从链上到链下：探索状态通道与Roll-ups的扩展性解决方案

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

随着区块链技术的发展，传统金融世界正面临一场数字化信任基础设施的变革。这一变革不仅局限于金融领域，还涉及任何需要高信任度、安全性和分布式架构的行业。尽管以太坊作为Layer 1区块链的代表，提供了卓越的去中心化和安全性，但其扩展性问题逐渐显现——主网和计算基础设施每秒仅能处理15到30笔交易。为了解决这一问题，新的技术和方法正在涌现，旨在减轻以太坊的负担，同时保持其可信度和分布性。这些方法包括Layer 1的改进（如权益证明PoS）以及更为重要的Layer 2扩展方案。

Layer 2: 状态通道

状态通道最初在比特币闪电网络中实现，后被引入以太坊并得到扩展。状态通道的核心思想是通过在主网账本上创建两个记录来锁定相关资金，并在通道内进行多次交易，最终将汇总结果提交到主网。例如，Bob可以创建一个状态通道并承诺支付10个ETH，通道内的交易完成后，他只需提交最终结果，从而大幅降低交易费用和主网负载。Polygon是状态通道技术的典型实现之一，它提供完整的EVM兼容性和低交易费用。

Layer 2: Roll-ups

Roll-ups是一种将交易转移到链下的扩展机制，被认为是扩大以太坊规模的最佳选择之一。它分为Optimistic Roll-ups和零知识Roll-ups（zk-Rollups）两种主要类型。

Optimistic Roll-ups

Optimistic Roll-ups采用“信任并验证”的方式，在链下处理交易时默认假定所有交易有效。如果出现争议，系统会占用主网资源进行验证。因此，Optimistic Roll-ups需要一段“挑战期”，通常为七天，以便观察员（或验证者）能够识别并提交欺诈证明。

Arbitrum是Optimistic Roll-ups的典型代表，其机制允许观察员分析交易，并在发现欺诈时提交证明。一旦欺诈证明被主网确认，相关交易将被撤销。类似地，Optimism也采用了这种方法，并结合了观察员奖励机制。

零知识Roll-ups（zk-Rollups）

zk-Rollups通过零知识证明技术将计算和状态存储转移到链下，同时在提交回主网时提供加密证明。由于其无需信任的设计，zk-Rollups能够在短时间内完成交易验证（约一小时），并确保交易隐私性。与Optimistic Roll-ups相比，zk-Rollups不需要漫长的挑战期，因为交易的有效性由加密证明保障。

ZKsync是一个典型的zk-Rollups实现案例：

使用zk-Rollups，交易的有效性通过加密证明连接到主网，从而使得欺诈交易几乎不可能发生。

侧链

侧链是一种独立于主网运行的区块链，通过桥接的方式与主网交互。侧链拥有自己的共识机制（如权威证明PoA），并且能够根据需求将更新后的交易回传到主网。Polygon是侧链基础设施的一个典型例子。然而，侧链的安全模型可能与以太坊主网不同，这成为其潜在的弱点。

结论

综合来看，基于零知识证明的zk-Rollups是目前链下扩展的最佳解决方案之一。它不仅能够快速验证主链上的交易，还能保护用户隐私，并支持选择性披露重要信息。相比之下，Optimistic Roll-ups虽然实现了类似的扩展效果，但其依赖挑战期的机制可能导致延迟。

尽管以太坊面临可扩展性挑战，但它并非唯一的区块链选择。Polygon、Solana、Cardano和Polkadot等平台提供了更具扩展性的替代方案。然而，许多人仍然希望以太坊能够克服这些限制，继续引领智能合约和去中心化应用的发展。