这是一篇对比区块链可扩展性解决方案的文章，我们通过分析，对比了 Rollup 技术和 Polkadot 平行链技术的优劣势。

二层网络（Layer 2）是区块链技术的一个扩展，目的是通过减轻基础层，即一层网络（Layer 1）的计算负担来提高整个系统的处理能力和效率。L2 网络通过构建在 L1 之上的一个额外层来实现这一点，这个额外的层继承了 L1 网络的安全性和功能性，同时还带来了一些额外的好处，例如处理速度更快，交易费用更低，以及解决了原始平台特有的一些问题。简而言之，L2 解决方案是一个建立在 L1 基础之上的辅助网络，旨在提高整个系统的性能，并且经济高效。

Rollup 是一种 L2 扩展解决方案。在最基础的层面上，rollup L2 解决方案负责将交易“卷起”（rolling up），通过批量处理交易后再将它们发布到 L1 链上，这种打包通常是由一组称为序列器的特殊节点来完成的。这样做的结果是，单个 rollup 可以包含数千个交易，从而大大减少了链上的数据量和处理需求，提高了整体的处理效率和降低了交易成本。

在 Polkadot 网络中，可扩展性和安全性是内置的，不需要依赖于二层网络。Polkadot 通过中继链和平行链的设计，提供了这些特性。中继链是 Polkadot 网络的核心链，而平行链则是可以并行运行的单独区块链，它们可以专注于特定的应用或功能。共享安全是指平行链能够共享中继链的安全属性，这一点类似于二层解决方案中的 optimistic rollups 和 zero-knowledge rollups 试图达到的目标。这些 Rollup 技术旨在不牺牲安全性的前提下提高网络的处理能力和效率。

然而，与传统的二层解决方案不同，Polkadot 的共享安全不是通过在现有链上添加一个额外的层来实现的。相反，每个平行链通过内置的平行链协议直接获得中继链的安全性和可扩展性。这意味着，平行链上的交易和操作可以获得与中继链相同级别的安全保护，同时仍然能够提供扩展性。

Polkadot 还负责将平行链的数据进行协调和汇总，以形成一个整体的状态，这与二层解决方案中的 rollup 过程有些相似，rollup 是将许多交易打包在一起然后一次性提交到主链（L1）的技术。在 Polkadot 的情况下，这种协调是在底层协议级别上实现的，而不是通过在主链之上叠加一个额外的网络层。

Optimistic rollups 是一种用于 L1 区块链的交互式扩展方法。它们乐观地假设每一个提出的交易默认都是有效的。但是它也提供了一种机制来处理可能会出现的无效交易。Optimistic rollups 引入了一个挑战期，在这个时间段内，如果有人认为某个交易是可疑的或者有问题的，他们可以对这个交易进行挑战。为了证明交易是欺诈的还是合法的，Optimistic rollups 允许提交欺诈证明。根据这些证明，一个 Rollup 可能会被证实是有效的或者是无效的。在挑战期间，交易的状态变化可能会遭到质疑并需要解决，如果没有人提出挑战，并且所需的证明也已经准备好了，那么这些状态变化就会被接受。

虽然 Optimistic rollups 提供了可扩展性，但它们的方法有利也有弊：

优点：

• 它们不受状态变化类型的限制 – 任何类型的交易或智能合约执行后的状态变化都可以通过 Optimistic rollups 处理，无需对现有的应用程序进行特别的适配或修改。

• 它们可以被并行化以提高扩展性。

• 在单个 rollup 中可以包含大量的数据（例如在以太坊中，一个状态转换可以包含数以万计的交易）。

缺点：

• 交易审查和中心化是关注点，其中序列器/L2 节点可能会被破坏。

• 挑战期可能需要相当长的时间才能通过，增加了 rollup 最终确认到 L1 网络的时间。

• 由于它们不受状态变化类型的限制，Optimistic rollups 在以太坊网络中可能会遇到 Gas 限制或引起网络拥堵。

Optimistic rollups 经常被用在以太坊生态系统中。基于 EVM 的 Optimistic rollups 的解决方案包括：

• Optimism：https://www.optimism.io/

• Arbitrum：https://bridge.arbitrum.io/

• Unipig：https://unipig.exchange/welcome

  
  

零知识 Rollup（通常被称为 ZK Rollup）是一种非交互式方法，它利用零知识证明来计算一组特定状态变化的有效性。与依赖欺诈证明的乐观 rollup 不同，ZK rollup 依赖于以零知识证明形式出现的加密验证。

ZK rollup 在确认交易方面显著更快，因为加密的有效性证明处理了确保 rollup 有效性的细节。然而，ZK rollup 通常由于它们的复杂性以及难以实施到资源受限的环境中而受到性能影响。由于图灵完备性也难以实现，因为这种计算开销，他们在泛化能力上（就区块空间而言）受到了限制。尽管如此，他们在解决乐观 rollup 的一些问题和处理安全的可扩展性方面有更加光明的未来。

优点：

• 他们只需要少量的数据可用性。通常情况下，证明本身就足以确保有效性。

• 它们可以无需信任地被证实。

• 因为证明立即可用，最终性也是即时的。

• 总体来说，他们有一个光明的未来，但尚未达到成熟。

缺点：

• 他们有着与其他 L2 解决方案相同的问题，即 L2 运营者的中心化问题。

• 它们在计算上昂贵，且 ZK 电路难以实现。

• 拥堵的仍然是一个潜在因素，因为数据量仍然可能是一个问题。

虽然 Rollups 被视为 L2 协议的解决方案，但 Polkadot 通过其平行链协议原生地自带了这一功能。平行链协议，即 Polkadot 处理网络分片的方式，旨在实现提供安全性、可扩展性和有效性（availability）的综合目标。

它使平行链能够验证它们的集体状态并相互通信。平行链在某些方面与乐观 Rollup 和ZK Rollup 相似，这反映在 Polkadot 处理平行链状态的有效性和可用性的方式上。收集人（Collators），Polkadot 架构的关键部分，在原理上类似于序列器，收集人不仅负责收集和提交交易，还负责证明这些交易的正确性，并确保这些信息能够及时地被中继链处理并纳入到区块链的全局状态中。这是为了确保网络不会因为处理延迟或其他问题而停止处理交易，从而保持网络的健康运行和响应性。

每个分片，或平行链，都配备了一个独特的状态转换功能（STF）。这个功能确保与中继链的通信保持有效。每个 STF，称为运行时（runtime），都是用 Wasm 编写的。任何状态转换功能只要能编译成 Wasm 并遵循平行链协议，就是有效的。Polkadot 的这种架构设计使得网络能够高效、安全地协调多个区块链的工作，提供了一种创新的多链协作模式，这与传统的 L2 解决方案（例如 rollups）提供的扩展性方法有所不同。

每个 STF 运行一个有效性证明。这个证明（Approval Protocol）是交互式的，不像 ZK Rollups 那样是非交互式的。此外，不同于 ZK Rollup，在创建带有图灵完备逻辑的平行链时没有困难。每个平行链也是一个完整的状态机器（通常以区块链的形式）。与乐观 rollup 类似，平行链协议也有可能出现争议和解决潜在有害平行区块（代表平行链的区块）的情况，在这种情况下，如果发现了不良的平行区块，验证者将被 Slash 惩罚。

优势：

• 协议级分片、共享安全性和互操作性。

• 每个分片在开发方面的准入门槛低，因为任何编译成 Wasm 的内容都是有效的目标。

• 快速确定性（在 Polkadot 上通常在一分钟内）。

• 通过验证者和类似擦除编码的机制内置数据可用性。

• 没有 L2 意味着减少了对序列器或其他 L2 运营者产生的中心化问题的风险。

缺点：

• 在 Wasm 中执行代码可能是性能瓶颈，因为它比进行原生调用要慢。

• 中继链对包含平行链状态转换数据的 PoV（证明有效性）区块的大小和权重设置了硬性限制。

尽管存在这些缺点，Polkadot 仍然可以通过无分叉升级来进行升级，这允许协议轻松升级，跟上技术进步的脚步。