistic Rollups 本身還沒有優化，而且大多數早期在Optimistic Rollups 上部署的dApps項目都是以太坊上原有項目的分叉版本，並不是針對Optimistic Rollups 而設計的。最近，通過專門針對Optimistic Rollups 而進行優化的Aave V3 成功地降低了約10 倍的費用
但是還會有更多的優化。簽名聚合/壓縮將使得每筆交易直接節省約1,000 Gas 。調用數據(calldata) 的基本壓縮可以直接節省2.5 倍，且更多更先進的方案將會出現。隨著Optimistic Rollups 以及部署在其上的dApps 的優化，Optimistic Rollups 的交易費用將很容易達到0.01- 0.10 美元的範圍。
等等，這是以太坊發展路線圖中的The Surge 階段(即通過分片大幅提高Rollups 的可擴展性) 到來之前的情況如果2022 年末的以太坊上海硬分叉升級(這將是以太坊合併後的首次升級) 進展順利，那麼第一步將很可能是引入「攜帶blob 的交易」 (blob-carrying transactions，這是Vitalik 提議的一種新的交易格式)，這將使得calldata (調用數據) 的成本降至大約為零，且並且Optimistic Rollups 實際上將變得更加便宜
今天，ZK-Rollups 有著較高的固定成本。當前，ZK-Rollups 要更便宜，因為其調用數據成本超過了該固定成本；但是，隨著調用數據成本變得可以忽略不計，交易費將完全由ZK-Rollups 的固定成本主導。而ZK-Rollups 的運行成本要高得多。
很明顯，現在有很多不同的證明系統，成本也不同，但通常的估計是0.01- 0.02 美元。這將是ZK-Rollups 的一個最低成本。然而，如果它們願意，Optimistic Rollups 可以自由地下跌至更低：由於一個成熟的Optimistic Rollups 成本99% 是調用數據成本，它們可以以微不足道的成本訪問~5200 TPS 的blobspace。
順便說一下，Optimistic Rollups 也將比V alidiums 方案(在鏈下保存其數據可用性) 更便宜，因為這個最低成本也適用於Validiums我相信zkPorter (這是一個Validium 方案) 的交易成本在0.01- 0.03 美元之間，而Optimistic Rollups 的成本可以遠低於這個水平。就我個人而言，出於交易質量的原因，我不建議使用這種方案，但在這種情況下，Optimistic Rollups 最終將獲得更高的「利潤」，可以重新分配給利益相關者，或將其用於公共產品融資、開發等等。
當然，最終，~5200 TPS 會飽和，如果有超過這個的巨大需求，調用數據成本將再次開始上漲。但是，到那時，Danksharding 將會推出，首先將這個空間擴展到125,000 TPS，然後在數年內擴展到數百萬TPS。 (順便說一下，在討論Rollups 時，「TPS」數字是沒有意義的，但它用於說明目的是有用的。) 長期來看，調用數據成本絕對不會成為瓶頸——瓶頸將是Rollups 本身。重申一下，瓶頸將是Rollups 本身，而不是以太坊。
長期來看，隨著ZK-Rollups 的成熟，我們將有ASIC 證明者，ZK-Rollups 的成本也將變得微不足道。屆時，ZK-Rollups 的優勢——最明顯的是即刻取款(無需等待)——將勝出。對於一些具有高度壓縮狀態增量的用例(如dYdX)，它們很快就會比Optimistic Rollups 便宜得多。
最終性(Finality)
說到這，一個常見的誤解是，Optimistic Rollups 有7 天的敲定期。但實際上，Optimistic Rollups 將比ZK-Rollups 更快地實現與Layer 1 相同的最終性(finality)。我們已經看到Optimistic Rollups 每5 到10 分鐘提交一個交易批次，所以這就是延遲。這7 天是為了確保維持這一最終性，並假設至少有一個實體會維持該最終性。隨著Optimistic Rollups 的擴展，這些交易批次將更加頻繁地被提交，且當達到大約20 TPS 時，Optimistic Rollups 可以在每個區塊進行提交，此時Optimistic Rollups 的最終性將等於Layer 1 的最終性。由於ZK-Rollups 的固定成本要高得多，在每個區塊進行提交將需要更多的活動(>100 PTS) 才能實現。然而，通過Vitallik 提出的這個blob 交易EIP (以太坊改進提案)，ZK-Rollups 可以重新設計，將一些證明提交給blob，所以這可能不是一個問題。
那麼，Optimistic Rollups 的這7 天是什麼呢？因為挑戰期是7 天，所以有一種交易確實有7 天的敲定期，即從Optimistic Rollups 取款至Layer 1 鏈。對於某些情況，比如跨鏈NFTs，這可能是一種挑戰。然而，我們已經看到了許多在Optimistic Rollups 上線的「橋」，且隨著Optimistic Rollups 的成熟，活動&流動性將提高，屆時這7 天的挑戰期將不再是一個問題。更大的問題是ZK-Rollups 支持了許多新用例和跨Rollup 活動，而這些用例和活動是無法在Optimistic Rollups 上實現的。
比如，借助Danksharding，ZK-Rollups 可以同步調用Layer 1，我什至推測，如果我們通過crLists 實現Layer 1 與確認，不通的ZK-Rollups 之間的某種程度的可組合性將是可能的Optimistic Rollups 被排除在這些新穎和創新的場景之外。 （編按：雖然Optimistic Rollups 可以進行隱私交易，而ZK-Rollups 將能夠以低得多的成本進行此類交易。）
吞吐量
特定於應用程式的Rollups 相當精簡，並且可以大規模擴展。如果我沒記錯，早在2020 年年中，StarkEx 就演示了9000 – 18000 TPS。然而，對於智能合約Rollups 來說，情況更加具有挑戰性。我們已經看到StarkNet 只能夠比dYdX 或Immutable X 的吞吐量更低，並將吞吐量優化作為一個最高優先級。因為Optimism 和Arbitrum 都是基於EVM 客戶端，所以它們：a) 擁有經過實戰測試的代碼庫；b) 相對優化的客戶端。幾天前，我詢問在需要並行性之前EVM 可以擴展到什麼程度，Alexey Sharp 認為Erigon 可以擴展到500M Gas/秒。因此，對於優化的基於EVM 的Optimistic Rollups 有很大的空間，並且可以通過多線程客戶端或多個實例/遞歸Rollups 提供更多的空間。
這是我們爭論的焦點：因為Optimistic Rollups 有一個誠實的少數假設，你不能將系統需求推得太緊。要清楚的是，因為這是一個誠實的少數假設而不是單片式Layer 1s 的那種誠實的大多數假設，因此Optimistic Rollups 可以比任何單片式Layer 1區塊鏈更安全。但是你仍然需要有一個限制，這個限制在默認情況下需要低於ZK-Rollups，因為ZK-Rollups 可以很容易地通過有效性證明進行驗證。
但是Optimistic Rollups 有一個解決方案——無狀態客戶端。我在Optimism 的路線圖上看到了這一點，但我不記得在哪裡了。使用無狀態客戶端，驗證Optimistic Rollups 非常容易，使用正確的工具驗證交易將非常簡單。此外，因為可以很容易地直接從Layer 1 重構Rollup 的狀態，所以通過借助狀態過期，Rollups 比Layer 1 更具有侵略性。一旦實現了無狀態性和高頻率狀態過期，Rollups 將已經克服了狀態膨脹的嚴重問題此外，你還擁有像Fuel V2 這樣的新解決方案，它通過類似UTXO (未花費交易輸出) 的系統進行並行化。
話雖如此，通過遞歸有效性證明，ZK-Rollups 仍然是實現網絡最大吞吐量的更優雅的解決方案。很有可能的是，在StarkNet 自身日趨成熟的同時，我們看到特定於應用程式的ZK-Rollups 在其之上構建了巨大的吞吐量，且作為一個整體，StarkNet 的規模遠遠超過任何Optimistic Rollups。然而，其中的權衡是Atom可組合性——除非ZK-Rollups 團隊的嚮導很快發現這一點
總結
最終，這一切都與時間線有關。
對於特定於應用程序的鏈而言，ZK-Rollups 已經是大多數情況下的最佳解決方案。這對於任何使用過dYdX、zkSync、Loopring 或Immutable X 的人來說都是非常明顯的。會有一些權衡，但所有這些都將在今年年底前完成(比如dYdX V4)。
智能合約：單片式Layer 1 鏈還有一年的時間保持相關性。對於這些單片式Layer 1 鏈來說，不祥預兆已成定局，除了緊急轉向使用欺詐證明，有效性證據和DA (數據可用性) 證明，別無他途。
Optimistic Rollups 將比ZK-Rollups 擴展得更快。 Optimistic Rollups 的很多代碼庫已經成熟，一旦定序和可升級性實現了去中心化，Optimistic Rollups 將準備好被大規模採用。到2022 年底，Optimistic Rollups 可能會迎來低於一美分的Gas 費用，完全實現去中心化，並且本質上有著與以太坊Layer 1 一樣的安全性和最終性，並擁有足夠的流動性用於快速取款。且隨著2023 年無狀態性(statelessness) 和狀態到期(state expiry) 的實施，Optimistic Rollups 將繼續改善。
ZK-Rollups 將繼續演化、成熟和久經測試，優化證明時間，轉移到GPU 證明者並最終轉向ASIC 證明者。它們新穎的虛擬機和定序器節點也將隨著時間的推移而成熟和擴展。到2023 年底，我預計ZK-Rollups 將趕上並取代Optimistic Rollups 。但Optimistic Rollups 將繼續發揮作用直至2024/25 年，到那時，我預計大多數Optimistic Rollups or 將成為ZK-Rollups，或至少使用有效性證明取代它們的欺詐證明系統。
我曾說過多次，我的時間範圍是5-10 年。但是Rollups 和DAS (數據可用性抽樣) 的發展是如此之快，我現在認為它的結局就在眼前，並且將在5 年內發生。
（以上內容獲合作夥伴火星財經授權節錄及轉載，原文連結| 出處：Unitimes）
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這篇文章以太坊研究者Polynya：為何單片式公鍊是條「絕路」？最早出現於區塊客。
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