L2 Rollup的竞争现状和挑战

在过去的几年中，随着以太坊网络活动的增加，2层协议（L2）Rollup解决方案已成为重要的解决方案。非同质化代币（NFT）和去中心化金融（DeFi）的活动和参与引起了1层（L1）区块链活动的激增。反过来，由gas费代表的块空间需求也增加了。由于网络负载的增加，交易完成的时间也随之增加。

虽然以太坊合并为将来的gas费用优化奠定了基础；但它并没有直接降低交易费用。

在2020年夏到2021年夏的一年中，以太坊网络上的gas成本（以Gwei为单位）增长了1300%。需要快速、经济实惠的交易促使两种主要Rollup形式的产生：Optimistic和Zero-Knowledge（ZK）。

Rollup通过将以太坊网络的交易改为链下处理，将它们转换为单个数据块，然后作为批处理在以太坊上重新提交，降低了相关成本和时间，减轻以太坊网络的计算需求。两者之间的最大区别在于，Optimistic Rollup利用欺诈证明，而ZK-rollup则依靠零知识证明来验证对主链的更改。

欺诈证明将离线交易(off-chain transactions)打包在一起，然后将它们重新提交到L1。被提交到L1之后，会有一个挑战期，在此期间任何人都可以通过计算欺诈证明（Fraud Proofs）来挑战rollup的结果。同样，零知识证明也将离线交易打包在一起，并将它们作为单个交易提交。它们之间的区别在于，零知识证明不是假设交易最初是正确的，而是使用有效证明（Validity Proofs）立即证明交易是否有效。一旦交易被确认为有效，它们就会被提交到L1。

这就是它们各自获得名称的方式：

欺诈证明是检查交易是否有任何欺诈性交易的证明，而有效证明是在交易提交到L1之前完成。

尽管两者都有知名项目，但它们各自都有自己的优点和缺点。Optimistic Rollup具备的优势是，只有在出现问题时才需要欺诈证明。这意味着它们需要的计算资源较少，能够很好地扩展。劣势在于挑战期。挑战期越长，任何欺诈性交易被发现的可能性就越大，但也意味着用户必须等待更长时间才能提取资金。对于领先的解决方案，例如Arbitrum和Optimism，这个等待时间可能会持续一周。另外，ZK-rollup有一个优势，即始终反映出正确的L2状态。它的劣点是所有状态转换都需要证明，而不是仅在被挑战时，这限制了可扩展性。这进一步复杂化了技术的性质和早期阶段。

尽管有各自的挑战，ZK-rollup被视为rollup的未来。这主要是因为有效证明的自动生成增加了协议的安全性，提款时间大大减少，因为没有挑战期，ZK-rollup还具有更好的数据压缩。出于这些原因，我们将专注于ZK-rollup Space的当前状态、最新的创新以及未来的发展。

数据来源：Galaxy Digital

正如我们所讨论的，ZK-rollup主要的关注点是像zkSync、Starknet、Polygon zkEVM和Scroll这样的参与者，他们都已经筹集了大量资本（总计7.8亿美元）来开发自己的解决方案，只有StarkNet启动了主网。每一个项目都有自己的角度，主要区别在于在数据可用性策略和证明算法方面有所不同。

数据可用性策略决定了Rollup的状态数据存储在哪里，虽然链上存储增加了安全性，但占用了以太坊网络上的区块空间，降低了交易的吞吐量。

证明算法是生成有效性证明的手段，可以是 STARK 或 SNARK。这两种算法都可以帮助开发人员将计算和存储转移到链下，从而提高可扩展性。他们还能够在无需访问信息本身的情况下验证用户是否有足够的资金和正确的私钥，从而提高安全性。 

与 SNARK 相比，STARK 的优势在于提供更高的可扩展性、安全性和透明度。STARKS 的缺点是证明数据量更大，验证时间更长，而且 SNARKs 相对只使用了 24% 的 gas。对于 SNARKS 和 STARKS，我们在速度和成本与可扩展性、安全性和透明度之间进行权衡。虽然正在探索许多不同的方法，但关于设置 ZK-rollup 的最佳方法还没有明确的答案。每种配置都会带来各自的好处，许多开发人员仍在探索最佳选择或组合。

正如我们所讨论的，ZK-rollups 仍在开发中，在区块链用户能够获得全部收益之前需要克服各种挑战。语言兼容性就是这样的挑战之一； 将 EVM 友好的编程语言（例如 Solidity）转换为专门针对 ZKP 优化的定制语言可以帮助提高效率，但也给开发人员带来了适用性的挑战。例如，StarkNet 正在寻求通过 Warp 来解决这个问题，Warp 是一种 Solidity 到 Cairo（StarkNet 的 ZKP 的语言）语言编译器，可以自动将 Solidity 转换为 Cairo。使用 Warp，开发人员无需在 Cairo 中重写代码，从而使整个过程更加顺畅。

其他挑战包括项目的保密性质，由于担心先发优势和获取粘性用户群，许多项目违背了加密的开源精神。大多数 ZK-rollups 是今年首次推出的，突显了该领域尚未完成的工作量。

最后，虽然 Rollup（Optimistic和零知识）可以改进速度和成本，但它往往以去中心化为代价。这是由于对定序器（sequencer）的内在需求，参与者打包处理交易并将证明提交给 L1。目前，所有 Rollup 都需要一个中心化的定序器，并使用由单个实体管理的可升级智能合约。因为这个领域还出于早期阶段，所以通常需要中心化的方式来快速修复代码中的错误。此外，这些项目不是开源的，为社区成员充当定序器创造了另一个障碍。许多项目都表示他们计划在未来将他们的 定序器功能去中心化，但这无疑需要额外的资源和时间。

启动代币和开源代码将是许多项目寻求去中心化的下一步安排。将这些服务进行代币化以产生活动并使产品去中心化是我们预计会看到各种不同解决方案出现的另一个领域，因为项目试图创建市场上最具可扩展性、去中心化和活跃的L2。StarkWare 和 zkSync 都计划推出代币，Polygon 可能会使用 MATIC 来支持 Polygon 的 zkEVM 计划。 ZK-rollups 上的代币设计是一个比 optimistic rollup 技术更新生的领域，找到一个有效和可持续的模型可以区分和促进采用。

zkEVM仍处于起步阶段，竞争仍在主网上线。StarkNet具有先发优势，但由于使用Cairo，仍然存在支持Solidity功能的挑战，为竞争对手留下了改进的空间。能够积累大量用户的项目将吸引DApp开发人员，反过来又会吸引更多的DApp到自己的平台，增加功能集。基于这种考虑，ConsenSys的zkEVM目前正在转移到测试网络，并专注于DApp开发人员，利用MetaMask、Infura和Truffle等工具，使他们可以像直接使用以太坊一样部署和管理应用程序。

虽然我们已经讨论了zkEVM 市场中的当前参与者，但像 Polygon、Optimism 和 Arbitrum 这样的其他主要 Rollup 解决方案仍占有相当大的市场份额。随着zkEVM解决方案的成熟，我们可能会看到这些项目寻求转向有效证明或混合解决方案，利用它们现有的用户群来吸引DApp开发并维护它们的市场优势。最后，许多 Rollup 解决方案（以及它们之间日益增长的竞争）将继续提高 web3 用户体验，并为平台引入应用程序，以吸纳下一代用户。

鉴于这些威胁，我们并不感到惊讶该领域的项目保密手段，但我们相信真正的获胜者将能够利用ZK-rollup的效率，并将其与无缝的开发人员和用户体验相结合，从而取得胜利。