L2 扩容技术详解：Optimistic Rollups 与 ZK Rollups

扩容方案概述
随着区块链技术的快速发展，可扩展性问题成为了阻碍区块链广泛应用的主要障碍之一。
为了提高网络的吞吐量和降低交易费用，扩容就是一件必须要解决的事情。
扩容方案通常分为两大类
一类是链下扩容（Layer 2）
通过在底层区块链之上构建新的协议层来实现扩容；
链下扩容方案可以分为状态通道、Plasma 和 Rollups。
状态通道（State Channels）允许用户在链下进行交易，仅在通道开启和关闭时与主链进行交互，这极大地减少了链上交易数量，从而提高了吞吐量，像 Raiden Network 和 Lightning Network 就是分别针对以太坊和比特币的状态通道扩容产品。
Plasma 是一种子链（sidechain）方案，允许用户将资产从主链迁移到子链，并在子链上进行交易，子链周期性地将其状态更新提交给主链，以确保安全性，比如 OMG Network。
Rollups 是将多笔交易打包成单个证明（zk-SNARKs 或 Optimistic Rollup 的欺诈证明），并提交到主链。这样，主链仅需验证证明而无需处理每笔交易，从而提高了吞吐量。
典例是 zkSync（基于 zkRollup）和 Optimism（基于 Optimistic Rollup），Arbitrum 同样也是基于 OP 的产品。
另一类是链上扩容（Layer 1）
通过优化底层区块链协议本身来提高吞吐量。
Optimistic Rollups 和 zk-Rollups
2.1 zk-Rollups
zk-Rollups 是一种基于零知识证明的二层扩容方案。
首先由 Rollup Operator 组件将多个链下交易聚合成一个批次，之后使用零知识证明（例如 zk-SNARKs 或 zk-STARKs）生成一个简洁的证明文件，这个证明可以验证整个批次的交易的有效性，而不需要逐一检查每笔交易；然后将证明及与该批次相关的数据提交到主链，主链通过验证证明的正确性，确保交易是有效的；主链验证通过后，链上合约会根据证明中的数据更新链上的状态。这意味着，尽管交易是在链下进行的，但链上状态仍然得到了更新，确保了数据的一致性。
2.2 Optimistic Rollups
Optimistic Rollups 是一种基于乐观性验证的二层扩容方案，即默认提交的区块是正确的，除非有人提出质疑。
它同样需要 Rollup Operator 将许多链下交易聚合成一个批次，之后计算批次交易产生的新状态（如余额、合约状态等）并生成一份链下状态更新；

3 ZK 与 OP 比较
1. 交易验证方式：
OP：通过欺诈证明（fraud proofs）验证交易。OP 假设交易默认是有效的，除非有人提交证据证明某笔交易无效。这需要链下用户和节点持续监测，以确保 Rollup Operator 没有作恶。
ZK：通过零知识证明（例如 zk-SNARKs 或 zk-STARKs）验证交易。ZK 生成一个简洁的证明来确保批次中的交易有效性，无需逐一检查每笔交易。
2. 安全性：
OP：由于默认假设交易有效，可能存在一定的安全风险，需要链下用户和节点积极监测交易以确保安全性。
ZK：基于零知识证明的验证方式为 ZK 提供了较高的安全性，因为它需要生成一个证明来确保交易的有效性。
3. 吞吐量与性能：
OP：与 ZK 相比，OP 通常具有较快的链下交易处理速度，但链上验证可能需要更长时间，因为需要等待欺诈证明的挑战周期。
ZK：虽然生成零知识证明需要一定的计算资源，但 ZK 的链上验证速度较快，因为一旦证明生成，主链就可以快速验证。
4. 通用性
OP：OP 完全兼容 EVM，众多 DAPP 可以直接迁移，方案整体的计算复杂度低，更适用于通用的智能合约执行和复杂计算。
ZK：虽然零知识证明技术在发展中，但目前它在通用智能合约和复杂计算方面的应用受到一定限制。
5. 成本：
OP：通常具有较低的链下交易成本。
ZK：生成零知识证明需要一定的计算资源，可能导致较高的链下交易成本。
总的来说，Optimistic Rollups 和 zk-Rollups 分别具有各自的优缺点，Optimistic Rollups 更适合处理复杂的智能合约场景，具有较好的以太坊兼容性；而 zk-Rollups 在安全性和隐私保护方面具有优势。

总结
很多同一赛道的竞争对手都呈现一者重技术，一者重生态的格局，OP 和 ZK 有些像 Aptos 和 SUI，最后哪家胜利就看用户的投票了。