理解区块链 Rollups 的指南：零知识 Rollups 与乐观 Rollups

区块链 Rollup 是什么？了解你需要知道的一切关于 Optimistic 和基于零知识的 Rollup，它们是如何工作的，以及它们之间的区别。

区块链 Rollup 是一种 L2 扩展解决方案，通过将多个链下交易“ 汇总”成一个，增加以太坊每秒的交易数量，而不会增加Gas费用。

本文将解释为什么需要 Rollup，Optimistic 和 Zero-knowledge (ZK) Rollup 是什么，以及它们是如何工作的。我们还将比较不同类型的加密 Rollup 及其差异。

在深入本文之前，为了更好地理解为什么 Rollup 在解决区块链可扩展性问题中具有基础性作用，我们强烈建议你阅读我们关于 Layer-2 或 L2 区块链的完整指南，以及它是如何工作的。

什么是 Optimistic 和 ZK Rollup？

正如我们在关于 区块链架构 的指南中所解释的，像 Rollup 这样的区块链可扩展性解决方案源于解决区块链三重困境的需求。

区块链可扩展性三重困境

区块链旨在具备以下三种属性：

• 去中心化： 系统不受中央控制。
• 安全： 系统抵御安全漏洞的保护，例如 51% 攻击、Sybil 攻击和重放攻击。
• 可扩展： 系统能够在不牺牲速度或运行成本的情况下进行扩展。

区块链三重困境指出，区块链系统最多只能拥有三分之二的属性。如果系统具备可扩展性和安全性，则去中心化将被牺牲。

区块链三重困境

以太坊可扩展性问题

此外，以太坊固有地存在一个 可扩展性问题。它只能处理大约 15 笔交易每秒。随着以太坊日益流行，交易请求的数量增加。为了“ 跳过队伍”并避免长时间的交易等待，支付交易的Gas价格上涨。如果区块链系统要实现主流采用，则需要降低Gas价格，即使在高交易量的情况下也需如此。

Rollup 旨在通过增加以太坊的吞吐量来解决三重困境问题，而不牺牲系统的去中心化或安全性。这是通过在 L1 区块链之外处理交易来实现的。

Rollup 在链上聚合交易，并在交易提交到 L1 之前向 L1 提交证明。

什么是区块链 Rollup？

区块链 Rollup 是一种 L2 解决方案，旨在解决以太坊的可扩展性问题。它是一个在链下处理交易，然后将其打包、压缩并发布到 L1 的 L2 链。 这意味着Gas费用是分摊到所有发送交易的人员的。

通过将交易发布到 L1，它们继承了以太坊的安全性，因为要撤销 Rollup 就需要撤销以太坊。

有 两种主要类型的 Rollup， 其在如何验证这些链下交易的合法性上有所不同，而非欺诈。

区块链 Rollup 的类型

主要有两种类型的 Rollup：

• Optimistic Rollups
• 零知识 Rollups

什么是乐观区块链 Rollup？

乐观区块链 Rollup 假设在 L2 上执行的交易默认是有效的（真乐观！）。然后，它们允许人们通过提交 欺诈证明 挑战这些交易。如果一批交易是无效的，欺诈证明将被接受，并且这批交易将被撤销。

示例：Optimism，Arbitrum

什么是零知识区块链 Rollup？

与乐观区块链 Rollup 不同，基于 ZK 的区块链 Rollup 解决方案通过在链上提交每批交易的 有效性证明（或零知识 (ZK) 证明）来证明每批交易的正确性。

示例：zkSync Era，Starkware 的 StarkEx

区块链 Rollup 是如何工作的？

当用户在像 zkSync 这样的区块链 Rollup 上提交交易时，操作者、节点、一组组件或负责处理交易的实体接管。操作者的工作是组合这些交易，压缩它们，并将区块提交到以太坊。这个过程是 Optimistic 和 ZK Rollup 的一个关键特性，使它们能够高效处理交易：

1. 用户向一个“ 操作者”（节点、一组组件或负责处理交易的实体）提交交易。
2. 操作者组合这些交易，压缩它们，并将区块提交到以太坊。

这个交易生命周期在乐观和 ZK 区块链 Rollup 上的工作方式相同。不同之处在于 Rollup 如何检查交易的有效性。

欺诈证明：乐观 Rollup 是如何工作的？

正如我们之前所说，乐观区块链 Rollup 从字面上看，乐观地假设每笔交易默认是有效的，允许操作者在定义的时间范围内提交 欺诈证明 挑战这些交易：

• 乐观 Rollup 假设链下交易是 默认有效的。
• 操作者可以提出他们认为是 Rollup 链当前有效状态的提案。
• 有一个称为“ 挑战期”的时间窗口，在此期间操作者可以 - 你猜对了 - 挑战 Rollup 交易。
• 如果操作者注意到可能是欺诈的交易，他们可以通过计算欺诈证明来发送一条“ 挑战”。
• 该欺诈证明涉及争议操作者与另一操作者进行一个来回问答的游戏，直到他们将争议缩小到单个计算步骤。然后在 L1 上执行该计算步骤。如果执行该步骤的结果不同，则挑战操作者赢得挑战，而欺诈证明操作者成功。
• 如果证明成功，Rollup 将重新执行交易批次。
• 负责包含错误交易的操作者将通过其质押存款受到惩罚。
• 如果这些提案在挑战期内未被无效化，则假定这些提案是正确的。

有效性证明：ZK Rollup 是如何工作的？

另一方面，零知识区块链 Rollup 解决方案通过在链上提交每批交易的 有效性证明（或零知识 (ZK) 证明）来证明每批交易的正确性，这是一种复杂的数学加密证明：

• ZK Rollup 使用 ZK 证明（称为有效性证明）来验证交易。
• 对于每一批提交到 L1 的交易，将由“ 证明人”计算有效性（或 ZK）证明，并由 L1 合约（“ 验证者”）进行验证。
• ZK 证明无须揭示任何关于交易的信息即可确认交易的有效性。

Rollup 操作者类型

当讨论加密 Rollup 解决方案时，不同的操作者 通常执行不同的操作。“操作者”一词可以指代节点或实体（如一组组件）。

不同的区块链 Rollup 使用操作者设置，但以下是一些常见类型的操作者：

• 验证者： 验证者类似于以太坊节点，可以提议新的 Rollup 区块。他们必须在 L1 的 Rollup 合约中提供质押存款。该存款的大小决定了他们被选中的机会。如果验证者恶意行为，他们的质押可能会被“ 削减”（没收），以激励他们发布有效的区块。
• 排序器： 排序器用于对交易进行排序和打包，在某些情况下，执行交易并将交易批次提交给 L1。它们可以是一个去中心化（或中心化）的节点网络，一个单一中心化实体，或者在 zkSync Era 的情况下，是一个 服务和功能的集合。这个术语通常指进行交易排序和打包的实体。
• 证明者： 在 ZK Rollup 解决方案中，证明者负责生成和提交证明交易批次正确性的零知识证明 (ZK 证明)。证明者使用加密技术创建证明，展示交易的有效性而不泄露敏感信息。底层区块链验证这些证明，以确保 Rollup 交易的完整性。
• 提议者： 提议者用于如 Scroll 和 Optimism 的 Rollup 中，提出他们认为是 Rollup 链当前有效状态的提案。
• 批处理器或聚合器： 一些 Rollup，例如 Optimism，使用 批量 来将交易聚合在一起。

例如，Arbitrum 使用一个白名单 验证者 系统来检查交易的有效性（或产生争议），使用 排序器 来打包和排序链下交易。

而 zkSync Era 则使用 排序器 来将交易排序并打包到一个批次中，提交到以太坊，并使用 证明者 来生成和提交 zk 证明并最终确定批次。

来源：zkSync 文档。zkSync 上交易的生命周期

有关特定 Rollup 的操作者系统，请参考它们的 技术文档。

区块链 Rollup 的阶段

Rollup 的阶段是一个框架，用于按 Vitalik 提议的里程碑 对 Rollup 进行分类，并是 L2BEAT 团队对 Rollup 成熟度的主观评估。它为项目创建了一个向去中心化努力的激励机制。共有三个阶段：

1. 阶段 0—完全训练轮： 操作者主要管理 Rollup。然而，源可用软件允许从 L1 数据重建状态，以确保透明度和可验证性。
2. 阶段 1—增强的 Rollup 治理： Rollup 由智能合约治理，并设有安全委员会以解决漏洞。该 Rollup 具有完全功能的证明系统，具有去中心化的欺诈/有效性证明提交系统，用户在不需要操作者协调的情况下可以在不想要的升级情况下退出。
3. 阶段 2—无训练轮： 智能合约 完全管理 Rollup。此时，欺诈/有效性证明系统是无权限的，并且在不想要的升级情况下，用户有 退出时间。安全委员会的角色严格限制在处理可以在链上裁决的错误，用户受到防治治理攻击的保护。

了解更多关于 Rollup 的阶段和要求。

总结

区块链 Rollup 是一种以太坊 L2 解决方案，旨在通过将多个链下交易打包来提高交易速度，而不增加Gas费用。 本文探讨了 Rollup 的必要性、其运作机制以及乐观和零知识 Rollup 类型之间的比较，概述了它们各自的运作和好处。

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