从链上到链下：状态通道与Roll-ups

作者：Bill Buchanan，来源：Medium，编译：Shaw 金色财经

不久之后，我们需要意识到我们正在运行一个传统的金融世界，并且需要构建一个更值得信赖的数字基础设施。实际上，我们需要变革的不只是金融领域，还有任何需要高度信任、安全性和分布性的领域。为此，我们可以采用像以太坊这样的 Layer 1 区块链方法，但它已经暴露出扩展性问题，其主账本和计算基础设施无法处理每秒超过 15 到 30 笔的交易。不过，如今正在采用新的方法来减轻以太坊的负担——同时仍保持其可信度和分布性。这些方法包括用于共享的 Layer 1 实现，以及向权益证明 (PoS) 的过渡。然而，最令人关注的进展发生在 Layer 2 方法中，这些方法建立在核心以太坊网络（主网）之上。

Layer 2: 状态通道

状态通道最初是在比特币闪电网络中实现的，后来在以太坊上进行了扩展。通过这种方式，我们基本上在主网账本上有两个记录，其中相关方必须承诺一些资金，这些资金可能会被使用，也可能不会被使用。例如，假设Bob想要创建一个侧通道来支付客户费用，并承诺支付10个ETH。然后，他将创建一个通道合约。承诺的ETH将在通道有效期内被锁定，并且无法使用。Bob可以给Alice 2个ETH，给Carol 3个ETH。完成后，他将提交完成的交易，Bob将收回5个ETH，Alice和Carol分别获得2个ETH和3个ETH。最后，Bob只需发布汇总数据，并且只需为主网账本上的两次承诺支付交易费用。状态通道的实现由Polygon提供，它实现了完整的EVM兼容性和低交易费用。以下是一个例子：

Layer 2: Roll-ups

扩大以太坊规模的最佳机制之一是通过Roll-ups和侧链将交易转移到链下。

Optimistic Roll-ups

这些机制在链下处理交易，并假定交易有效（本质上是一种“信任并验证”的方法）。只有当交易出现争议时，它们才会占用主网上的计算资源。因此，在交易真正确认到主网之前，需要一段“挑战期”的延迟。

在 Arbitrum 中，欺诈观察员会分析交易，如果发现欺诈交易，观察员会将欺诈证明发布到主网。实际上，Arbitrum 可以识别与欺诈分析相关的代码行，然后将其发布到主网。主网随后可以对欺诈证明进行裁决，并决定是否执行所需的代码。Arbitrum 有七天的提现期。

Optimism也采用了链下方法，并结合了 Optimism Roll-up，并假设交易有效。它使用观察者（或验证者）来确定是否存在欺诈性交易，一旦发现此类交易，观察者可以提交欺诈证明，相应交易将被撤销。观察者将因发现欺诈性交易而获得奖励。总体来说，质疑期约为七天。若欺诈证明属实，相关交易将被回滚。

零知识Roll-ups（zk-Rollups）

这些技术将计算和状态存储转移到链下，并采用一种无需信任的方式。一旦状态更新回主网，只需极少的更新即可完成状态变更及其相关的证明。由于我们拥有压缩格式的证明，因此可以快速验证更新后的交易，同时保障交易的隐私性。有了这种技术，与需要数天才能提交的 Optimistic Rollups 不同，使用 zk-Rollups（基于 zkSnarks）我们只需大约一小时即可验证证明。这确保了没有双重支付，并且所有交易都具有偿付能力。ZKsync 就是一个例子。

使用 zk-Rollups，交易的有效性有加密证明，并连接到主网。因此，进行欺诈交易将极其困难。使用 Optimistic Rollups，由于缺乏加密证明，因此在承诺返回主网之前，存在延迟，从而可以检测到欺诈交易。

侧链

这是一个独立的侧链，是一条桥接到主网的独立区块链。与 roll-up 方法不同，更新后的交易可以在需要时回显到主网。总的来说，它们拥有自己的区块链和共识机制，例如权威证明 (PoA)。Polygon 就是一个侧链基础设施的例子。侧链的总体弱点在于，它们的安全模型可能与以太坊主网不同。

结论

在我看来，在离线链中使用零知识证明是最佳解决方案，因为这样可以快速验证主链上的交易，并且能保护交易双方的隐私。我们还可以在零知识证明中使用选择性披露，这在揭示重要信息时很有用，比如一个人是否有权访问某个资源。

对于Optimistic Rollups，我们假定交易有效，除非有相反的证明，并且需要一个挑战期，在此期间交易在最终确定前可以被质疑。而使用zk-Rollups，我们的交易是有效的，因为有相关联的证明，并且能快速提交到主网。遗憾的是，zk-Rollups 需要对密码学和区块链有深入的理解，这可能会减缓开发进程。

显然，以太坊并非唯一的选择，Polygon、Solana、Cardano 和 Polkadot 等提供了比以太坊更具扩展性的替代方案。不过，我们热爱这个为我们带来智能合约和以太坊虚拟机（EVM）的区块链，许多人希望它能够克服可扩展性问题，同时保持同样的去中心化和安全性水平。