在展開對Optimism Rollup 和ZK Rollup 的對比分析之前，我們需要先了解Rollup 的誕生背景。
Rollup 被認為是以太坊擴容的終極解決方案，它在第1 層之外執行交易，卻在第1 層發布交易數據。這使得Rollup 可以擴展網絡，並仍然從以太坊共識中獲得安全性。整個過程本質上是執行交易、獲取數據、壓縮數據，並將其以單個批次的形式匯總到主鏈上，因此得名「Rollup」。
為什需要Rollup 擴容方案？
實際上，Rollup 的研究熱度與以太坊近年來的發展息息相關。以太坊擴容一直是加密領域討論最多的話題之一。無論是2017 年的 CryptoKitties 熱潮，還是2020 年的 DeFi 夏季、 2021 年初的加密貨幣牛市，對以太坊需求的高漲使得擴容辯論不斷升溫，Gas 費用飆升讓用戶支付的交易費用更加昂貴。
與此同時，在Web3 高速發展的背景下，以太坊日益成為了數千個DApp 的宿主。龐大的交易量勢必會帶來運行速度的限制，使得以太坊上項目交易速度越來越慢，用戶也留存度逐漸下滑。
基於此，尋找完美的擴容方案，成了多個團隊和整個以太坊社區的重要目標。一般而言，以太坊的擴展方案一共有3 種主要方式：擴展區塊鏈本身——第1 層（Layer 1 ）擴容；在第1 層之上構建——第2 層（Layer 2 ）擴容和在第1 層一側構建側鏈。
那麼Rollup 的擴容原理就是將數百個已處理的交易匯總成一個批次並在與以太坊主網平行的L2 鏈上執行交易，最終完成的交易再按批次發佈到底層（L1, Layer 1 ）區塊鏈，以此來提升交易速度，降低Gas 費用。
在一眾Rollup 方案中，Optimistic Rollup 和ZK Rollup 都有著不俗的表現。事實上，Optimistic Rollup 和ZK Rollup 的執行原理大同小異，區別在於驗證方式。今天，就讓我們走近這兩種卓越的擴容方案，比較它們在具體執行過程中的優劣勢，並積極展望下一代以太坊擴容方案的理想模式。
解密Optimism 與 ZK 的版圖體系
Optimism
Optimistic Rollup，如其名所言採取的是“樂觀”機制——欺詐證明（Fraud proofs）。系統默認執行交易數據的可靠性，無需經過有效驗證便會直接進入等待期，等待期裡有任何節點提出異議並佐證為惡意交易，則取消交易；若無異議，等待期結束即交易完成並寫入區塊。 “欺詐證明”的交易方案省去了大規模的部署驗證，從而節省了計算資源，保證了交易的確切性。
在Optimistic Rollup 中，突出的方案為 Arbitrum 和 Optimism。 Optimism 雖為第一個發明與EVM 兼容的Optimistic Rollup 協議，但囿於主網啟動延遲讓Arbitrum 獲得了後發優勢。
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Optimism：單輪非交互式欺詐證明
Optimism 使用智能合約，將交易數據從以太坊主鏈轉移到Layer 2 ，定序器可以將多個交易捆綁成一個批次，然後通過單個交易將該批次提交回主。定序器在所有交易都有效的假設下，樂觀地執行相應流程。系統設置一周的等待期，在此期間任何質疑都可被提出，如有異常就會生成欺詐證明。
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Arbitrum：多輪交互型欺詐性證明
Arbitrum 於2021 年5 月28 日在以太坊主網上啟動。整體上執行的流程差別不大，主要是在於Arbitrum 的驗證人和挑戰者在鏈下通過二分法的方式不斷拆分存在爭議的步驟，直至將爭議範圍縮減到某個具體步驟，再到L1 鏈上對相應步驟進行判定，高效解決爭議。因此，相比Optimism 來說， Arbitrum 能承載更高的交易容量，實現更徹底的“追根溯源”。
ZK Rollup
ZK Rollup（零知識證明），這一概念在1980 年時被麻省理工的研究人員引入，一度將其稱為“月亮數學”。
ZK Rollup 是通過零知識有效性證明的擴容方案。它分批處理鏈下交易，並生成加密有效性證明來驗證交易真實性。這些有效性證明將批量交易添加到 L1 區塊鏈，可被L1 合約快速驗證，而無效批次則會被直接拒絕。
如果說Optimistic rollups 假設每個參與交易的人都出於善意做事，那麼ZK Rollup 則竭力確定情況確實如此。目前，ZK Rollup 版圖主要有Hermez、ZKSync 等。
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Hermez：生成簡潔的非交互式知識論證
Hermez 可以生成SNARK（簡潔的非交互式知識論證）的密碼證明，具備將以太坊擴展到每秒2000 筆交易的能力。該體系主要依靠協調員處理並生成有效性證明，協調員通過拍賣程序選出，註冊的網絡節點會出價成為下一個協調員。目前，Hermez 團隊已宣布他們正在開發零知識的以太坊虛擬機(ZKEMV)，旨在實現完全的操作碼兼容性。
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ZKSync：生成簡潔的非交互式知識論證
ZKSync 將自己的項目描述為一個擴展和隱私引擎，支持在以太坊中進行Ether 和ERC-20 代幣的低Gas 傳輸。在ZKSync 中，只有一個驗證者處理批次並生成有效性證明。現已推出 ZKSync 2.0 ，作為鏈下數據可用性解決方案，確認質押和數據可用性，同時保障監護人無法竊取資金。
Optimism VS ZK：誰更勝一籌？
Optimism 和ZK 從踏入市場開始，便走入了兩條不同的擴容方案道路。欺詐式證明和有效性證明，對應的是開發者和用戶不同的使用需求，從而在吞吐量、時效性、成本等各方面展現各自的“高光屬性”。具體可以從以下幾個方面思考不同的開發場景需求，在這兩者間做出相應的選擇。
開發門檻與使用成本
Optimism 無需大規模部署驗證，在假設所有交易都是有效的前提下，節省了大量開發步驟，並將這些驗證信息發佈到基礎層。這種得益於在樂觀的情況下，不需要做任何額外的工作，就能極大降低了技術人員的開發門檻，節省了大量時間、精力、金錢成本。如果開發者想在短時間內上手Rollup 解決方案，Optimism 當是首選，數據表明Optimistim 可以提供高達 10-100 倍的可擴展性改進。
相較而言，ZK Rollup 需要提供有效性證明並一一提交給主網，這一步驟帶來的技術開發難度遠高於Optimism。常有新手開發者嘗試使用ZK Rollup 時面臨錯誤百出的情況，反而降低了擴容效率和運行速度。
智能合約可執行性
Optimism 的互操作性很強，也可以執行智能合約。這讓Optimism 在L2 上具備更多靈活操作的空間，以用戶共同參與的行為，讓Optimism 的運作更具備“信任度”，從而贏得了更好的數據保護、確定的交易雙方權利等附加優勢。值得一提的是，如Fuel、OMGX、Cartesi 等團隊中的大多數人也試圖為他們的Rollups 開發一個與EVM 兼容的版本，讓Optimism 的可適性更強，性能更出眾。
而ZK Rollup 目前大多限於簡單的交易，這給ZK Rollup 的擴展帶來了諸多局限。因此，目前ZK 只能通過ZKSync 開發的兼容EMV 虛擬機，來支持任何用Solidity 編寫的智能合約，開拓其應用空間。或者憑藉Loopring、Hermez 和ZKTube 來擴展支付規模，引入隱私功能等。
提取資金的執行效率
作為保障用戶交易和提供確權證明的機制，交易後資金的提取速度也是開發者和用戶選擇的關鍵。而在這個角度上，ZK Rollup 反倒更有優勢。 Optimistim 的爭議解決過程繁瑣，必須給所有參與者足夠的時間來提交欺詐證明，然後再最終確定交易。這段時間相當長，畢竟在確保最壞的情況下，欺詐性交易仍有可能被申訴。從Optimistim 中提取資金的時間長達一兩週。
相較之下，ZK Rollup 不存在長時間提現的問題，因為只要將Rollup 批次連同有效性證明提交到第1 層，資金就可以提現。這無形中節約了用戶的時間成本，也促使更多交易流通加快實現，提升了交易環境的整體效率。
安全隱私保護的力度
目前，ZK Rollup 使用複雜的數學計算和密碼學來確保交易在ETH 主鏈上被”結算”，這在驗證本質上不同於Optimistim。像SNARK、STARK、PLONK 和DARK ，這些部署在ZK Rollup 上的證明策略都包括數據足跡、證明時間、驗證時間、串通風險等方面各自安全強度和風險證明。
可見，相比單純的欺詐性證明來說，ZK 在安全隱私保護上設置了多重保障與驗證機制，確保交易驗證的嚴謹周到。還有如 Aztec 正專注於將隱私功能引入其ZK Rollup 技術，從而完善ZK Rollup 的隱私機制。
展望2023 的Optimism 和ZK
正如我們所看到的那樣，Optimism 和ZK 作為Rollup 解決方案上“各有千秋”。新的一年，它們仍將在各自的道路上革新迭代，或許我們可以期待 2023 年Optimism 和ZK 這兩種擴容方案會應用到更多實際項目中去，持續為以太坊的發展賦能加碼。
目前來說，我們只能得出 Layer 2 將在使以太坊更具可擴展性方面發揮重要作用的結論，但是何種Rollup 解決方案更勝一籌？則不能有明確的說法。毫無疑問的是，Optmism 與ZK 會朝著成為Web3 世界Rollup 方向的“黑馬”推出更多優化舉措。
長期來看，或許隨著ZK 相關技術的不斷發展，ZK Rollup 的局限性會被打破，迸發出強勁的應用潛力。我們也希望在未來的時光裡，這兩種Rollup 方案能夠實現優勢互補，將安全隱私、時效成本、開發門檻等因素的融合為更加優質的產品，打開一個新世界。正如我們所看到的那樣，Optimism 和ZK 作為Rollup 解決方案上“各有千秋”。新的一年，它們仍將在各自的道路上革新迭代，或許我們可以期待2023 年Optimism 和ZK 這兩種擴容方案會應用到更多實際項目中去，持續為以太坊的發展賦能加碼。
參考文獻：
Optimistic、zk-Rollups、L3…以太坊的可擴展性研究現在已經走到了哪一步？
以太坊的擴容之路
深度｜如何理解ZK 和Optimistic Rollup 的前景和區別？
Optimistic Rollups VS ZK Rollups ：六個最令人興奮的以太坊Layer 2 擴展項目
Optimism 的未來：Bedrock 升級，Rollup 去中心化以及融合ZK 方案
科普| ZK Rollup & Optimistic Rollup
L2 Rollup 的競爭現狀和挑戰