以太坊擴容在社區中的討論如火如荼，多個解決方案正在加緊開發，並有望在今年全部上線主網。在整個以太坊 Layer2 方案爆發的前夕，imToken 聯合 ETHPlanet、EthFans、ECN、上海前沿技術研討會和 HiBlock 等多家優秀的以太坊生態社區與公司，共同策劃一場以太坊擴容主題系列活動。
4 月 23 日舉辦了第一場活動：Rollup - 以太坊 L2 擴容新範式杭州線下 Meetup。
以下是本次 imToken 首席科學家 Chang-Wu 的分享：「Rollup 未來在以太坊的角色」 的文字版，由 imToken 整理。
演講整理
我先帶大家了解一下什麼是 Rollup，以及 Rollup 未來與 Eth2 路線圖又是一個什麼樣的關係。
首先，我們都知道現在以太坊網絡的一個 block（區塊） ，它的計算單位是 gas limit（筆者註：每筆鏈上交易都會消耗 gas），每個區塊的 gas limit 都有上限，目前這個上限值已經被調整為 1500 萬，這 1500 萬就代表每個區塊可以包含的計算單元，也就是每個區塊裡所有交易累計消耗的 gas limit 不能超過 1500 萬 gas。
舉例來說，單純的 ETH 轉賬，每筆的 gas limit 是 21000。如果一個區塊中所有交易都是 ETH 轉賬，那麼單個區塊中最多可包含的交易筆數就是 1500w / 21000 = 714 筆。同時，目前以太坊出塊平均時間是 12 秒，那麼用 714 除以 12，我們就可以知道目前以太坊網絡每秒可處理交易數的上限。
最近大家都看到了，現在的網絡是非常擁擠的，尤其是在柏林昇級前，區塊 gas limit 只有 1200 萬的時候。但即使是通過升級把 gas limit 提升到了 1500 萬，我們仍然看到每個區塊幾乎都是滿的，區塊空間利用率接近飽和。
也就是說這時候你想要放入更多的交易其實是很困難的。同時我們也注意到，因為一些 DeFi 項目的興起、需求等等，每當市場上有震蕩的時候，手續費就會特別昂貴。過去一段時間，我相信大家也注意到在星火礦池維護的實時評估 gas 的網站上，有時甚至能看到 900、1000 Gwei 這樣非常昂貴的手續費的產生。
所以在這一現狀下我們認識到由於 DeFi 不停增長的需求，導致網絡擁擠、每個區塊都是飽和的狀態、手續費昂貴。即便近期（在柏林昇級中）提升了區塊的 gas limit，但仍不足以滿足鏈上的交易需求。
對此，我們越來越需要通過擴容來支撐以太坊網絡整體的交易量。這就是我們今天想要和大家介紹的主題 - Rollup，中文叫做卷疊。通過引入 Rollup 技術方案，我們可以將以太坊網絡的交易處理能力由當下 Eth1 上的 20 TPS（每秒可處理交易）提升至 4000 TPS（從理論上估計）。
那麼 Rollup 是什麼，以及它在 Eth2 路線圖中又會扮演什麼樣的角色呢？
我們都知道 Eth2 想要通過分片的方法來提升整體的交易量。具體而言，分片是通過將交易發送到不同的 Eth2 分片去做執行，因為分片本身的設計允許不同的交易在不同分片上平行處理，以此從最底層的協議上進行優化，達到給網絡整體擴容的目的。但是呢，我們也都知道，Eth2 的階段 0 是去年 12 月份剛上的，上面談到的分片實際運轉起來可能要等到階段 1.5 或階段 2。如果沒有過渡或者說妥協的方案出來，這中間將是漫長的等待期，而且期間網絡將一如既往的擁堵。這也是為什麼 Rollup 二層網絡解決方案在近期越來越受到歡迎和普及。
那接下來，我們開始介紹 Rollup，我會通過說明 Rollup 的每一個步驟來向大家解釋它是如何實現擴容的。
首先，下圖中間黑線上面代表 Layer1，下方代表 Layer2。 Layer1 的主網就是現在 Eth1 的主鏈，Rollup 項目方會在這條主鏈上部署一個智能合約。
用戶在這個合約中可以 deposit（存入）資產，存入後，Rollup 運營商或服務商就會在二層網絡上把這些資產映射出來。關於具體的映射方式，我們可以把它想像成是以數據庫的方式，映射成一個存儲的格式，而這個格式可以表示每一個賬號現在有多少餘額。
通過這種方式將用戶在主網 Layer1 的存入資產與二層網絡賬戶上的餘額進行映射。然後，用戶就可以在 Layer2 上進行轉賬、兌換等操作。那麼，當用戶們在 Layer2 發起大量交易時，由誰來對這些交易進行篩選、排序和打包呢？
在當前的 Rollup 二層網絡方案中，這個角色一般由項目方來承擔，我們稱其為 sequencer（排序者）。 sequencer 的角色，有點像是在打包這些交易，類似 Layer1 的礦工。但區別在於，sequencer 是先把交易整理好，然後才去做打包交易的動作。比如在二層網絡中用戶 A 給用戶 B 轉 10 個 token，用戶 B 給用戶 C 轉 20 個 token，這些交易就會由 sequencer 來負責驗證處理，並且打包整理成最後用戶 A、B、C 的餘額應該各有多少。
但僅做到以上這些仍是不夠的，因為以太坊上一筆交易占據的空間非常大。例如僅收款方的地址，就佔 20 個 bytes，ECDSA 簽名佔 64 bytes。對於以太坊區塊有限的空間來說，這些數據所佔用的空間較大，那麼我們是否有辦法壓縮這些數據呢？
方法是有的。現在以太坊上一個地址是 20 bytes，在二層網絡上，我們可以通過編碼的方式進行壓縮。具體來講，Layer1 上的一個普通地址通過編碼可以從 20 bytes 壓縮到 3 bytes。同樣的，上面提到的 ECDSA 簽名數據和其他數據也可以進行壓縮。 sequencer 的職責就是壓縮交易，並將壓縮後的數據放在 Data（以太坊交易的一個字段）中同步到 Layer1 上。以上就是 Rollup 處理交易的過程說明。
到這一步，我們看到即使是在 Layer2 上，sequencer 最終同樣需要把所有交易打包後的數據上鍊。這裡有兩個問題需要回答：
- 為什麼要把數據放到鏈上？
原因在於只有當數據上鍊時，數據才具備可用性，其他人就可以通過這些數據來驗證其中包含的交易是否真的成功。避免由於 sequencer 作惡（比如將一筆轉賬的收款地址替換為自己的地址）造成的資產損失。因此數據上鍊是必要的。 - 如何確保上鍊的數據是正確的（即如何保證數據的有效性）？
這就要求 sequencer 要對數據進行驗證，一般是通過提交 Proof（證明）來確保上鍊數據正確。
在第二個問題上，目前的 Rollup 方案主要區別在於對數據和 Proof 的處理上。有的方案只把數據上鍊，但不對數據進行驗證，也就是缺乏 Proof，比如 Optimism（筆者註：他們通過欺詐性證明來保障鏈上數據有效）。有的方案則是將數據和對數據的 Proof 同時上鍊來保證數據的有效性，比如 zkRollup 通過零知識證明對數據進行驗證，並且把驗證得到的 Proof 和數據一起上鍊，以此確保對應數據在鏈上的有效性和資金的安全性。所以 zkRollup 是目前被大家公認為比較安全的方案。
整體來看 Rollup 方案，Layer1 上的智能合約就像是城堡，其中的資金安全性依賴於 Layer1 自身的安全性。在 Layer1 上需要保存各賬戶的狀態轉換數據，同時要把 Layer2 上交易壓縮後的數據同步到 Layer1 上，至於要不要做 Proof 則取決於具體的項目方的取捨。
Layer2 則負責執行交易，將本來在 Layer1 上處理的交易轉移到 Layer2 上。當前對數據正確性的驗證主要有兩種典型的方案：
- Validity proof：即指類似於 zkRollup 的零知識證明方案。將數據和對數據的 Proof 同時上鍊。
- Fraud proof：即指類似於 Optimism 的欺詐性證明方案。由於只將數據上鍊，所以 Optimism 需要用戶或項目方自身去監測 sequencer 是否如實地把交易數據同步到了 Layer1 上。如果監測到欺詐行為，那麼就可以通過提交欺詐性證明來保障資產安全。
最後，關於數據可用性，從形態上可以簡單分為兩個代表：zkRollup 和 Optimism。主要區別在於對哪些數據上鍊（on-chain） / 不上鍊（off-chain）方面的取捨。大部分方案都是把數據上鍊的，但是也有一些方案選擇對一部分數據不上鍊處理，這麼做的好處在於可以進一步提升擴容性能，而不用受區塊自身可存放數據容量大小的限制；另一個原因是，有些應用顧慮到隱私性或其他一些特性，並不希望所有數據都上鍊，因而做了取捨，對這部分在這次分享中我們不去詳細討論。
在數據上鍊 / 不上鍊取捨上有一個典型的例子：zkPorter，也就是未來的 zkSync 2.0。他們宣稱在 zkSync 2.0 中可以達到 24,000 TPS，這主要是通過默克爾樹實現的，在不同分支中分別存放 zkRollup 與 zkPorter。對於在意安全性的用戶來說，zkRollup 是一個更可靠的選擇；但在對安全性要求相對較低的應用中，則可以考慮使用部分數據不上鍊的 zkPorter（效率更高，處理能力更好）。 zkSync 2.0 通過這種混合的方式實現有保障性的安全和效率的提升。
那麼為什麼說 Rollup 和 Eth2 的路線圖有關？其實前面有提到過，Eth2 分片上的交易執行暫時還無法立即到位，社區可能還要在等一段時間。但是在 Phase1 和 Phase 1.5 間，當分片的數據庫成型時，其中的每個分片就好比是一個主網，這些分片的數據層就可以用來存儲 Rollup 的數據。
當未來有分片的時候，雖然我們不能在其上立即進行交易，但是我們可以通過把 Rollup 的數據存到這些分片中提前發揮分片的作用，達到進一步擴容的目標。
這部分就是我今天的分享，謝謝大家。
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