以太坊二層 OP 與 ZK 如何選擇？_以太坊

$ARB即將上線，L2也得到了更多重視，最近關于OP和ZK兩種解決方案孰優孰劣的爭論越來越多，有人說OP是正統，有人說ZK更安全，本文將深入探討兩種流行的二層擴容方案，以及最近備受矚目的Arbitrum。這是一篇技術導向性的文章，我將重點闡述它們的工作原理和特點，并用通俗易懂的語言進行講解，以幫助大家更好地理解和評估這些擴容方案。

擴容方案概述

隨著區塊鏈技術的快速發展，可擴展性問題成為了阻礙區塊鏈廣泛應用的主要障礙之一。為了提高網絡的吞吐量和降低交易費用，擴容就是一件必須要解決的事情。擴容方案通常分為兩大類：一類是鏈下擴容，通過在底層區塊鏈之上構建新的協議層來實現擴容；另一類是鏈上擴容，通過優化底層區塊鏈協議本身來提高吞吐量。

鏈上擴容方案可以分為分片、選擇更高效的共識算法和協議優化等。其中分片是將區塊鏈網絡分割成多個相互獨立的子鏈，每個子鏈可以并行處理交易。這樣，整個網絡的吞吐量會隨著子鏈數量的增加而線性增長，分片也是以太坊2.0路線圖中關鍵的一步，分片之后TPS和Gas才能得到真正的優化。最近這幾年共識算法的創新很少見了，像之前提出的POS、DPOS、DAG等都是相對于POW的創新，相比于POW，它們可以減少網絡資源消耗，提高交易處理速度，同樣，以太坊也選擇了這條路。第三個方案是對底層區塊鏈協議進行優化，例如調整區塊大小、區塊產生時間等，可以在一定程度上提高網絡的吞吐量，比如比特幣的隔離見證升級。

以太坊開發平臺Tenderly新增自動化無服務器等4個新功能，以簡化Web3開發:6月14日信息，以太坊開發平臺 Tenderly 新增 4 個新功能以簡化 Web3 開發，分別為 Web3 Actions（自動化的無服務器功能，允許團隊執行自定義代碼）、War Room Aid Kit（即時防御漏洞并檢測漏洞）、Tenderly Sandbox（瀏覽器內置編輯器，使所有技能水平的開發人員能夠共享代碼片段并立即查看正在構建的結果）、調試 Chrome 擴展（可在 20 多個 Tenderly 支持的網絡上的任何交易上運行此功能）。[2022/6/14 4:25:49]

鏈下擴容方案可以分為狀態通道、Plasma和Rollups。狀態通道允許用戶在鏈下進行交易，僅在通道開啟和關閉時與主鏈進行交互，這極大地減少了鏈上交易數量，從而提高了吞吐量，像RaidenNetwork和LightningNetwork就是分別針對以太坊和比特幣的狀態通道擴容產品。Plasma是一種子鏈方案，允許用戶將資產從主鏈遷移到子鏈，并在子鏈上進行交易，子鏈周期性地將其狀態更新提交給主鏈，以確保安全性，比如OMGNetwork。Rollups是將多筆交易打包成單個證明，并提交到主鏈。這樣，主鏈僅需驗證證明而無需處理每筆交易，從而提高了吞吐量。典例是zkSync和Optimism，Arbitrum同樣也是基于OP的產品。

以太坊存儲層協議Arcana Network啟動Alpha測試網，并推出2.5萬美元的漏洞賞金計劃:11月18日消息，以太坊上去中心化存儲與數據隱私平臺Arcana Network啟動面向開發人員的Alpha測試網Quantum Descent，包含身份和訪問管理、去中心化存儲、端到端加密、非托管密鑰管理等功能，同時還將推出2.5萬美元的漏洞賞金計劃，獎勵將根據錯誤的嚴重程度以及Arcana團隊分配給錯誤的優先級進行分級。其中測試網將于IST時間2021年11月17日上線，漏洞賞金計劃將于IST時間2021年11月17日至2021年12月17日上線。

此前報道，10月份Arcana Network完成230萬美元融資，Republic Crypto與Woodstock Fund領投。[2021/11/18 22:01:59]

OptimisticRollups和zk-Rollups

2.1zk-Rollups

以太坊核心開發者：EIP-1559重點在于改善用戶體驗和解決Gas市場的低效問題:以太坊核心開發者eric.eth發布推特稱，EIP-1559需要上一堂歷史課，因為它現在有點修改了。在2019年初，其對以太坊費用的第一個價格拍賣模型非常糟糕，感到十分沮喪。eric.eth認為這是大規模采用的第一道障礙。這種挫敗感純粹是一種用戶體驗。這與銷毀（burn）費用的想法無關。在缺乏回應和理解了V神的論文后，我明白了那是最好的選擇，并聯系了V神。然后我們一起寫了EIP-1559。值得注意的是，銷毀基本費只是論文和medium文章中的一個技術性的旁注。其重點純粹在于改善用戶體驗和解決Gas市場的低效問題。然而，目前EIP-1559整體敘述變成了“因為它銷毀ETH，所以是好的”，這有點令人沮喪。這是一個很好的副作用，但這不是我們應該實施它的原因。我們可能會銷毀一些ETH，但人們對齊過分期待。不是每一筆費用的所有部分都會被銷毀，一旦有了規模，銷毀的費用會更少。此前消息，EIP-1559預計今年推出。據悉，EIP-1559試圖通過引入固定費用和銷毀機制來降低交易費用。EIP-1559由V神于2018年首次提出，預計使以太坊區塊鏈的收費市場更加可預測并緩解擁堵。[2021/2/10 19:26:23]

zk-Rollups是一種基于零知識證明的二層擴容方案。首先由RollupOperator組件將多個鏈下交易聚合成一個批次，之后使用零知識證明生成一個簡潔的證明文件，這個證明可以驗證整個批次的交易的有效性，而不需要逐一檢查每筆交易；然后將證明及與該批次相關的數據提交到主鏈，主鏈通過驗證證明的正確性，確保交易是有效的；主鏈驗證通過后，鏈上合約會根據證明中的數據更新鏈上的狀態。這意味著，盡管交易是在鏈下進行的，但鏈上狀態仍然得到了更新，確保了數據的一致性。

報告：在以太坊擴容競爭中roll-ups將擊敗L1解決方案:12月3日，加密研究機構Messari發布研究報告稱，在以太坊擴展解決方案的競爭中，roll-ups將擊敗第一層解決方案。Messari斷言，等待ETH2.0的完成，給其他低費用、低延遲的競爭對手留下了蠶食以太坊壟斷地位的機會。而roll-ups解決方案將勝出。因為該解決方案可以實現計算，而不會因為多余的數據和計算請求而拖累底層網絡。[2020/12/3 23:00:29]

注：零知識證明是一種密碼學概念，它允許一個證明者向驗證者證明某個陳述為真，而無需透露任何關于該陳述的其他信息。簡而言之，零知識證明可以讓一個人證明他擁有某種信息，而不需要透露這個信息本身。

OptimisticRollups

OptimisticRollups是一種基于樂觀性驗證的二層擴容方案，即默認提交的區塊是正確的，除非有人提出質疑。它同樣需要RollupOperator將許多鏈下交易聚合成一個批次，之后計算批次交易產生的新狀態并生成一份鏈下狀態更新；然后將鏈下狀態更新、相關數據提交到主鏈，這個狀態默認是正確的，不需要額外驗證；但是在狀態更新提交后，會有一個固定的挑戰期，在此期間，任何人都可以通過提供欺詐證明來質疑提交的狀態更新的有效性，與被質疑狀態的相關的整個交易將通過EVM運行檢驗，如果證明狀態更新是錯誤的，提交者會被懲罰，同時鏈上狀態會回滾到正確的狀態；如果在挑戰期內沒有人質疑狀態更新，或者質疑被證明是錯誤的，那么鏈上狀態會根據提交的狀態更新進行更新。

以太坊礦工收入正逼近比特幣礦工:由于受到DeFi和減半影響，目前以太坊挖礦和比特幣挖礦行業正發生巨大變化，自二月份以來，以太坊礦工收入增長兩倍，而比特幣礦工的收入在減半后下降了30％。在比特幣區塊獎勵減半和DeFi熱潮爆發之前，比特幣礦工在2020年第一季度收入是以太坊礦工四到五倍，在今年前九個月平均每月收入近4億美元，而以太坊礦工平均月收入則約為1.5億美元。但是自比特幣區塊獎勵減半和DeFi熱潮爆發之后，以太坊礦工收入在8、9兩月幾乎與比特幣礦工持平。總體而言，2020年迄今比特幣礦工收入總額為35.5億美元，以太坊礦工收入總額為13.4億美元。[2020/10/13]

ZK與OP比較

ZK和OP各有各的特點，我從下面5個不同角度對他們進行了分析，以供各位根據自己的傾向去評判：

1.交易驗證方式：

OP：通過欺詐證明驗證交易。OP假設交易默認是有效的，除非有人提交證據證明某筆交易無效。這需要鏈下用戶和節點持續監測，以確保RollupOperator沒有作惡。

ZK：通過零知識證明驗證交易。ZK生成一個簡潔的證明來確保批次中的交易有效性，無需逐一檢查每筆交易。

安全性：

OP：由于默認假設交易有效，可能存在一定的安全風險，需要鏈下用戶和節點積極監測交易以確保安全性。

ZK：基于零知識證明的驗證方式為ZK提供了較高的安全性，因為它需要生成一個證明來確保交易的有效性。

吞吐量與性能：

OP：與ZK相比，OP通常具有較快的鏈下交易處理速度，但鏈上驗證可能需要更長時間，因為需要等待欺詐證明的挑戰周期。

ZK：雖然生成零知識證明需要一定的計算資源，但ZK的鏈上驗證速度較快，因為一旦證明生成，主鏈就可以快速驗證。

通用性：

OP：OP完全兼容EVM，眾多DAPP可以直接遷移，方案整體的計算復雜度低，更適用于通用的智能合約執行和復雜計算。

ZK：雖然零知識證明技術在發展中，但目前它在通用智能合約和復雜計算方面的應用受到一定限制。

成本：

OP：通常具有較低的鏈下交易成本。

ZK：生成零知識證明需要一定的計算資源，可能導致較高的鏈下交易成本。

總的來說，OptimisticRollups和zk-Rollups分別具有各自的優缺點，OptimisticRollups更適合處理復雜的智能合約場景，具有較好的以太坊兼容性；而zk-Rollups在安全性和隱私保護方面具有優勢。

Arbitrum

Arbitrum是一種基于OptimisticRollups的二層擴容解決方案，它結合了OptimisticRollups的優勢，并對仲裁過程進行了創新和優化，在處理質疑和仲裁時采用了二分查找技術，降低了仲裁過程的復雜性和成本。

在上文提到在樂觀性驗證系統中，當有人對某個提交的區塊提出質疑時，就要啟動仲裁過程。質疑者需要指出區塊中存在的一個具體錯誤，例如交易執行的結果不正確、狀態更新錯誤等。

為了高效地找到錯誤的位置，二分查找將錯誤可能出現的范圍分為兩半，質疑者需要選擇錯誤出現在哪一半，并繼續向下查找。例如，如果質疑者認為錯誤出現在區塊的前半部分，那么他們需要提供該部分的狀態更新證明；在每次迭代中，質疑者和驗證者將錯誤可能出現的范圍繼續分為兩半，質疑者需要在每次迭代中指出錯誤出現在哪一半，并提供相應的證明，驗證者則需要提供相應的反駁證據；通過不斷的二分查找迭代，質疑者和驗證者將錯誤可能出現的范圍逐漸縮小；

最終，當范圍縮小到一個具體的交易或狀態更新時，質疑者需要提供詳細的證據來證明錯誤的存在，驗證者則需要提供相應的反駁證據；經過一系列的二分查找迭代和證據交換，如果質疑者能夠成功證明區塊中存在錯誤，那么區塊將被認定為無效，如果驗證者能夠成功反駁質疑者的證據，那么區塊將被認定為有效。在這個過程中，錯誤的一方將損失押金，而勝利的一方可能會獲得獎勵。

綜上所述，二分查找仲裁可以縮小錯誤范圍，這個過程在鏈下執行，而鏈上只需要驗證最后的爭議部分，從而減少了鏈上的交易處理成本，但是這個過程也延長了處理時間，所以在發生仲裁的情況下Arbitrum比Optimistic更便宜，但也更慢。

公眾號：進擊的史迪仔

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