Rollup 互操作性进展研究：为什么 ZK Rollup 是最优解？

作者：@2077Research

翻译：白话区块链

随着 rollup 成为以太坊扩展性的核心，L2 之间的互操作性对其以 rollup 为中心的路线图的成功至关重要。L2 之间的碎片化会造成效率低下，减缓采用速度。

几个月前，我们发布了一项研究，探讨了「2024 年 rollup 互操作性的现状」。以下是我们的发现。

1、当前问题：L2 碎片化

L2 rollup，如 Arbitrum、zkSync 和 Optimism，彼此独立运作，跨链通信成本高且速度慢。如果没有无缝的跨 rollup 交易，以太坊生态系统将继续处于碎片化状态，影响流动性和可组合性。

2、乐观 Rollups：标准桥接问题

Rollup 桥接向以太坊 L1 证明其状态，以继承其安全性。然而，OP Rollups 引入了「挑战窗口」所带来的延迟（通常为 7 天）。

这一延迟成为跨链交易的瓶颈——没有人愿意等待一周才能完成 DEX 交易！

3、ZK 备选方案

ZK rollups 通过使用零知识证明提供更快的最终性，但它们的桥接最终性仍需数小时（@zksync Era: 21 小时，@Starknet: 9 小时）。延迟主要源于执行缓冲区和 L1 上昂贵的证明验证。尽管 ZK 证明的验证速度比 OP Rollups 更快，但其计算量依然较大。

来源：@l2beat

4、Keystore Rollups：简化账户管理

去年，@VitalikButerin 提出了 keystore rollups，这种方法专注于存储账户密钥，而不是完整的虚拟机（VM）。通过使用存储在 L1 上的密钥的 Merkle 证明来验证交易，这简化了用户在不同 rollup 之间的钱包交互。用户可以从主钱包中验证和管理跨 L2 的账户，从而提升用户体验。

然而，除了 Vitalik 的原始设计，还有三种领先的 keystore rollup 模型：

1）@Scroll_ZKP 的方法：将 keystore 数据存储在 L1，zkEVM rollups 使用 L1SLOAD 预编译同步账户配置，从而实现低成本的 L1 读取。

2）@base 的设计：仅将状态根存储在 L1，使用 calldata 来排序交易。Merkle 证明用于在 L2 之间同步账户数据。

3）@0xStackr 的设计：与 Base 非常相似，但采用了使用最小虚拟机的「微 rollup」框架。

尽管取得了这些进展，但证明验证的 gas 费用仍然是一个关键挑战。

5、Aligned Layer：高效的 ZK 证明验证

@alignedlayer 提供了解决 ZK rollups 昂贵证明验证问题的方案。作为 @EigenLayer 的 AVS，它通过利用担保验证者，使以太坊验证者能够以极低的成本验证 ZK 证明。

Aligned 将验证成本降低至每个证明仅需 3000 gas——在以太坊 L1 上几乎为零，成为较小 rollup 的可扩展解决方案。

然而，这也引入了信任假设——如果某个 rollup 的总锁仓价值（TVL）超过了抵押的保证金，攻击可能会变得有利可图。

6、证明聚合层：提升证明效率

证明聚合是另一项创新，允许将多个 ZK 证明合并为一个单一的证明，从而减轻链上验证的负担。

主要有两种证明聚合协议：

• 通用聚合：支持多种证明类型（Groth16、Halo2、Plonky2），并降低应用程序的 gas 费用。
• 聚合 Rollup 桥接：内置于 ZK 堆栈中，如 @0xPolygon 的 AggLayer 和 @zksync 的 Hyperbridge，旨在最小化验证成本并增强跨 rollup 的可组合性。

7、高效的基于意图的桥接与 Keystore+ Rollups

大多数跨链桥，如 @StargateFinance（使用 @LayerZero_Core），都是基于消息的。它们在源链上锁定 Token，向目标链发送消息，然后解锁等量 Token。然而，这种方法在信任层面上严重依赖于消息传递协议。

而基于意图的桥接则消除了对消息传递的需求。

它是如何运作的？

资金作为「跨链订单」被锁定，任何人都可以通过在目标链上发送 Token 来履行该订单。履行方在目标链确认交易后，可以在源链上领取锁定的资金。

示例：像 @AcrossProtocol 这样的协议利用乐观预言机，如 @UMAprotocol，在达到最终性之前获取 Layer 2 的最终状态。

统一的所有链 ENS

想象一下拥有一个可以在所有 rollup 上使用的单一以太坊域名服务（ENS）地址。Keystore rollups 使这一切成为可能，通过在字节码等效链上部署迷你账户。

通过使用 CREATE2 和多链工厂，用户可以在所有 rollup 上保持相同的地址，从而简化账户管理和整体用户体验。

Keystore+ Rollups 中的排序机制

排序是 rollup 互操作性中的另一个关键方面。在 keystore rollups 中，集中式排序器可以被基于的排序机制所取代，从而消除单点故障并增强抗审查能力。

基于的排序机制使得交易可以在约 12 秒的时间窗口内处理，确保快速的跨 rollup 交易，同时不牺牲去中心化。

8、为何我们不依赖共享排序

共享排序常被讨论作为 OP rollup 互操作性的解决方案，但我们的研究突出了它的局限性。共享排序通过允许单一排序器管理多个 rollup，从而集中控制，这可能导致对 rollup 生态系统的寡头垄断控制。

相比之下，采用共享证明聚合桥的 ZK rollup 在实现多个 rollup 之间的快速最终性的同时，保持了去中心化——这是一种更可持续且安全的 rollup 互操作性方案。

这篇研究文章主要聚焦于 ZK rollups 和 ZK 技术，因为 OP rollups 从根本上缺乏快速的客观最终性。只有通过 ZK 证明才能实现客观最终性，这使得 ZK rollups 成为长期互操作性解决方案的理想选择。

尽管乐观 rollups 在这方面受到限制，但它们的生态系统内也有显著的发展。例如，Optimism 正在研究以有效性为中心的设计，并在几个月前与 @RiscZero 合作，探索新的集成。

9、ZK Rollups 与 OP Rollups

由于使用了零知识证明，ZK Rollups 能够比 OP Rollups 更快地确认交易。它们不需要挑战期（OP Rollups 的挑战期最长可达 7 天），这使得它们在跨 Rollup 互操作性上更具优势。

• ZK Rollup 优势：独立聚合证明使 ZK Rollups 能够在不同 Rollups 之间实现可组合性，而不必担心集中化问题。
• 目前乐观 Rollups 的状态：尽管存在一些技术限制，但像 @Optimism、@arbitrum 和 @base 这样的乐观 Rollups 由于其强大的生态系统、优秀的开发工具和用户友好的基础设施而占据主导地位。