欧易OKEx研究院：以太坊中场战事---Rollup的实与虚

摘要

自以太坊诞生以来，其低下的买卖处理才能，导致以太坊网络时常产生阻塞，且Gas费用高涨，严重地约束了以太坊生态的开展。为此，以太坊扩容问题一向被商场所关注，在DeFi大迸发的布景下，侧链、状况通道、Plasma等Layer 2扩容计划都无法满意商场的要求，Rollup成为了年代的宠儿。

当然，Rollup并不是一种朴实的Layer 2计划，而是更像Layer 1和Layer 2的混合体：数据在链下进行核算并打包紧缩，随后链上进行存储。此外，为了处理数据的真实性和有用性，确保财物安全，Rollup推出了运用“有用性证明”的ZK-Rollup，以及沿用Plasma“诈骗证明”的Optimistic Rollup。

归纳而言，ZK-Rollup和Optimistic Rollup各有好坏，ZK-Rollup适用于付出、买卖等非合约范畴，本钱低且速度快；而Optimistic Rollup因为OVM的存在，现在适用于智能合约使用范畴；但跟着ZK-Rollup类项目推出图灵齐备的EVM，未来ZK-Rollup可能会替代Optimistic Rollup。

   但是，Rollup的扩容上限取决于区块Gas消耗量的上限，因而只能成为以太坊在未来短中期的扩容计划，以处理DeFi生态的燃眉之急，从长时刻看，要底子性地处理以太坊扩展性问题，还仰仗以太坊2.0分片技能的顺利完成。

不过值得注意的是，Rollup协议能够捕获价值，在经济上具有可持续性。能够预见的是，Rollup项目发行的代币将具有巨大的出资潜力。 

经过近两年的蛰伏，以太坊的Rollup扩容计划总算走到了要开花结果的黎明前夕：本年2月，Optimism宣布完成了A轮融资，并将于三月上线主网；来自Matter Labs的ZkSync，其主网也于上一年上线，并将在本年推出支撑图灵齐备的智能合约；此外，另一个受职业注目的Rollup计划---Arbitrum，也将于本年上线主网。

在Rollup夜尽天明之时，商场也对其充满了期待与追捧。但从实际情况看，许多出资者和以太坊用户对Rollup的认知并不清晰，不过在总体上达成了共识：Rollup很重要，是以太坊的未来。

这句话的前半部分是对的，Rollup对当时的以太坊而言，确实是重要的；但后半部分却是不精确的，Rollup并不是以太坊的未来。更切确地说，Rollup只代表了以太坊的中短期扩容计划，是以太坊处理网络拥堵问题的中场战事，从长时刻看，要底子性地处理以太坊扩展性问题，还仰仗以太坊2.0分片技能的顺利完成。

想要正确地了解、猜测Rollup的未来，把握其间的财富机会，咱们还需求从Rollup的前史头绪、原理机制方面进行剖析。

1. 以太坊的扩容战役和Rollup的崛起

自以太坊诞生以来，其低效的功能就不断受到商场的病垢：以太坊网络的TPS（买卖处理才能）约为15笔/秒，而Visa网络则是2000笔/秒，双十一期间付出宝更是达到50万笔/秒。低下的买卖处理才能，导致以太坊网络时常产生阻塞，且Gas费用高涨，尤其是在2017年的大牛市，以及自2020年兴起的DeFi（去中心化金融）浪潮期间这一现象尤为杰出，严重地约束了以太坊生态的进一步开展。

处理区块链网络的拥堵，进步公链的可扩展性，逐步成为职业关注的重点。各种区块链的扩容计划也接连不断，首要包含两大类：

链上扩容计划，也叫Layer 1计划，首要经过进步区块链自身的买卖容量来完成扩容。常见的Layer1计划有增大区块容量（如BCH运用32M容量的大区块），阻隔见证（BTC，将数字签名与买卖数据分隔，改变原区块结构以完成扩容），分片技能（以太坊2.0，将主链的状况和前史记录划分到不同分片上完成扩容）。

链下扩容计划，也叫Layer2计划，首要经过第二层协议在链下执行大部分买卖，以下降本钱进步功率。现在主流的Layer2计划包含状况通道、侧链、Plasma。

在以太坊开展前期，人们普遍认为侧链（Sidechain）技能是处理区块链扩容问题的最佳计划。所谓侧链，即平行于主链的另一条独立的区块链，经过将部分买卖以托管的方法转移到侧链，以此完成主链扩容，但这带来两个严重问题：首要，侧链上的资金安全得不到确保，一旦黑客操控住了某条侧链，就能够将侧链上的资金盗走；其次，侧链不能确保数据的可得性，只要黑客操控了侧链，就能够拒绝共享底层买卖数据，对主链安全性造成重大冲击。

为了处理侧链存在的问题，并完成以太坊扩容，以太坊创始人Vitalik在2017年推出了名为“Plasma”的Layer 2扩容计划。Plasma的特别之处在于规划了一套诈骗证明机制：Plasma将特定的底层数据发送给用户自己进行保管，处理了数据可得性问题；此外，Plasma有一个“退出期”规划，即使黑客取得侧链的操控权并尝试取款时，任何用户都能够在“退出期”内提交依据来进行挑战，假如挑战成功，任何人都不能提取这笔财物，而且运营方也将被罚款，由此确保了数据的真实、有用和精确性，处理了资金安全性问题，。

但是，Plasma处理了侧链的问题，却产生了新的问题：首要，用户有必要每两周上线一次，以完成对Plasma链的监控，否则错过了“退出期”，黑客就能够取出财物；其次，用户有必要自己保存底层买卖数据，以确保数据的可获得性，但却给用户带来巨大的存储本钱。因而，Plasma对用户并不友好，体会极差。在2018年的大熊市布景下，从前被以太坊社区依据期望的Plasma计划也逐步被抛弃。

事实上，即使没有2018年的大牛市，Plasma也难以习惯以太坊生态的开展---从2019年开端，DeFi逐步兴起，以Uniswap为代表的AMM更是成为其间的佼佼者。对于Uniwap上的流动性供给者（LP）而言，其存放在买卖池中的财物，很容易产生改变，不行能满意Plasma计划中对LP每次买卖时都进行挑战验证的要求。事实上，很多的DeFi协议都能够在不经用户同意下改变账户状况，因而Plasma在DeFi年代是注定没落的。 

同样地，状况通道也存在侧链和Plasma面对的问题：状况通道不能代表那些逻辑上没有清晰一切者的目标 (如 Uniswap)，需求目标都是清晰的财物一切者。

因而，在DeFi对于以太坊生态越来越重要的今天，无论是状况通道、侧链，仍是Plasma，都无法满意以太坊的现实需求。与其说是V神对Rollup起到了决定性的推动作用，不如说是年代挑选了Rollup。那么Rollup的特别之处在哪呢？

2. Rollup原了解析

在解析Rollup之前，咱们不妨了解Plasma的扩容方法：在链下，由Plasma运营者将等待批量处理的买卖汇总起来，生成一个梅克尔树（Merkle Tree），树中每个叶子能够代表一笔买卖财物的信息，假如没有买卖，则叶子值为0。随后，Plasma将梅克尔树的树根发送给主链上链，同时将梅克尔树的分支发送给用户保管。

因而，主链实际上只保存了梅克尔树根的哈希值，而经过梅克尔树根的引索，能够找到分支叶子中的详细买卖信息，但这些详细的买卖信息，而是由用户在链下存储，因而节省了链上区块很多的空间，完成了主链的扩容。

但正如前面所言，由用户在链下保存详细的买卖信息，在数据可用性上打了扣头，也不适用于DeFi使用。为此，以太坊社区提出了一种新计划：将买卖数据紧缩并放在链上，这就是Rollup（聚合）计划。

详细而言，Rollup将买卖数据进行紧缩编制成梅克尔树，并存储在链上；同时在智能合约中保存梅克尔树的树根（状况根）。Rollup的运营方能够将发布一批汇总买卖（Batch），该买卖即紧缩过的买卖调集，而且包含之前的状况根和新状况根 (处理买卖之后的新梅克尔树根)。智能合约会对状况根进行检查并更新，由此完成财物的转移。

当然，从上咱们能够看出，Rollup并不是一种朴实的Layer 2计划，而是更像Layer 1和Layer 2的混合体：数据在链下进行核算打包，但在链上进行存储。因而将Rollup称为半链下扩容或semi-layer 2计划更为合适。

 

用一个形象的比喻，现在咱们要保存许多电影，Plasma类似于咱们将电影存储在电脑上，然后只在U盘上保存一个目录文件，依据这个目录文件的指引，咱们能够方便地找到任何一部电影在电脑中的位置；而Rollup的办法则是先将电影进行紧缩，随后再悉数保存到U盘中。这样一来，咱们就能够在U盘中存储更多的电影。

那么Rollup是怎样完成紧缩的呢？---首要是对买卖的参数进行紧缩，首要包含Nonce，Gasprice，Gas，To，Value，Signature，如下表所示：

在过去，一笔买卖需求占用112字节的存储空间，现在只需求12字节的空间，一个字节大约花费16 Gas；而在以太坊上，Gas上限是1250万，咱们假设Rollup需求花费50万Gas，那么在Rollup上，其买卖处理才能是：

（区块Gas消耗量上限 – Rollup Gas消耗量）/ 每字节的Gas消耗量/一笔买卖字节数/出块时刻 =（12,500,000 – 500,000）/ 16 / 12 /14= 4464 笔/秒

现在在以太坊上进行一次转账需求消耗约21,000 Gas，这意味着假如悉数用来转账，那么以太坊的最大买卖处理才能为：区块Gas消耗量上限/ 单笔转账Gas消耗量/出块时刻 = 12,500,000  / 21,000 /13 = 45笔/秒

这意味着Rollup在转账场景下降以太坊的TPS进步了100倍。同样地，依据Vitalik的核算，在ERC20转账、Uniswap运用场景，可完成同条件下以太坊TPS扩展100-400倍。

前面的剖析一向很顺利，但咱们忽略了一个与侧链技能类似的重要问题：怎样避免Rollup运营方伪造数据进行盗取财物呢？以太坊社区提出了两个计划：运用“有用性证明”的ZK-Rollup，以及沿用Plasma“诈骗证明”的Optimistic Rollup。

3. ZK-Rollup  VS  Optimistic Rollup

首要咱们看完成有用性证明ZK-Rollup计划。ZK-Rollup即选用  ZK-SNARK （简明的非交互式零常识证明，zero-knowledge succinct non-interactive argument of knowledge）来确保买卖的安全性。

"零常识证明（ZKP）"是由 S.Goldwasser、S.Micali 及 C.Rackoff 在 20 世纪 80 年代初提出，指证明者能在不向验证者供给任何有用的信息的情况下，使验证者相信某个结论是正确的。

一个经典的例子：有一个缺口的环形长廊 ，出口和进口间隔非常近（在目距之内），但走廊中间某处有一道只能用钥匙打开的门，Alice 要向 Bob 证明自己拥有该门的钥匙。选用零常识证明，则 Bob 看着 Alice 从进口进入走廊，然后又从出口走出走廊，这时Bob没有得到任何关于这个钥匙的信息，但是完全能够证明Alice拥有钥匙。

从上咱们能够看出，ZKP具有核算的不对称性。在ZK-Rollup的计划中，由Rollup运营方投入很多资源以执行ZK-SNARK核算并放在汇总买卖（batch）中，而智能合约（验证方）可快速低本钱低证明买卖安全性。因而ZK-Rollup有许多好处：能在维护隐私的同时简练快速地验证数据的真实有用性；但其缺点是核算量大，技能难度高且难以支撑虚拟机。 

在前面的Plasma计划中，咱们现已介绍过其规划的“诈骗证明”机制，可完成买卖数据的真实、有用和精确性，确保了财物的安全。Optimistic Rollups正是沿用了该机制：这类 Rollup 会追踪一切前史状况根以及每个 batch 的哈希值。假如任何人发现某个 batch 的后状况根不正确，都能够向区块链发布一个证明，证明该batch 核算错误。智能合约会对证明进行验证，而且对该batch 及其之后的 batches 进行回滚。

Optimistic挑选了Plasma的诈骗证明机制，即意味着有像Plasma一样绵长的“退出期”（约一周时刻），这极大地下降了资金的使用功率，但好消息是，跟着DeFi生态的成熟，能够有很多的流动性供给者为用户在“退出期”内供给资金，可有用处理资金使用抵消的问题。此外最重要的是，Optimistic Rollup也继承了Plasma的OVM，这意味着可在Optimistic Rollup网络部署兼容以太坊EVM的智能合约，这一点对DeFi尤为重要。

 

归纳而言，ZK-Rollup和Optimistic Rollup各有好坏，ZK-Rollup适用于付出、买卖等非合约范畴，本钱低且速度快；而Optimistic Rollup因为OVM的存在，现在适用于智能合约使用范畴；但跟着ZK-Rollup类项目推出图灵齐备的EVM，未来ZK-Rollup可能会替代Optimistic Rollup。

4. Rollup的未来与财富机会

从上面咱们能够看出，相较于其他Layer2 计划，Rollup能更好地确保数据的安全性和数据的可得性，但是Rollup真的是以太坊的未来吗？

并不是，从Rollup的扩容计划能够看出：区块Gas消耗量的上限即是Rollup计划的上限。这类似于早高峰时乘坐地铁，为了使地铁车厢（区块）能装更多的人，咱们但是再挤更多的人进车厢（紧缩）。但是，再怎样紧缩，也是有上限的。在未来跟着区块链使用的不断开展，咱们仅仅会为了最多扩容100倍而满意吗？所以从长时刻看，以太坊扩容的未来仍是取决于以太坊2.0分片技能的顺利完成。

但是，依据以太坊官方的规划，以太坊2.0分片的完成可能要等到2030年了。但即使在现在，因为DeFi的大热，以太坊早已拥挤不堪，Gas费高企。几年前的状况通道、Plasma等Layer 2计划无法满意DeFi的要求，分片技能又是一个遥远的目标。正是“往者不行谏，来者也不行追”，Rollup自但是然成为了在短中期应对以太坊扩容计划的最佳计划，成为迈向以太坊2.0的中场接力手。 

当然，Vitalik主推Rollup的另一个原因在于：Rollup协议能够捕获价值，在经济上具有可持续性。

先谈经济价值，Rollup能够缓解以太坊的拥堵，下降Gas费。节约出来的本钱，其间的部分就能够转化为Rollup协议的收入（如收费和MEV的方法），并具有经济上的可持续性。

那么Rollup为什么能够捕获价值呢？这与Rollup的特别性有关：数据放在主链上，仅仅是在链下进行数据核算。这种介于Layer1和Layer2的混合计划，使得Rollup成为主链上一个特别Dapp使用，因而Rollup项目是能够在主链上发行依据该Rollup协议的代币，能经过代币来捕获协议的价值。

能够预见的是，在未来几个月Rollup大迸发后，将会有很多Rollup发行项目代币，那些乐意将协议经济价值附着在代币上的项目，其代币将具有很大的出资潜力。

视野开拓

经济增长模式两种： 一种是由储蓄积累起真正的财富，然后这些真金白银的资本被用于投资，从而产生更多的财富，这种财富是实实在在的，虽然见效慢，但增长的质量高，副作用小。 二种是由债务拉动型经济增长，国家、企业、个人大量负债，这些债务经过银行系统的货币化之后，巨额债务货币增发产生了泡沫财富，货币贬值，市场资源配置扭曲。 债务货币首先产生的是--通货膨胀现象，尤其是资产通货膨胀。另一方面在生产领域造成产能过剩，重复建设严重，极大了浪费了资源，压低了市场价格，使资产通货膨胀和货币紧缩同时进行。 另一个债务货币造成经济血液高血脂。货币发行泛滥，钱越来越多. *建立一个以金银为支撑的稳定的中国货币度量衡体系，将债务一步步从货币流通中驱逐出去，稳步提高银行储备金比例作为金融宏观调控的重要手段，使金融行业的利润率保持在社会各行业的平均利润率水平上。-《货币战争》