Polygon 駁 Offchain Labs：ZK Rollup 才是以太坊擴容的未來_以太坊:以太坊交易

原文作者：BrendanFarmer，Polygon工程師

原文標題：《ZKandtheFutureofEthereumScaling》

編譯：海爾斯曼，鏈捕手

上個月，OffchainLabs發表了一篇名為《為什么說OptimisticRollup比ZKRollup更能代表以太坊擴容的未來？》的文章，比較了ZKRollups和OptimisticRollup兩個擴容技術。1月19日，Polygon的零知識證明工程師BrendanFarmer發文回應了OR社區的文章，表示要“友好辯論”，通過這兩篇文章，我們可以更加客觀、辯證地比較兩者的優缺點。

Arbitrum最近發布了一篇很棒的文章，認為OptimisticRollups(OR)代表了以太坊的未來，因為與ZKRollups(ZKR)相比，OptimisticRollups提供了自身固有的可擴展性和成本優勢。文章寫得很好，值得一讀。

本著友好辯論的精神，我們想提出不同的觀點。Polygon已向ZK投入了10億美元，這足以說明，我們堅信它是以太坊擴容方案中最有希望的途徑。

雖然OptimisticRollups具有“準備就緒”的優勢，但ZK擴展解決方案具也有兩個結構優勢：

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1、ZKRollups支持使用鏈上和鏈下數據模式進行擴展，后者提供比任何Rollup更高的吞吐量和更低的費用；2、用戶可在與以太坊橋接往返的過程中沒有延遲，并且不依賴流動性提供者。

2021年有一點很明顯，即不同的用戶更喜歡在安全性和交易成本之間進行不同的權衡，部分由于Polygon的快速增長。OptimisticRollups提供了安全性，但交易費用遠高于側鏈或alt-L1。

ZK不要求用戶在安全性和成本之間做出特定的權衡。當用戶選擇rollup模式時，相對于Optimisticrollup，ZK提供同等的安全性和更高的資本效率。當數據在鏈下時，ZK提供比側鏈和alt-L1更高的可擴展性和安全性，而且費用相同。?

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我們相信，ZK的可擴展性、低成本和資本效率，將會是以太坊擴容到十億用戶的最佳選擇。

Rollups概述

Rollups是一種擴展以太坊的方法，即將交易執行移出鏈外，但由以太坊來保證每筆交易的有效性。實際上，我們可以將資金存入智能合約，并在匯總時與這些資金進行低價交互，從而保證我們的資金與在以太坊上交易一樣安全。?

這是可行的，因為rollup使用以太坊進行數據可用性和交易驗證。恢復rollup的最新狀態和添加新交易所需的全部數據都發布到以太坊，并且交易會通過欺詐或有效性證明進行驗證。

OR中使用的防欺詐機制要求資金在爭議期內鎖定。如果rollup中包含無效交易，任何人都可以在爭議期間提交欺詐證明并將其還原。相比之下，ZKrollup包含一個有效性證明，以加密方式保證所有交易都是有效的，從而消除了任何延遲的需要。

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ZK的狀態

首先，要承認ZKrollup還沒有完全達到大肆傳播的程度。我們仍在等待支持通用智能合約的ZKrollup投入生產，目前使用的證明系統效率還較為低下。

然而，如果我們放眼未來，ZK密碼學正在以難以置信的速度發展。遞歸證明是可擴展和去中心化ZKrollup的重要原語，在十年前，它還只停留在理論層面。兩年前，遞歸證明需要兩分鐘才能生成。但今天，多虧了plonky2，一個由PolygonZero團隊創建的突破性的證明系統，我們能夠以毫秒為單位測量證明時間。在筆記本電腦上生成遞歸證明僅需170ms，而且我們預計證明時間和成本將繼續減少。

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Arbitrum的文章認為，證明生成會產生巨大的成本，而這部分將由用戶承擔，因為它涉及數千次昂貴的橢圓曲線運算，因此需要大規模并行識別或昂貴的硬件。但是，plonky2根本不使用橢圓曲線，我們的基準測試是在筆記本電腦上執行的。

實際上，rollup成本主要由CALLDATA的成本決定。我們可以從Arbitrum當前的交易費用中看出這一點，其中代幣交換成本約為4美元。作為比較，即使假設需要10分鐘來證明在具有32個內核和64gbRAM的c6g.8xlarge實例上進行交換，增加的成本僅為0.18美元。

與CALLDATA相比，這不是一個特別大的成本，正如我們將看到的，它被ZK的其他優勢所抵消。零知識技術還在迅速發展，現在輕視零知識擴容方案是很短視的。

Validia

不同的用戶在區塊鏈的成本和安全性之間做出不同的權衡。數以百萬計的人使用PolygonPoS鏈來獲得低費用和高吞吐量，即使交易有效性不能像rollup一樣得到保證。

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我們相信，數百萬用戶面臨擴展解決方案時，多會選擇將使用數據放在鏈外而不是rollup。Validium?與ZK-rollup類似，將有效性證明發布到以太坊以保證交易有效性，但數據保持在鏈外以節省CALLDATA成本。Validium有很多好處：?

不再受CALLDATA塊大小的限制，因此可以擴展到比rollup高100倍以上的吞吐量

費用要低得多

費用波動性應該更低，因為Validia消耗的gas要少得多，因此用戶不至于陷入關于區塊空間的rollup競價戰

ZK擴展為L2的設計空間打開了包含Validia的空間，它提供了比Optimism和ZKrollup更高的吞吐量，并提供資金不會被盜的加密保證。?

對Validia的假設性攻擊

ZK懷疑論者會注意到，理論上，即使Validium上的驗證者不能直接竊取用戶資金，他們也可以對用戶發起攻擊，從而扣留鏈的最新狀態并拒絕處理新交易。因此，驗證者可以劫持用戶資金。然而，我們覺得這個問題被夸大了。

首先，“數據扣押攻擊”需要三分之二的驗證者參與，這意味著大量的質押資產將面臨風險。攻擊將使代幣價格崩盤，降低攻擊者自己質押代幣的價值，并抵消所未來的費用收入。由于驗證者不能直接竊取用戶資金，他們需要協調受影響用戶的贖金支付，因此支付是不確定的。此外，鯨魚可能會保持rollup模式，因此攻擊者需要成功地從大量用戶中提取贖金以彌補權益損失。很難看出，在實際中這種攻擊如何做到有利可圖。

進一步的可擴展性優勢

除了Validia提供的巨大可擴展性優勢之外，ZKrollup還比OR更具可擴展性，因為它們為開發人員提供了降低費用的選項，即在不犧牲安全性的情況下減少CALLDATA使用。所有rollup都需要發布重建最新狀態所需的最少數據，但OR必須將驗證每個單獨交易所需的全部數據發布到以太坊。相比之下，ZKR可以將每批交易的最小狀態增量發布到以太坊，只發布恢復賬戶最終狀態所需的信息。這對于壓縮AMM池等合約的狀態更新非常重要。

OR黨?的一個回應是，這種壓縮實際上隱藏了重要的鏈數據，并且rollup應該提供對每筆交易歷史的去信任可見性。我認為這個論點忽略了一個重要的觀點，雖然ZKR上的開發人員可以選擇為少數需要它的應用程序發布未壓縮的CALLDATA，但大多數應用程序和用戶會更喜歡較低的費用，這是只有ZKR才能提供的折衷方案。?

因此，ZK為鏈上和鏈下數據可用性提供了擴展優勢。如果我們要將以太坊帶給10億人，我們必須讓用戶能夠做出成本和安全權衡。

資本效率

OR有一個持續一周的爭議期，這會對想退出rollup的用戶造成提款延遲。關于提款延遲有很多惡評，包括以太坊礦工或驗證者假設的為期一周的審查攻擊，當然這極不可信。

但是，提款延遲確實會導致資本效率低下。提前提款是可實現的，但做市商無法完全消除資本效率低下，尤其是在規模上。當面臨加密波動時，一周的時間其實非常長，如果流動性進入和退出OR之間存在不平衡，那么流動性提供者將需要承擔在提款期間持有鎖定資金的風險。雖然流動性提供者將競相為快速提款提供低費用，但他們將面臨必須轉嫁給用戶的鎖定資金的巨大機會成本。

相比之下，ZK擴容解決方案允許用戶在向以太坊發布證明時提取資金，從而消除了對流動性提供者的需求并提高了資金效率。Arbitrum的文章聲稱ZKrollups僅在橋接到以太坊L1時具有優勢，但事實上，ZKrollups也可以在其他鏈上檢查有效性證明，保證交易有效性和快速提款。

ZK的缺點

ZKrollups確實面臨幾個缺點。PolygonHermez團隊在完整的zkEVMrollup方面取得了令人矚目的進展，其中，?EVM字節碼的執行可直接通過有效性證明進行驗證。其他專注于將Solidity編譯為ZK友好字節碼的團隊，例如我們在PolygonZero或PolygonMiden、StarkWare和zkSync的團隊，可能會在使用現有以太坊開發人員工具時面臨挑戰。

但在實踐中，絕大多數Solidity代碼的行為應該相同，因為我們從EVM轉移到ZK字節碼所做的修改并不會影響功能，主要涉及到替換在算術電路中計算成本高昂的原語，如Keccak-256，具有算術電路友好的原語。

最終，零知識擴容提供的結構優勢，應該提供足夠的激勵來改進和調整開發人員工具，使其更易于在ZKL2上部署。

結論

總之，我們相信零知識擴容是以太坊的未來。Optimisticrollups是一項了不起的技術，它們為困擾以太坊的高gas費用提供了直接的解決方案。但是，Optimisticrollups讓用戶不得不面臨特殊的權衡，即安全性是以更高的費用和資本效率低下為代價的。

相比之下，ZK可容納更多不同類型的用戶，不論是以rollup模式進行交易、對費用不敏感的鯨魚，還是以驗證模式進行低價交易的用戶。ZK提供了將以太坊帶給10億用戶的最佳途徑。

此外，ZK還具有可擴展性和資本效率之外的優勢。OR受限于L1上的可能性，因為欺詐證明必須能夠在以太坊上執行。ZK沒有這個限制，可使用不同的簽名方案和L1不支持的原語。用戶可以在L2上私下進行批量交易，以更低的成本獲得L1的流動性，這是Aztec開創的一種方法。?

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