以太坊Layer 2扩容神器Rollup，性能涨300倍，再也不会“堵”了？

据TheBlockCrypto报道，以太坊矿工1月份的收入达到了8亿美元，超过了三年前的历史最高纪录，此前的高点为2018年1月的7.62亿美元。而其中的40%，也就是3.11亿美元来自网络交易费用，创历史记录。

矿工高收入的背后，是以太坊低性能掣肘的结果，当下，ETH的TPS不可能超过25。Layer 2的提出，特别是Optimistic Rollup与ZK Rollup的逐渐成熟，能够让以太坊性能提升超过300倍，让人们看到了链下扩容的曙光。

Layer 2：让大部分事情在Layer 2去做，再通过和Layer1的交互能够将信任传递到Layer1。

Layer1：包括ETH1.x、ETH2.0、Bitcoin、Tezos、Polkadot（平行链）在内的区块链，都属于Layer1，Layer1效率是有性能极限的。

那么，Layer 2究竟包括哪些类别？其解决问题的思路又是怎样的？Layer 2有包括哪些项目？

01Layer 2概览

Layer 2本质上是扩容解决方案一个类别的统称，包括状态通道、侧链、Plasma和Rollup。

首先来看状态通道。

状态通道是最早被广泛讨论的扩容解决方案之一，它们允许参与者多次脱链交换事物，而仅向基础层提交两个事物。

尽管支付通道具有每秒数千笔交易的潜力，但它们也有一些缺点。它们不提供公开参与--必须预先知道参与者，并且用户必须在多重签名合约中锁定资金。最重要的是，这种扩容解决方案是特定用于应用程序的，不能适用于扩展通用智能合约。

Raiden是以太坊上利用状态通道的主要项目之一。此外，支付渠道的概念也被基于比特币的闪电网络广泛使用。

其次来看侧链。

侧链是与以太兼容的、独立的区块链，它拥有自己的一致模型和区块参数。通过使用相同的以太坊虚拟机使得侧链与以太坊的互操作性成为可能，因此部署到以太坊基础层的合约可以直接部署到侧链。xDai就是这种侧链的一个例子。

然后来看Plasma。

Plasma是Layer 2扩容解决方案，最初由Joseph Poon和Vitalik Buterin提出。这是一个在以太坊上构建可扩展应用程序的框架。Plasma利用智能合约和Merkle树来创建无限数量的子链——父Ethereum区块链的副本。

Plasma可以将事务从主链卸载到子链并允许快速而廉价的事务。Plasma的一个缺点是，用户需要等待很长时间才能从第二层提取资金。这点与状态通道类似，Plasma体不能用于扩大通用智能合约的规模。OMG网络构建在他们自己的Plasma链的实现上，称为MoreViable Plasma。而Matic网络是另一个使用Plasma框架的改版平台的例子。

总的来说，前三类Layer 2的解决方案基本上已经逐渐凋零，一方面属于早期技术，另一方面在功能上也存在这样或者那样的问题。

比如状态通道需要锁定相应代币，侧链没能解决好退出周期问题，Plasma则需要参与者必须进行实时监控，严重限制。此外，虽然Plasma和状态通道每秒可以扩展数百万个事务，但它们不能兼容DeFi的智能合约，因此，在DeFi早已成为以太坊护城河的背景下，Plasma和状态通道显然无法满足现实需求。

最后来看最重要的，也是被认为能够解决ETH性能问题的Layer 2解决方案，Rollup。

Rollup最初由V神在2014年提出，当时被称为“Shadow Chain”，即影子链。Plasma和状态通道等Layer 2方案的失败，致使开发者重新重视Shadow Chain，现我们称之为Rollup。

Rollup建立在“Shadow Chain”的基础上，通过在链外执行状态并且仅使用以太坊区块链来实现数据可用性。

Rollup又可以分为两种类型，即Optimistic Rollup和ZK Rollup。Optimistic Rollup的有效性由欺诈证明和同步假设来确保，ZK Rollup的有效性由零知识证明来确保。

这两种Rollup成为当下以太坊Layer 2的主力军。

02Optimistic Rollup与ZK Rollup

首先来看Optimistic Rollup。

Optimistic Rollup由Consensys研究人员John Adler在2019年7月的以太坊基金会研究论坛上提出。目前，致力于Optimistic Rollup的团队包括Optimism（前 Plasma Group），Fuel Labs，Arbitrum等。

从技术层面来看，Optimistic Rollup是以太坊虚拟机（EVM）的集成化，Optimistic寓意“乐观”，Optimistic Rollup基于Layer 2的数据对Layer1的状态进行了“乐观”的状态预测，或者说，基于Optimistic Rollup的区块链，倾向于相信节点不会作恶。

Optimistic Rollup的运行原理是这样的，在Layer 2上，用户运行了一台机器（OVM），用于处理交易和智能合约，所有日常操作都在该Layer 2机器中进行；在以太坊Layer1链上，用户拥有一台相同的OVM机器，当紧急情况发生发生时，Layer1链上的OVM机器就会运行。

如果有人认为某一个Layer 2 OVM的操作是具有欺诈性的，那么他可以在Layer1运行的OVM计算机上重新运行该操作来证明该操作的真实性。

Optimistic Rollup可以支持简单的支付和复杂的智能合约，现有代码库的大部分应用都可以轻松移植到Optimistic Rollup中，因此Optimistic Rollup被视为直接解决方案。

然后来看ZK Rollup。

ZK Rollup最初由以太坊基金会高级研究员Barry WhiteHat于2018年提出，其安全性几乎与Layer1（以太坊）相同，可以在一分钟内生产区块并将吞吐量提高至2,000 tps。ZK Rollup实现的项目包括Matter Labs和Starkware等。

ZK Rollup的特点是用零知识证明代替了欺诈挑战，确认时间更快，无需像Optimistic Rollup那样需要等待两周来完成影子链中的一个区块的最终确定。

ZK Rollup为以太坊性能的大幅度提升，带来了可能性。

以在DEX中引入ZK Rollup为例，通过ZK-Rollup技术在Layer 2上实现传统去中心化交易所的兑换逻辑，使所有的兑换都能够在Layer 2上完成，在降低用户交易成本的同时保证了用户整体的交易体验。相比传统DEX，基于ZK Rollup的DEX具有以下优势：

首先，几乎能够做到零Gas费用，所有代币的兑换都在Layer 2上发生；其次，为DEX带来更高的 TPS （Transation Per Second），相比传统以太坊徘徊在15左右，基于ZK Rollup的DEX的TPS理论上能够达到3000的数量级；最后，确保交易实时进行，由于所有交易都迁移至Layer 2上 ，用户不再需要等待一个区块的确认时间，可实现实时交易。

那么，Optimistic Rollup与ZK Rollup，用户更喜欢哪种呢？

根据反馈，DeFi应用的流动性提供者会更喜欢ZKR-Uniswap（构建在ZK Rollup 上的Uniswap），而非OR-Uniswap（构建在Optimistic Rollup的Uniswap），因为前者的资本效率更高。

若想提高Optimistic Rollup的资本效率，需要缩短其挑战期（Dispute Time Delay，DTD），或者说缩短资金从Optimistic Rollup中赎回的时间，同时还能而降低对Layer 1发动“诈欺+ 、审查”攻击的成本。

那么，Rollup是否存在一些难以解决的问题呢?

03Rollup的“硬伤”

总的来说，Rollup对于以太坊具有很大的潜力，但仍正面临诸多挑战。

最为突出的问题在于，基于Rollup的不同DeFi应用之间的可组合性，简单来说，就是如果不同的Rollup链上有不同的DeFi应用，则不同Rollup链之间的信息互通将比以太坊主链上的信息互通更加困难。

换句话说，目前基于Rollup的区块链不止一条，每一条Rollup区块链上都可以运行各自的应用，或者不同的应用采用了不同的Rollup技术，一旦两个不同的DeFi应用基于不同的Rollup，那两者之间的通信，就会变得极其困难。

这就是Rollup正在面临的问题。俗话说孤掌难鸣，为了保持DeFi应用的可组合性，DeFi服务器将必须在特定的Rollup链上进行协调。

此外，开发者迁移也存在一定的门槛。站在开发者视角，将代码迁移至lLayer 2必然会涉及到相应的代码改动，也就会产生一定的审计维护费用，这在一定程度上会降低开发者迁移的意愿。