Rollup方案将区块链扩展到10亿用户

在2010年，一位程序员用10000 BTC 购买了价值25美元的披萨，这就是现实世界中第一笔比特币交易，这一时刻被认为是迈向普及日常加密支付的第一步。而十多年过去了，比特币仍然没有映入人们眼帘。比特币和以太坊每秒分别能处理7和15笔交易，而万事达卡和威士卡每秒分别能处理5000和24000笔交易。

供给和需求决定了交易成本随着需求量增加而激增。由于DeFi、NFTS(New Technology File System）和游戏加密协议的普及，以太坊的平均交易费用（GAS）从一年前的2美元增加到了2021年11月的50美元。

如果以太坊希望为互联网发展的新阶段和元宇宙提供动力，就需要极大地扩充容量。

快速扩充容量的方法是牺牲去中心化或安全性（亦称区块链三重困境）。以太坊社区转而选择广泛、扩展性强的方式，走向一个新阶段，即以太坊2.0。在可预见的未来， Rollup方案将成为以太坊扩容的关键，其总锁定价值（TLV）在过去几个月内增长了8倍，已达到近60亿美元。

而什么是汇总，什么是模块化区块链，我们为什么要关注区块链三重困境？

为什么它如此难以扩展？这一切都与区块链核心原则有关。

区块链三重困境

区块链三重困境意味着一个区块链不能同时优化可扩展性、安全性和隐私性。

今年DeFi的人气激增，给以太坊等连锁店带来了大量流量，使得费用飞涨。因此，分散式金融正逐渐为比特币鲸鱼（大交易者）所主导，协议中的平均交易规模从1万到100万不等。这为相互竞争的第一层，即所谓的“以太坊杀手”提供了机会，他们以更低的费用抢走用户和吸引新用户加入他们的网络。他们的基本问题是，为了拥有一个仍然安全但可扩展性更强的区块链，他们必须放弃去中心化。“以太坊杀手”的发展迅速，而以太坊的总锁定价值（TLV）也达到了1780亿美元，几乎是最近连锁店Binance和Solana的10倍。

以太坊如何在去中心化的同时实现可扩展性？

打破区块链三重困境：模块化区块链

今天来看，所有区块链都是整体的。这意味着区块链在同一地点(L1)完成所有三件事,即共识（提供安全性并定义规范真理）、执行（升级区块链状态）和数据可用性。相反，模块化区块链可以分离这些功能。特别是，以太坊的愿景是将执行从第一层转移到第二层解决方案，如Rollups。

扩展解决方案：侧链、Plasma、状态通道、Rollups

多年来，人们研究出了区块链的几种扩容解决方案。比如，State Channel和Plasma是以太坊的第2层扩容解决方案，它们都执行“链下”操作和保证数据可用性，而这使得通用应用程序安全性有限，如今人们对此是不赞成的。

侧链解决方案执行“链下”操作，并使用本身的共识机制。最成功的例子是Polygon Matic，其总锁定价值（TLV）接近50亿美元。这是一个侧链，连接到使用PoS的以太坊，因此需要身份验证器对解锁本机代币，以保护用户网络安全。人们说Polygon还将通过代币销售从红杉资本（Sequoia Capital India）和Steadview Capital筹集5000至1.5亿美元资金。

Polygon其实更是一个解决方案组合，或者是“以太坊的区块链互联网”，全身心致力于扩展以太坊。Polygon将零知识汇总（Zero-knowledge rollups）视为以太坊扩容的“圣杯”。Polygon已经有3个公共解决方案（Nightfall、Hermes、Maiden）和第四个尚未公开的解决方案，并承诺从财政部拿出10亿美元用于开发基于ZK rollups的解决方案，还以4亿美元收购了ZK-rollup Mir协议。

Rollups在“链下”执行计算和状态存储，但将每项事务的一些数据保留在链上。在短期和中期，甚至长期内，Rollups将成为以太坊扩展的基石。Rollups是一项早期技术，仍处在快速开发中，而有些都已经生效，并在运行数月后积累了数十亿的价值和数百个应用程序。

Rollups从融资中获得了近4亿美元的资金，投资者包括Offchain Labs、Starkware、Immutable、Matter Labs和Optimism。这只是一小部分资金，因为Polygon在 zk-rollups上投资了10亿美元，而且像Optimistic rollups Metis这样的新投资者也投资了1亿美元以支持项目。

乐观汇总和零知识汇总

扩容解决方案Rollups主要包括两种：Optimistic rollups和ZK rollups。

Optimistic rollups假设交易在默认情况下是有效的，并且只有在遇到无效交易时才通过欺诈证明运行计算。用户提交交易时，会被锁定一部分ETH。如果用户的交易有效性受到质疑，而且被发现存在欺诈行为，抵押的ETH就会在一周内被削减。

不同地，ZK rollups运行“链下”计算，并向链提交有效性证明。ZK rollups将数百个传输绑定到链下，并生成加密证明（SNARK），这被称为有效性证明，发布在第1层。那么，Optimistic rollups和ZK rollups这两种体系结构的优缺点是什么？

Optimistic rollups比较简单，并且具有EVM（以太坊虚拟机）兼容性的短期优势，这意味着以太坊智能合约可以直接部署在这些链上，这也是基于DeFi的平台使用它们的原因。

然而Optimistic rollups需要一周的时间来确认交易，这妨碍了与L1的无缝交互。Optimistic rollups与NFT、加密游戏等应用程序不兼容，甚至许多DeFi应用程序也受到限制，所以ZK rollups更有可能在中长期的用例中胜出。

有关更详细的比较，请参见下表。

Rollups 一般能够使以太坊达到~1.000-10.000 TPS，而进一步将Rollups与分片相结合就有可能达到100.000+TPS。有关更深入的解释，请参阅《以太坊2.0汇总指南》。以下是以太坊创始人Vitalik对以太坊扩容方式的深入概述。

Rollups主要采用和参与者

第二层扩展解决方案的总锁定价值（TLV）目前已高达60亿美元，主要是通用optimistic rollups（如Arbitrum、Boba Network和Optimission）和以交易和支付为重点的ZK rollups（如dYdX、Loopring、ZKSwap）。通用zk rollups上线后，与之竞争的两个领先团队是Matter Labs（ZKSync1和2）和Starkware（StarkEx和StarkNet）。

除了技术能力和发展外，这三方网络还将在吸引用户方面展开竞争。与第一层相比，第二层上部署的应用程序很少，可用性较低，缺乏商家的认可度，而用户对第二层解决方案的这些情况并不熟悉。所有的独立项目都在相互竞争，以扩大以太坊的规模，同时也在与第一层的替代品竞争，以留住和吸引以太坊的用户。从某种意义上说，他们是以太坊的业务发展部门。

第一层的竞争对手启动资金以促进和补贴企业生态系统。针对第二层的扩展解决方案，Optimistic rollup Metis推出了1亿美元的Genesis基金。

网络效应的重要性和未来碎片化的风险

以太坊的价值和每一个网络一样，主要体现在其网络效应以及开发者和用户之间的良性循环。假设没有单一的可扩展性解决方案能够成功扩容，这就意味着数个第二层可伸缩性解决方案将会碎片化。其中两个主要问题是可组合性和分散的流动性。可组合性意味着协议可以相互交互，建立在其他协议之上，并无缝地组合功能。如果第二层无法很好扩容，而不需要将高昂的费用传递给第一层，就可能会受到限制。解决方案（如跨链汇总）或可互操作层（如多边形）可以有效地将资产和数据从一个汇总移动到另一个汇总，但要让所有第二层的解决方案都符合一个标准框架，需要一个漫长的过程。

分散的流动性与这个问题类似。流动性是加密和web3世界的带宽，其在不同第二层之间的碎片化将极大阻碍协议的容量。以太坊为此也采取了一些战略。例如，DeFi池允许第2层解决方案上的用户与第1层或交易所上的流动性进行交互（StarkEx 3.0推出了类似的解决方案）。