开放式Rollup VS 零知識Rollup

2021-05-18 21:05:51

“這是最好的時代，也是最壞的時代。”就像狄更斯重溫革命性巨變的歐洲一樣，今天的以太坊也是如此。以太坊上面的生態，尤其是DeFi，充滿了生機和創新，但網絡活動的指數級增長引發了擁堵危機。對於絕大多數潛在用戶來說，以太坊上的交易已經變得非常昂貴。提高可擴展性，是以太坊當前迫切需要做的事情。

我相信Rollups是新的發展方向。關於它們的關鍵信任假設和安全屬性，以及它們如何將Rollups與側鏈和EVM兼容的其他可伸縮解決方案區分开來，已經有很多論述。我在本文中重點說明兩種主要Rollups類別之間的異同：开放式Rollups和零知識Rollups。兩者的基本設計和指導原則基本相同。它們在“審查過程”的工作方式上有所不同。換句話說，以太坊如何決定一批Rollups交易應該被接受還是拒絕。正如我們所看到的，這個差異對开放式和零知識rollup的安全性、EVM兼容性和用戶體驗有重要影響。這些屬性反過來又對用戶、开發者和投資者產生了深遠的影響。

直到證明無罪才有罪，或者直到證明有罪才無罪？

在深入探討各自設計的復雜性之前，讓我們從高緯度的比較开始。

ZK Rollups將批量交易發送回以太坊，並附帶一種特殊類型的密碼證明。以太坊網絡使用這種所謂的“有效性證明”來驗證該批次交易的正確性。在ZK Rollups協議中，以太坊僅接受可以通過密碼驗證的那批交易。一言以蔽之：在證明自己無辜之前，是有罪的。

相比之下，在开放性Rollup中，以太坊假設給定的一批交易是合法的。它僅在某節點（不僅是开放性 Rollup的驗證者，而且是監視Rollup鏈的任何參與者）提交了有關交易具有欺詐性的有效聲明（“欺詐證明”）時才拒絕該交易。因此：在證明有罪之前是無辜的。

ZK Rollup依賴加密證明來確定交易的完整性，而Optimistic Rollup則具有在Rollup中處理交易的時間與基礎鏈最終接受之間的寬限期。這個“爭議期”為用戶提供了充足的時間提交欺詐證明。盡管在實踐中，這將導致更長的取款期（最多1-2周），以便token從Rollup鏈遷移回到以太坊基礎層。為了使开放性Rollup安全地運行，只需要一個誠實的參與者在必要時提交欺詐證明。此外，“开放性Rollup”使用經濟誘因來確保惡意用戶無法使用虛假的欺詐證據向網絡發送垃圾郵件。更具體地說，處理交易的驗證者和提交欺詐證明的網絡參與者都被鼓勵這樣做，因為他們必須在其判斷上質押token，如果失敗，token將被沒收。

乍一看，ZK Rollup看起來似乎是比較嚴格。它們不僅為每筆交易增加了加密證明負擔，而且還避免了困擾“开放性Rollup”的為期一周的提款延遲。但是，從本質上講，ZK Rollup並不比开放性Rollup更好。它實現起來要比想象的復雜得多。

准備就緒

無論ZK Rollup有多少理論上的優點，至少在當前階段它受限於其為擴展DeFi所能提供的組件。

諸如Arbitrum和Optimism之類的开放性Rollup提供的執行模型與以太坊虛擬機非常相似。對於开發人員而言，不管代碼的復雜程度如何，轉到开放性 Rollup都是非常容易的過程。Arbitrum最近更新的文檔清楚地表明了遷移應用程序的過程有多么的簡單。一般來說，开放性Rollups可以提供與Matic / Polygon和Binance Smart Chain等替代EVM兼容的縮放解決方案所提供的相同的功能。

另一方面，對於諸如Starkware和ZkSync之類的領先ZK Rollup協議，兼容性是一個更加棘手的問題。因為ZK Rollup被設計為具有與每種單一類型的交易相關的有效性證明，所以其匯總技術的構建要繁重得多。ZK Rollup已成功用於一些離散任務，例如直接轉移和交易。但是他們尚未為DeFi智能合約提供通用支持。

這一點絲毫不會減弱ZK Rollup的未來潛力。值得一提的是，不管時間早晚，ZK Rollup可能會提供开放性 Rollup已完成的許多工作：接近完全的EVM兼容性、計算效率以及易於移植的復雜代碼。然而，按照目前的情況，只有开放性 Rollup才能解決以太坊的緊急擁塞問題，並為DeFi快速擴展提供了一種方法。

安全問題

問題是，如果以安全性為代價換取擴展速度是否值得？ZK Rollup的支持者認為，ZK Rollup提供了對脫鏈執行的密封加密驗證，因此比开放性 Rollup具有決定性的安全優勢，這意味着ZK Rollup可能在DeFi協議逐步擴展中大有可為。

但是，實際上，安全性問題並不那么簡單。

ZK Rollup由指定的一方構建，該方執行交易，構建區塊並包括有效性證明。該行為稱為“ relayer”（或“ prover”）。在ZK Rollup中，中繼器被加密，防止提交欺詐性的交易，並且鎖定 Rollup所處理的資金。但是，這種對單方的依賴會產生一些潛在的漏洞。

中繼器用零知識證明構造塊的工作需要昂貴的計算基礎結構。如果中繼器由於任何原因脫機，則不一定會有其他方擁有證明技術可以無縫接管處理職責。實際上，這意味着ZK Rollup不具有強大的柔性保障。

現在我們把它和开放性 Rollup進行比較。在开放性Rollup上，單方“定序器”也被指定為區塊生產者和交易處理器。在大多數情況下，开放性Rollup網絡上的其他驗證程序充當“裁判”，可以在定序器上“發出犯規提示”。也就是說，他們可以在必要時發布欺詐證明，以觸發爭議解決流程。但是，重要的是，這些額外的驗證器也可以在沒有額外的處理能力或技術知識的情況下承擔塊的生產角色。Arbitrum的創始人甚至聲稱，可以使用帶有一些額外RAM的普通筆記本電腦來運行Arbitrum節點。

ZK Rollup的支持者認為，开放性Rollup中存在類似的漏洞，並且由於缺乏密碼約束，這些漏洞在被利用時更為嚴重。該參數運行方式如下：

开放性Rollup假設“ n個參與者之一”是誠實的。這意味着，只要有一個誠實的網絡用戶可以提交欺詐證明，Rollup協議就可以正確處理交易。這些批評家堅持認為，問題在於，盡管“一個誠實的參與者”要求比側鏈的簡單多數共識機制要弱，但仍然容易受到審查的影響。如果所有參與者都遭到破壞或被迫下线，則理論上可以將欺詐性批次提交給以太坊，而不會觸發爭議解決。

從理論上講，這種攻擊場景是有道理的，但實際上有兩個重要的因素：

首先，如上所述，开放性Rollup的糾紛解決期很長，為一到兩周。除了驗證者之外，任何正在監視網絡狀態的參與者都可以在此爭議期內提交欺詐證明。這意味着“Rollup中的一個”假設不是“匯總中的一個n個驗證者”，而是“匯總中的一個”，正如領先的Rollup研究人員約翰·阿德勒（John Adler）對我所說的那樣。

此外，出於博弈論的原因，我們假設已經損壞的網絡參與者將叛逃並提交欺詐證明，因為這樣做會使叛逃者有權獲得區塊生產者的沒收股份。換句話說，“一個誠實的參與者”實際上只是一個假設，很有可能出現一個貪婪的參與者愿意為金錢獎勵提交正確的欺詐證明。

除了活動性保證和“一個誠實的驗證者”假設之外，還有其他各種安全問題值得探討。討論的目的不是在信任和安全的復雜問題上得出黑白結論。相反，我的目標是通過加密驗證將ZK Rollup的原本低消的功能變得比开放性Rollup更安全。

用戶體驗

盡管上面的討論強調了开放性Rollup網絡的可用性並強調了其安全模型的優勢，但是ZK Rollups仍然在用戶體驗方面比Optimistic Rollups具有決定性的優勢。

具體來說，可以立即確認ZK Rollup事務。因此，ZK Rollups的用戶理論上不必等待任何重要的時間即可將其資金撤回以太坊。另一方面，如前所述，开放性Rollup要求延遲1-2周才能退出，以解決爭端。

這些延遲長期以來一直被認為是开放性Rollup的致命弱點，這是有充分理由的。盡管有些人認為开放性Rollup對用戶有足夠黏性，以至用戶不需要以任何頻率往返於以太坊，但我很難想象加密原生用戶將忍受比SWIFT更糟糕的提款延遲。

幸運的是，對於开放性 Rollup協議，撤回延遲是一個可以解決的問題，這在很大程度上要歸功於Rollup數據的透明性和可用性。數據可用性是开放性Rollup的一項基本功能，因為它允許其他網絡參與者（“裁判員”）在定序器欺詐性地處理交易的情況下充滿信心地提交欺詐證明。另外，此數據可用性功能還允許外部觀察者在挑战期過去之前以及在以太坊上實現真正的結局之前，發現一批有爭議的开放式Rollup交易的正確結果。

目前，許多有發展前景的協議都在圍繞向开放性 Rollup用戶提供即時流動性的基本概念進行迭代。Connext和Hop是通用的跨鏈協議，它們使用條件轉移技術的變體來允許用戶在二層網絡與EVM兼容的第1層和以太坊之間交換token。MakerDAO最近宣布了針對提款延遲問題的更窄的解決方案：开放主義者與以太坊之間的橋梁，利用協議的無限制Dai流動性和鑄幣功能，向發起提款的开放性用戶在以太坊上鑄造Dai。此外，Rari Capital正在开發一種稱為“Nova”的有條件提款”解決方案”，它使用“機器人”在Rollup用戶上執行以太坊上的特定任務，而不會強迫他們將所有流動資金遷移回以太坊。最後，中心化交易所很可能會為“开放式Rollup”提供直接的資產出入。

當然，有必要對提款延遲問題和這些新生的解決方案進行更詳細的研究，但這需要單獨的文章。但是，至少在短期內，开放性Rollup的成功在很大程度上取決於這些“快速退出”協議的成功。值得贊揚的是，ZK Rollup不會共享這些相同的用戶體驗痛點，因此並不依賴可行的跨鏈基礎架構。

最後的想法

總之，減少“零知識Rollup”和“开放式Rollup”的復雜性對從整體上提升擴展規模可能會有所幫助。

在此階段，尚不知道Rollup如何與其替代品相提並論。側鏈（Matic / Polygon）和EVM兼容的第1層（Binance Smart Chain）已經將自己定位為已經令人印象深刻的應用程序套件的早期擴展老手。此外，衆多尋求低價和高吞吐量的加密用戶在使用這些其他擴展解決方案時毫不猶豫，無論其安全性如何。

我自己的觀點是，某一個項目進入全面應用階段尚需要時間。在短期內，看到Rollup遇到一些發展難點不足為奇。替代鏈的激勵措施是豐厚的，早期Rollup採用者的用戶體驗不太可能會形成瓶頸。此外，由於缺乏可靠且無縫的跨鏈基礎架構，我們可能會在DeFi上遇到真正的流動性分散問題，這使得任何擴展性解決方案都難以真正壟斷市場。

但是，從中長期來看，我認為競爭性擴展解決方案之間在成本、速度和用戶體驗方面表現出的任何差異都會趨向於零。剩下的主要差異將是安全性和信任假設，以及每個解決方案在此期間建立的任何網絡影響。如果這種情況確實發生（以及何時發生），以Rollup為中心的以太坊的愿景最終可能成為現實。