所有的区块链在开发时都会面临同样的问题，被称为“区块链三难困境”的三难是去中心化、安全性和可扩展性，每个区块链只能解决这 3 个中的 2 个。在以太坊中，它是去中心化和安全的，但缺乏可扩展性。
无论你是否参与过以太坊的链上交互，你都可能听说过 Gas 费用这个词。Gas 费用本质上是你在执行交易时支付的费用，这笔费用是为了补偿你的交易需要使用的计算能量。目前，以太坊网络有每秒 15 笔交易 (TPS) 的限制，考虑到使用以太坊及其蓬勃发展的 Dapp 生态系统的需求，这还远远不够。这种情况会从本质上造成了一个瓶颈，即网络被交易堵塞，导致 Gas 费用飙升。每个人都在争取他们的交易会先被验证和执行，有些人甚至愿意支付比其他人更高的 Gas 费用来确保交易快速完成，实质上意味着将交易包含在一个区块中的需求超过了区块本身的空间，结果将会是 Gas 费的飙升。
这就产生了一个问题，难道只有拥有大量的资金才能使用以太坊？这显然不是以太坊的最初目标，它旨在为世界上的每个人提供前所未有的金融渠道。它想要公平的竞争环境，而不是成为“富人的游乐场”。因此，以太坊迫切需要扩展解决方案。
解决以太坊基础层（第 1 层）的可扩展性问题，意味着以太坊必须增加其区块的限制以提高 TPS，这么做的结果将是成为矿工/节点所需的硬件将非常昂贵（即设置节点），最终以太坊将变得越来越中心化。
因此，目前以太坊社区认为扩展以太坊区块链的最佳方法是通过第 2 层（Layer 2）扩展解决方案。第 2 层扩展解决方案有 3 大类技术：Plasma、状态通道和 Rollups。
接下来，我将详细介绍 Rollups。
如果你不知道第 2 层是什么意思，那么你可以这样理解，第 1 层是最初的主要区块链（以太坊），在那里以太坊的用户达成共识并构建各种应用程序，所以当第 1 层拥塞时，你可以有一个智能合约来连接到主链外的“第 2 层”，在那里交易可以被处理，然后再返回到可以验证的主链上。第 2 层是一个额外的区块链，它比以太坊主网本身的效率更高，成本更低。将第 2 层视为第 1 层（以太坊主网）的子城市，它或多或少地在第 1 层的控制下帮助运算。
Rollup 是一个非常聪明的扩展解决方案：它本质上是将计算过程从主链转移到称为“Rollup 链”的单独链上。“Rollup 链”本质上是一条独立的区块链，在这些“Rollup 链”上，执行交易之后，数据被聚合并汇总在一起，然后传输到主链进行验证。因此，这项技术被称为 Rollup（汇总）。计算过程在链外进行，并且将放入以太坊主链区块里的数据也减少了，这两者都可以减少以太坊的网络拥塞。
而 Rollup 技术要想实施，这个过程必须要有一个“中介”——一个将“Rollup 链”连接到主链的智能合约。该智能合约的主要功能是促进转移并验证“Rollup 链”发生的一切都按照规则进行。这种 Rollup 技术的好处是它可以将以太坊的 TPS 从 15 TPS 提高到 1000 TPS，同时将每笔交易的 Gas 费用从 45,00 GAS 降低到大约 300 GAS。
以太坊社区的成员和开发人员对 Rollup 技术进行了大量讨论和辩论。这其中的争论源于两种都可性的 Rollup 技术：Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups（零知识汇总）。
Optimistic Rollups 使用一种称为“欺诈证明”的技术点，简单来说，Optimistic Rollups 不执行任何计算，因为它们只是与以太坊主链同时运行，并且在交易被执行和批处理后，它们只是将数据发布到主链并假设它是正确的，因此被称 Optimistic（乐观）。
显而易见的问题是，Optimistic 怎么能证明数据是正确的？这其实就是“欺诈证明”的用武之地。Optimistic Rollups 有一个名为“争议解决系统”的机制。如果有人从 Rollup 链向主链发送了无效或欺诈性交易，则该系统将捕获和惩罚该人。想要将这批交易提交给主链的一方也必须提供保证金才能这样做。这种保证金通常以 $ETH 为单位，如果 Rollup 网络中的其他方发现了无效或欺诈的交易，他们可以提交欺诈证明。通过提交此欺诈证明，交易将再次运行，但这次是在以太坊主链上运行，如果发现它真的是欺诈性的，则交易的提交方的保证金将被削减，该人将损失其资金，以此来阻止恶意行为。
需要注意的是，“争议解决系统”是双向的，即使是提交“欺诈证明”的一方也必须提交保证金，如果验证交易是没有欺诈的，那么他们也会失去保证金。这可确保网络不会因多个不必要的欺诈证明而过载。
目前 OptimisticRollups 已经有两个主要协议投入使用，Optimism 和 Arbitrum。这两者都以不同的方式在以太坊主网上推出，并获得了不同程度的绩效。
而 OptimisticRollups 的主要问题是时间。在主链上验证交易之前，必须有足够的时间发送欺诈证明，并验证批次中没有欺诈性的交易。因此，假设你在 OptimisticRollup 链中提交了一个代币交换的交易，你将不得不等待此交易所在的批次通过争议解决系统，如果涉及欺诈交易，则它有待解决，然后才能验证交易。此过程可能需要数天，有时需要 2 周，这意味着您可能需要等待很长时间才能执行交易。
因此，一种更复杂的 Rollup 技术应运而生，被称为 ZK-Rollups。
ZK-rollups 使用称为“ZK 证明”的技术点。它的工作原理是在主链外进行计算和数据存储过程，并将批次发送到第 1 层，它们会被立即验证或拒绝。简单来说，将需要验证的数据视为“秘密消息”，将 ZK 证明视为一种工具，可让你证明“秘密消息”，而无需透露这个“秘密消息”是什么（因此也被开发者成为零知识）。它是一种可以证明你知道某些“秘密信息”而不必透露它的方式，同时也进一步减少了发送到主链的数据。这种零知识证明系统允许即时验证或拒绝交易。
这项技术极其复杂，且是一项非常重要的技术，因此大多数以太坊社区成员希望它成为以太坊扩展问题的长期解决方案。它在解决 OptimisticRollups 的交易时间问题的同时也解决了 Gas 费用问题，并且技术的设计方式使得任何一方都不可能提交欺诈或恶意交易。
但是，ZK-Rollups 同样也有缺点。虽然与 OptimisticRollups 相比，它似乎是更好的解决方案，但它与 EVM 不兼容。与 EVM 不兼容意味着以太坊主链上的现有应用程序将无法轻松的移动到 Rollup 链。想要迁移到 Rollup 链上的现有应用程序将不得不重写代码。认识到这样的重大问题，ZK-sync 开发团队目前正在开发与 EVM 兼容的 Rollup 链。如果他们成功了，那么 ZK-rollups 将真正成为目前以太坊主网的“富人游戏规则”改变者。
目前有很多项目以不同的方式使用 ZK-rollups，比如 Loopring、Hermez、ZK tube、Aztec、Starkware 和 ZK-sync，它们都很出色且非常具有创新性。
目前以太坊生态系统有数百个 DeFi 协议，所有这些协议都在以太坊主网的用户大量使用。因此，可以想象一下当 Rollup 技术实现后的场景，它为几乎任何拥有互联网的人打开了以太坊的 DeFi 世界。此外，低 Gas 费用和交易时间的减少本身将导致更多依赖“低费用和快速交易”的新项目被创建。因此，不仅将有成千上万的新用户能够轻松使用以太坊，而且还将有成千上万的开发者加入以太坊。
值得注意的是，以太坊实际上可以成为解决区块链三难困境的第一个区块链。以太坊接下来的一个主要升级是合并，也就是将共识层（信标链，之前称为“ETH2”）与执行层（目前的以太坊链，之前称“ETH1”）合并，合并之后将再次只有一条以太坊区块链。而在合并之后的下一个主要升级将是共识层的数据分片，实际上是加速 Rollups。
因此，简而言之，以太坊路线图是以 Rollups 为中心，旨在加速和增强 Rollups。
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