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概述

以太坊作为最受欢迎的区块链，长期以来一直面临可扩展性问题。其中，因网络拥堵导致的高 gas 费用是主要痛点。随着使用网络的成本不断上升，各种可扩展性解决方案应运而生。在本指南中，我们将介绍一些以太坊的可扩展性解决方案，并深入探讨 Rollups。

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以太坊扩容方案

所有以太坊扩容方案的主要目标，都是在不损害区块链去中心化特性的前提下，提高交易速度和吞吐量。

目前，对这些扩展方案的探索主要集中在两个方向上：

• 链上扩展。
• 链下扩展。

链上扩展

链上或第1层扩展方案是指提升核心区块链层的容量，通常是通过增加单个区块中可容纳的交易数量来实现。以以太坊为例，链上扩展意味着需要修改以太坊主网协议。 增加以太坊区块中可容纳的数据/交易量，也会提高运行节点的硬件要求，这使得该扩容方案受到了一些批评。它可能会限制节点数量，并可能影响去中心化。但随着以太坊 2.0 的到来，分片（Sharding）的概念应运而生；分片是指将以太坊基础设施/数据库进行分割的过程。这将通过分担工作来减轻节点负载，它是一个更为广泛的概念。

链下扩展

链下扩展解决方案旨在通过添加更多层来处理交易（而不使用实际的核心区块链），从而间接地扩展主层区块链。链下扩展将区块链的主层用作信任和仲裁层。由于它在以太坊主层之上添加了另一层，因此链下扩展通常被称为“第二层扩展”。 

第二层扩展被视为解决以太坊可扩展性问题的当务之急，因为它能够保持去中心化——这是以太坊社区最看重的核心价值。第二层解决方案还需要构建额外的硬件或复杂的软件，因此网络需要更长时间才能感受到其效果。第二层解决方案的安全性源自以太坊，个人、组织或社区可根据具体用例进行定制开发和运行。 

以下是各种解决方案： 

• 侧链：侧链是通过桥接与以太坊相连的、兼容EVM的区块链。它们拥有自己的共识协议和区块参数。

• Rollups：Rollups在以太坊主链之外执行交易，并将交易数据发回以太坊主网。

• 状态通道：状态通道利用多签名通道，在主链之外完成各方之间的交易结算，并将状态数据发送至主区块链。此类通道安全性极高，但仅适用于特定的应用场景。

• Plasma：Plasma是一个框架，其中侧链锚定在以太坊主链上，并通过一个根合约与以太坊主链相连；该合约记录当前状态，并规定子链的运行规则。

Rollups

一方面，我们有第二层解决方案，例如通道——它们完全依赖以太坊的安全性，但仅适用于特定类型的应用；另一方面，侧链通常与EVM兼容，能够扩展通用型应用，但其主要缺点在于它们的安全性并不依赖于以太坊，而是拥有自己的共识模型。

Rollups 试图兼顾两者的优势，在提供通用解决方案的同时，仍保持以太坊的安全性。Rollups 在以太坊主网之外结算交易，但将交易数据回传至以太坊网络，并继续从以太坊协议中获取安全性。每个 Rollup 都在以太坊主网上部署了其特定的智能合约。 Rollup 主要在专属链上执行链下交易，随后对交易数据进行批量处理、压缩，并将其发送至以太坊主链；这减轻了以太坊主网在实际处理这些交易时的负载。

这有助于通过提高参与度来降低费用并促进区块链的采用。Rollups 还允许将所有现有的以太坊智能合约几乎无需修改（或完全无需修改）地重新部署到 Rollup 上。 

汇总类型

Rollup 似乎是解决以太坊可扩展性问题的一种新兴方案，但我们如何确保 Rollup 发布到以太坊上的交易数据是有效的呢？不同类型的 Rollup 对此的处理方式各不相同。根据这一点，Rollup 可分为两类：乐观 Rollup 和 ZK-Rollup。

乐观型Rollup：

乐观汇总（Optimistic Rollups）顾名思义，其设计前提是提交至以太坊网络的交易数据是正确且有效的。一旦出现无效交易，便会触发争议解决机制。一方将一批交易数据提交至以太坊，当有人发现欺诈交易时，即可针对该交易提供欺诈证明。在此过程中，提交交易数据的一方和提交欺诈证明的一方均需质押其ETH。 这意味着任何一方的违规行为都将导致其ETH损失。每当提交欺诈证明时，可疑交易将再次执行，这次是在以太坊主网上。为了确保交易在重放时能完全复现其在Rollup链上最初执行时的状态，会创建一个管理合约，该合约将某些函数调用替换为来自Rollup的状态。 

示例：Optimism、Arbitrum。

ZK-rollups：

ZK-Rollup（即零知识汇总）与乐观汇总不同，它不具备任何争议解决机制。它采用了一种巧妙的密码学技术——零知识证明。在此模型中，提交至以太坊的每批交易都包含一份名为SNARK（简练非交互式知识论证）的密码学证明，该证明由部署在以太坊主网上的智能合约进行验证。 该合约维护着 Rollup 链上所有转账的状态，且该状态只能通过有效性证明进行更新。这意味着只需将有效性证明存储在以太坊主网上，而非体积庞大的交易数据，从而使 ZK-Rollup 相对而言更快、成本更低。

示例：Loopring、STARKWARE、zkSync。 

结论

如果你能读到这里，那么你对以太坊的可扩展性解决方案已经有了些许了解，对 Rollup 的了解更是深入了许多。

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