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

原文作者：Brendan Farmer，Polygon工程師

原文標題：《ZK and the Future of Ethereum Scaling》

編譯：海爾斯曼，鏈捕手

上個月，Offchain Labs發表了一篇名為《為什麼說 Optimistic Rollup 比 ZK Rollup 更能代表以太坊擴容的未來？》的文章，比較了ZK Rollups 和 Optimistic Rollup 兩個擴容技術。1月19日， Polygon的零知識證明工程師Brendan Farmer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 Optimistic Rollups (OR) 代表了以太坊的未來，因為與 ZK Rollups (ZKR) 相比，Optimistic Rollups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Optimistic Rollups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：

1、ZK Rollups支持使用鏈上和鏈下數據模式進行擴展，後者提供比任何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，並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，部分由於 Polygon 的快速增長。Optimistic Rollups提供了安全性，但交易費用遠高於側鏈或 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，相對於Optimistic rollup，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。

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。

Rollu ps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，並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，並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（目前 Arbitrum 和 Optimism 鎖定一周）。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並將其還原。相比之下，ZK rollup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。

ZK 的 狀態

首先，要承認 ZK rollup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 ZK rollup 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 ZK rollup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Polygon Zero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。

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，因此需要大規模並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（對 Polygon Zero來說相對比較高的估計）來證明在具有 32 個內核和 64gb RAM 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 Polygon PoS 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。

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（Starkware發明的術語） 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 區塊大小的限制，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，因此用戶不至於陷入關於區塊空間的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 ZK rollup更高的吞吐量，並提供資金不會被盜的加密保證。

對 Validia 的（ 完全 ）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並拒絕處理新交易。因此，驗證者可以劫持用戶資金。然而，我們覺得這個問題被誇大了。

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，並抵消所未來的費用收入。由於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，ZK rollup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。這對於壓縮 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，並且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。關於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，那麼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並提高了資金效率。Arbitrum 的文章聲稱 ZK rollups 僅在橋接到以太坊 L1 時具有優勢，但事實上，ZK rollups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

ZK rollups 確實面臨幾個缺點。Polygon Hermez 團隊在完整的 zkEVM rollup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。其他專注於將 Solidity編譯為 ZK 友好字節碼的團隊，例如我們在 Polygon Zero 或 Polygon Miden、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 字節碼所做的修改並不會影響功能，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，使其更易於在ZK L2上部署。

結論

總之，我們相信零知識擴容是以太坊的未來。Optimistic rollups 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，Optimistic rollups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 受限於 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（有人想到 Apple Secure Enclave 中使用的 P-256 曲線嗎？）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。