IMI:Optimism VS ZK，以太坊扩容技术一览-ODAILY_BIN

在展开对OptimismRollup和ZKRollup的对比分析之前，我们需要先了解Rollup的诞生背景。

Rollup被认为是以太坊扩容的终极解决方案，它在第1层之外执行交易，却在第1层发布交易数据。这使得Rollup可以扩展网络，并仍然从以太坊共识中获得安全性。整个过程本质上是执行交易、获取数据、压缩数据，并将其以单个批次的形式汇总到主链上，因此得名「Rollup」。

为什需要Rollup扩容方案？

实际上，Rollup的研究热度与以太坊近年来的发展息息相关。以太坊扩容一直是加密领域讨论最多的话题之一。无论是2017年的CryptoKitties热潮，还是2020年的DeFi夏季、2021年初的加密货币牛市，对以太坊需求的高涨使得扩容辩论不断升温，Gas费用飙升让用户支付的交易费用更加昂贵。

与此同时，在Web3高速发展的背景下，以太坊日益成为了数千个DApp的宿主。庞大的交易量势必会带来运行速度的限制，使得以太坊上项目交易速度越来越慢，用户也留存度逐渐下滑。

基于此，寻找完美的扩容方案，成了多个团队和整个以太坊社区的重要目标。一般而言，以太坊的扩展方案一共有3种主要方式：扩展区块链本身——第1层扩容；在第1层之上构建——第2层扩容和在第1层一侧构建侧链。

那么Rollup的扩容原理就是将数百个已处理的交易汇总成一个批次并在与以太坊主网平行的L2链上执行交易，最终完成的交易再按批次发布到底层区块链，以此来提升交易速度，降低Gas费用。

报告：优质的NFT具有很强的社区共识和团队背景和鲜明的艺术风格:金色财经报道，ParaSpace和BitKeep最近发布的一份报告表示，NFT 是一个新市场，缺乏历史数据和公认的估值分析方法，导致定价困难。即使在同一 NFT 系列中，基于主观观点对稀有性的不同看法也导致了巨大的价格差异。优质的NFT往往具有很强的社区共识和团队背景和鲜明的艺术风格。但普通用户参与蓝筹或热门NFT的门槛越来越高。现在已经出现了一些解决方案，比如NFT碎片化， NFT 质押，以及 NFT 流动性平台。[2023/6/6 21:18:01]

在一众Rollup方案中，OptimisticRollup和ZKRollup都有着不俗的表现。事实上，OptimisticRollup和ZKRollup的执行原理大同小异，区别在于验证方式。今天，就让我们走近这两种卓越的扩容方案，比较它们在具体执行过程中的优劣势，并积极展望下一代以太坊扩容方案的理想模式。

解密Optimism与ZK的版图体系

Optimism

OptimisticRollup，如其名所言采取的是“乐观”机制——欺诈证明。系统默认执行交易数据的可靠性，无需经过有效验证便会直接进入等待期，等待期里有任何节点提出异议并佐证为恶意交易，则取消交易；若无异议，等待期结束即交易完成并写入区块。“欺诈证明”的交易方案省去了大规模的部署验证，从而节省了计算资源，保证了交易的确切性。

BHD活动总监刘友建：BHD要做共识机制的龙头币:据悉，2020年7月4日，由LBank主办，金色财经联合协办的“LBank和他的朋友们-2020百城计划”分享会在济南举行。会上刘友建就“BHD的发展”发表了主题演讲，其中就“POC容量证明共识机制”展开了分享：POC与POW一样安全，币价有支撑，但是能耗低、噪音少，人人可以参与。同时，他还提及，BHD未来全网容量会达到10,000P，基于容量本位的分布式加密稳定货币系统，为应用层服务，做共识机制的龙头币。[2020/7/4]

在OptimisticRollup中，突出的方案为Arbitrum和Optimism。Optimism虽为第一个发明与EVM兼容的OptimisticRollup协议，但囿于主网启动延迟让Arbitrum获得了后发优势。

Optimism：单轮非交互式欺诈证明

Optimism使用智能合约，将交易数据从以太坊主链转移到Layer2，定序器可以将多个交易捆绑成一个批次，然后通过单个交易将该批次提交回主。定序器在所有交易都有效的假设下，乐观地执行相应流程。系统设置一周的等待期，在此期间任何质疑都可被提出，如有异常就会生成欺诈证明。

Arbitrum：多轮交互型欺诈性证明

动态 | VeChain基金会将投票决定是否将黑名单永久写入唯链雷神区块链底层共识中:VeChain基金会发布公告称，自唯链基金会回购钱包被盗以来，12月18日，在唯链基金会战略决策委员会通过是否通知所有超级权益节点并发布唯链雷神区块链v1.1.5的提案后，开发团队发布唯链雷神区块链 v1.1.5版本。发布后72小时内，所有超级权益节点已同意进行版本更新。在此情况下，被盗数字资产无法进行转移。唯链基金会根据最新生效的治理模型，针对此次特殊事件发起首个所有相关权益者投票。此次投票有关是否同意将黑名单永久写入唯链雷神区块链底层共识中。投票通过后，该黑名单将被永久锁定（相当于469个地址上的7.27亿个VET将被销毁，并从总供应量和流通量中永远减去）。由于目前VeVote投票系统功能正在根据最新生效的治理模型同步升级中，针对此次紧急事件，决定启用备选方式：根据最新治理模型规则，所有相关权益者将指定数量的VTHO转至指定钱包地址进行投票（地址将在投票开启时公布）。[2019/12/25]

Arbitrum于2021年5月28日在以太坊主网上启动。整体上执行的流程差别不大，主要是在于Arbitrum的验证人和挑战者在链下通过二分法的方式不断拆分存在争议的步骤，直至将争议范围缩减到某个具体步骤，再到L1链上对相应步骤进行判定，高效解决争议。因此，相比Optimism来说，Arbitrum能承载更高的交易容量，实现更彻底的“追根溯源”。

动态 | 美国国防高级研究计划局提出分布式共识协议发展途径:据GCN报道，美国国防高级研究计划局（DARPA）希望更好地处理区块链背后的“分布式共识协议”，以了解它们如何改善国防部的安全性、存储和计算。DARPA提出了三个探索途径：1.激励机制参与。鉴于比特币矿工的工作是为了验证交易的准确性，DARPA有兴趣分析参与者的贡献，并公平地奖励他们除了货币以外的其他价值。2.经济驱动的安全模型。该机构希望深入比特币矿工赚钱的想法。3.中心化方面。虽然共识协议作为大规模分布式系统运行，但可能存在某些中心化方面，这些中心化方面可能会影响整个系统的安全性。DARPA打算据此征集回应，并于2019年2月中旬举办研讨会。[2018/11/21]

ZKRollup

ZKRollup，这一概念在1980年时被麻省理工的研究人员引入，一度将其称为“月亮数学”。

ZKRollup是通过零知识有效性证明的扩容方案。它分批处理链下交易，并生成加密有效性证明来验证交易真实性。这些有效性证明将批量交易添加到L1区块链，可被L1合约快速验证，而无效批次则会被直接拒绝。

如果说Optimisticrollups假设每个参与交易的人都出于善意做事，那么ZKRollup则竭力确定情况确实如此。目前，ZKRollup版图主要有Hermez、ZKSync等。

金色晚报 | POS发明者Sunny King推出全新共识机制SPoS 狂人研究院等公众号被封:BTC挖矿难度首次突破7T；日本矿机生产商计划在公寓内进行虚拟货币挖矿；火币印尼数字货币交易所今日正式上线运营。更多晚报内容，请查看图片。[2018/9/7]

Hermez：生成简洁的非交互式知识论证

Hermez可以生成SNARK的密码证明，具备将以太坊扩展到每秒2000笔交易的能力。该体系主要依靠协调员处理并生成有效性证明，协调员通过拍卖程序选出，注册的网络节点会出价成为下一个协调员。目前，Hermez团队已宣布他们正在开发零知识的以太坊虚拟机(ZKEMV)，旨在实现完全的操作码兼容性。

zkSync：生成简洁的非交互式知识论证

zkSync将自己的项目描述为一个扩展和隐私引擎，支持在以太坊中进行Ether和ERC-20代币的低Gas传输。在zkSync中，只有一个验证者处理批次并生成有效性证明。现已推出zkSync2.0，作为链下数据可用性解决方案，确认质押和数据可用性，同时保障监护人无法窃取资金。

OptimismVSZK：谁更胜一筹？

Optimism和ZK从踏入市场开始，便走入了两条不同的扩容方案道路。欺诈式证明和有效性证明，对应的是开发者和用户不同的使用需求，从而在吞吐量、时效性、成本等各方面展现各自的“高光属性”。具体可以从以下几个方面思考不同的开发场景需求，在这两者间做出相应的选择。

开发门槛与使用成本

Optimism无需大规模部署验证，在假设所有交易都是有效的前提下，节省了大量开发步骤，并将这些验证信息发布到基础层。这种得益于在乐观的情况下，不需要做任何额外的工作，就能极大降低了技术人员的开发门槛，节省了大量时间、精力、金钱成本。如果开发者想在短时间内上手Rollup解决方案，Optimism当是首选，数据表明Optimistim可以提供高达10-100倍的可扩展性改进。

相较而言，ZKRollup需要提供有效性证明并一一提交给主网，这一步骤带来的技术开发难度远高于Optimism。常有新手开发者尝试使用ZKRollup时面临错误百出的情况，反而降低了扩容效率和运行速度。

智能合约可执行性

Optimism的互操作性很强，也可以执行智能合约。这让Optimism在L2上具备更多灵活操作的空间，以用户共同参与的行为，让Optimism的运作更具备“信任度”，从而赢得了更好的数据保护、确定的交易双方权利等附加优势。值得一提的是，如Fuel、OMGX、Cartesi等团队中的大多数人也试图为他们的Rollups开发一个与EVM兼容的版本，让Optimism的可适性更强，性能更出众。

而ZKRollup目前大多限于简单的交易，这给ZKRollup的扩展带来了诸多局限。因此，目前ZK只能通过ZKSync开发的兼容EMV虚拟机，来支持任何用Solidity编写的智能合约，开拓其应用空间。或者凭借Loopring、Hermez和ZKTube来扩展支付规模，引入隐私功能等。

提取资金的执行效率

作为保障用户交易和提供确权证明的机制，交易后资金的提取速度也是开发者和用户选择的关键。而在这个角度上，ZKRollup反倒更有优势。Optimistim的争议解决过程繁琐，必须给所有参与者足够的时间来提交欺诈证明，然后再最终确定交易。这段时间相当长，毕竟在确保最坏的情况下，欺诈性交易仍有可能被申诉。从Optimistim中提取资金的时间长达一两周。

相较之下，ZKRollup不存在长时间提现的问题，因为只要将Rollup批次连同有效性证明提交到第1层，资金就可以提现。这无形中节约了用户的时间成本，也促使更多交易流通加快实现，提升了交易环境的整体效率。

安全隐私保护的力度

目前，ZKRollup使用复杂的数学计算和密码学来确保交易在ETH主链上被"结算"，这在验证本质上不同于Optimistim。像SNARK、STARK、PLONK和DARK，这些部署在ZKRollup上的证明策略都包括数据足迹、证明时间、验证时间、串通风险等方面各自安全强度和风险证明。

可见，相比单纯的欺诈性证明来说，ZK在安全隐私保护上设置了多重保障与验证机制，确保交易验证的严谨周到。还有如Aztec正专注于将隐私功能引入其ZKRollup技术，从而完善ZKRollup的隐私机制。

展望2023的Optimism和ZK

正如我们所看到的那样，Optimism和ZK作为Rollup解决方案上“各有千秋”。新的一年，它们仍将在各自的道路上革新迭代，或许我们可以期待2023年Optimism和ZK这两种扩容方案会应用到更多实际项目中去，持续为以太坊的发展赋能加码。

目前来说，我们只能得出Layer2将在使以太坊更具可扩展性方面发挥重要作用的结论，但是何种Rollup解决方案更胜一筹？则不能有明确的说法。毫无疑问的是，Optmism与ZK会朝着成为Web3世界Rollup方向的“黑马”推出更多优化举措。

长期来看，或许随着ZK相关技术的不断发展，ZKRollup的局限性会被打破，迸发出强劲的应用潜力。我们也希望在未来的时光里，这两种Rollup方案能够实现优势互补，将安全隐私、时效成本、开发门槛等因素的融合为更加优质的产品，打开一个新世界。正如我们所看到的那样，Optimism和ZK作为Rollup解决方案上“各有千秋”。新的一年，它们仍将在各自的道路上革新迭代，或许我们可以期待2023年Optimism和ZK这两种扩容方案会应用到更多实际项目中去，持续为以太坊的发展赋能加码。

参考文献：

Optimistic、zk-Rollups、L3...以太坊的可扩展性研究现在已经走到了哪一步？

以太坊的扩容之路

深度｜如何理解ZK和OptimisticRollup的前景和区别？

OptimisticRollupsVSZKRollups：六个最令人兴奋的以太坊Layer2扩展项目

Optimism的未来：Bedrock升级，Rollup去中心化以及融合ZK方案

科普|ZKRollup&OptimisticRollup

L2Rollup的竞争现状和挑战

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