V神最新发文：Rollups有望成为以太坊扩容的基石

以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 在发布的《 Rollups 不完全汇总指南》中指出，汇总（Rollup）是一种强大的新的二层扩容范例，在短期和中期的未来（以及可能也是长期的）中，有望成为以太坊扩容的基石。不过，目前，Rollups 存在用户难以理解、生态系统不支持、交叉 Rollup （Cross-Rollu 交易）、Plasma 以及 Rollups 间设计空间的探索、最大化预确认（pre-confirmations）安全性、高效的 ZK-VM 等关键挑战。

汇总（Rollups）在以太坊社区中风靡一时，并有望在可预见的未来成为以太坊的关键可扩展性解决方案。但是，这项技术究竟是什么？您能从中得到什么期望？您将如何使用它？这篇文章将尝试回答其中一些关键问题。

背景：什么是Layer 1和Layer 2扩容？

扩展区块链生态系统有两种方法。首先，您可以使区块链本身具有更高的交易能力。这种技术的主要挑战在于，具有“更大区块”的区块链本来就更难以验证，并且可能变得更加中心化。为了避免此类风险，开发人员可以提高客户端软件的效率，或者更可持续地使用分片（sharding）之类的技术，以使构建和验证链的工作分散在多个节点上。目前，被称为“ eth2”的工作正在为以太坊构建这种升级。

其次，您可以更改使用区块链的方式。用户不再将所有活动直接放在区块链上，而是通过“二层（Layer2）”协议在链下执行大量活动。在链上有一个智能合约，该合约只有两个任务：处理存款和提款，以及核实证明链下发生的所有事情都遵循合约规则。进行这些证明的方法有多种，但是它们都具有以下特性：在链上验证证明比在链下进行原始计算便宜得多。

状态通道vs Plasma vs Rollups

Layer 2扩容的三种主要类型是状态通道，Plasma和汇总（Rollups）。它们是三种不同的范式，具有不同的优势和劣势，在这一点上，我们相当有信心所有Layer 2扩容都大致可归为这三类（尽管存在命名争议，例如参见“ validium‌”）。

状态通道如何运作？

另请参阅：https://www.jeffcoleman.ca/state-channels‌和statechannels.org‌

想象一下，爱丽丝（Alice）正在向鲍勃（Bob）提供网络连接服务，而鲍勃（Bob）向她每兆字节支付0.001美元。爱丽丝（Alice）和鲍勃（Bob）使用以下Layer2方案，而不是每次付款都进行交易。

首先，鲍勃将1美元（或一些ETH或稳定币等价物）放入智能合约中。为了向Alice支付第一笔款项，Bob签署了一张“票”（一条链上消息），上面写着“ $ 0.001”，然后将其发送给Alice。要进行第二次付款，Bob将在另一张票上写上“ $ 0.002”，并将其发送给Alice。依此类推，可以根据需要进行多次付款。当爱丽丝（Alice）和鲍勃（Bob）完成交易后，爱丽丝（Alice）可以发布价值最高的票证，用她自己的另一个签名包裹起来。智能合约将验证Alice和Bob的签名，向Alice支付鲍勃票上的金额，并将剩余的钱退还给Bob。如果Alice不愿意关闭通道（由于恶意或技术故障），则Bob可以启动撤回期限（例如7天）；如果Alice在这段时间内不提供“票”，那么Bob的钱将会全部返还。

该技术功能强大：可以对其进行调整，以处理双向支付，智能合约关系（例如，Alice和Bob在通道内签订金融合约）和组成（如果Alice和Bob拥有开放通道，Bob和Charile也拥有），Alice可以不信任地与Charile互动）。但是通道可以做什么将会受到限制。不能使用通道将资金从链下发送给尚未参与通道的人。通道不能用于表示没有明确逻辑所有者的对象（例如Uniswap）。而且通道，特别是如果用来做比简单的定期付款更复杂的事情的通道，需要锁定大量资金。

Plasma如何工作？

另请参阅：最初Plasma白皮书‌和Plasma Cash‌。

要存入资产，用户需将资产发送到管理Plasma链的智能合约。Plasma链为该资产分配一个新的唯一ID（例如537）。每个Plasma链都有一个操作者（可以是一个中心化的参与者，或者是一个多重签名，或者是更复杂的东西，例如PoS或DPoS）。每隔一个间隔（可能是15秒，一个小时，或介于两者之间的任何时间），操作者都会生成一个“批次（batch）”，其中包括着他们已从链下收到的所有Plasma交易。他们生成一个Merkle树，其中在树中的每个索引X处都有一个转移资产ID X的事务（如果存在这样的事务），否则这个Merkle树的叶子为零。他们发布这个树的Merkle根进行链接。他们还将每个索引X的Merkle分支发送给该资产的当前所有者。要提取资产，用户需要发布最近一笔交易的Merkle分支，并将资产发送给他们。合约将开始一个质询期，在此期间，任何人都可以通过证明（i）发送方在发送资产时不拥有这个资产，或（ii）在以后的某个时间他们还将这些资产发送给了其他人，来尝试使用其他Merkle分支机构使取款无效。如果在7天内（例如）没有人证明这个提款是欺诈性的，则用户可以完成提取资产。

Plasma提供比通道更强大的属性：您可以将资产发送给从未参与系统的参与者，并且资本要求低得多。但这是有代价的：在“正常操作”期间，通道不需要任何数据就可以在链上进行传输，但是Plasma要求每条链定期发布一个哈希。此外，Plasma传输不是即时的：您必须等待时间间隔结束并等待区块被发布。

此外，Plasma和通道共有一个共同的弱点：为什么它们安全的博弈论依赖于这样的思想，即由两个系统控制的每个对象都具有一定的逻辑“所有者”。如果该所有者不关心其资产，则可能导致涉及该资产的“无效”结果。这对于许多应用都没关系，但是对于其他许多应用（例如Uniswap）却是一个破坏交易的因素。即使在无需所有者同意的情况下可以更改对象状态的系统（例如基于帐户的系统，在无需他人同意的情况下您可以增加某人的地址余额）也不适用于Plasma。这一切都意味着在任何实际的Plasma或通道部署中都需要大量的“特定于应用的推理”，并且不可能制作仅模拟整个以太坊环境（或“ EVM”）的Plasma或通道系统。为解决此问题，我们走向了Rollups。

汇总（Rollups）

另请参阅：关于optimistic rollups‌和ZK rollups‌。

Plasma和通道是“完整”的二层（Layer 2）方案，因为它们试图将数据和计算都移到链下。但是，围绕数据可用性的基本博弈论问题意味着，不可能对所有应用都安全地做到这一点。Plasma和通道通过依赖所有者的明确概念来解决此问题，但这会阻止它们走向完全普及。另一方面，汇总是“混合”二层方案。汇总将计算（和状态存储）移到链下，但每个事务在链上保留一些数据。为了提高效率，他们使用了许多花哨的压缩技巧来尽可能地用计算替换数据。结果是系统的可扩展性仍然受到基础区块链的数据带宽的限制，但是但是以一个非常有利比率：以太坊基础层ERC20代币传输成本约为45000gas，而汇总中的ERC20代币传输占用16个字节的链上空间，成本不到300gas。

数据属于链上这一事实很关键（注意：将数据“放在IPFS上”是行不通的，因为IPFS不能就是否有任何给定的数据可用达成共识；数据必须放在区块链上）。将数据放在链上并对此达成共识，任何人都可以根据需要在本地处理汇总中的所有操作，从而允许他们检测欺诈，发起提款或亲自开始生成交易批次。缺乏数据可用性问题意味着恶意或离线操作者能够造成伤害更少（例如，它们不会造成1周的延迟），从而为有权发布批次的人员开放了更大的设计空间，并使汇总工作变得非常容易推理一下。最重要的是，缺乏数据可用性问题意味着不再需要将资产映射到所有者，这是导致以太坊社区对汇总感到比以前的二层扩展更令人兴奋的关键原因：完全通用，甚至可以在汇总中运行EVM，从而使现有的以太坊应用几乎无需编写任何新代码即可迁移到汇总。

好的，那么汇总如何工作？

链上有一个智能合约，它维护状态根：汇总状态的Merkle根（意思是，“余额”内的帐户余额，合约代码等）。