如果不是因為這篇研究報告是受 MolochDAO 之託而作，我想 DAOSquare 應該不會翻譯如此“技術性”的學術論文(至少現階段不會)。不過，以太坊的擴充套件性的確是一個重要且熱門的話題，現有的解決方案包括 Optimistic Rollup、Zk Rollup，而 Optimistic Rollup 則是一個提出時間並不長的新興方案，它被認為是最有前途的擴容方案。那麼時至今日它的發展情況如何?前景又如何?本文作者 Daniel Goldman 透過大量的調研完成了此份報告，現在，DAOSquare 將這份成果分享給大家!不過由於篇幅過於“巨集大”，我們將分三期奉上，本篇為第一部分。
作者：Daniel Goldman(丹尼爾·戈德曼)自由軟體工程師、技術顧問、作家
譯者：Emma、Snow Lu
校對：Samuel
以太坊新興 Optimistic Rollup 生態系統的技術概覽
Optimistic Rollerball (Daniel Goldman original, 2020)
以下報告由 MolochDAO 授權制作，John Adler 提供相關意見/複審;但此篇所有觀點均代表本人。此外，專案評估僅為該報告發稿時的狀態簡況(2020年2月)。事事均在變化，不做過度承諾。
籠罩以太坊擴容社羣的陰霾--Optimsitc Rollup
2019下半年，Optimistic Rollups (ORU或Optiroll) 作為以太坊 Layer 2 擴容協議迅速興起大熱。本文旨在概述新興 ORU 的開發生態系統至發稿時的簡況(2020年2月)。 我們先將 ORU 理論屬性放於 Layer 2 設計空間大背景下，之後比較不同專案的方法和技術設計決策以及其中的各種取捨。9個專案包括：
Fuel Labs
ANON
Whitehat, Cellani, Lim ( hereby “WCL”)
Pinkiebell
Offchain Labs
Interstate Network
Optimism
IDEX
Celer
點選此處回顧他們的差異性。最後，我們將深入探討一些定性問題，這些問題將圍繞以上專案如何在空間中發揮自己的作用。
背景 & 理論
儘管美名在外，但開放且未授權的區塊鏈也有很多問題：網路中的所有完整節點必須可見，並驗證系統處理的每筆交易; 超低效率(相較中心化數字支付系統而言)是加密貨幣備受爭論的擴容挑戰的核心。
Layer 2 協議是減輕此類負擔的一類方法。將所有的節點全部驗證所有交易，變為僅由感興趣的各方(例如那些希望獲得自己資金的人)對交易的某些子集進行本地驗證，以此(以某種方式，形狀或形式)來轉移這種負擔 。 重要的是，他們保留基本層無需信任的安全模型，同時無需依賴使用者自己執行的軟體以外的資源。
資料可用性：解決
在以太坊 Layer 2 研發的早期階段，研發人員計劃在隱含假設下運作，即基礎層“減輕驗證負擔”就是完全將(某些)交易資料隔離在區塊鏈之外。 (請參閱 Josh Stark 2018年初的文章 Making Sense of Ethereum’s Layer 2 以瞭解當時的思維方式)。
加密貨幣協議有其內在的經濟屬性，可以激勵區塊生產者及時地、廣泛地共享區塊(除非是自私挖礦等邊緣情況 selfish-mining edge cases); 區塊鏈基礎層有時被稱為“資料可用性引擎”。 確保資料是(完全)公開的，可以保證其能夠進行驗證，並且無效交易幾乎無法透過。
因此，在Layer 2的場景中，如果要將資料完全隔離在鏈外，將不再能保證我們有這種資料可用性; 因為那些擔心資料有效性的人可能會隱瞞資料。 因此，我們必須弄清楚，在這種極端情況下，如何以某種方式確保不會發生無效的狀態更新。 對於Layer 2系統，資料隱瞞問題始終是最難最壞的情況;因為最糟糕的就是在沒有資訊的情況下去探尋事實。
如果我們的定義足夠寬鬆，針對該資料隱瞞問題的所有解決方案都可以分為兩大類：狀態通道和Plasma(channels and Plasma)。 如果兩方在一個通道中，雙方一致同意後，鏈下資料的更新才真正有效。
因此，如果 Alice 選擇保留 Bob 的資料，Alice 將處於最新狀態; 保留資料對她沒有好處。 相比之下，Plasma 則沒有雙方一致同意的這一要求。 這直接導致在 Plasma 中，如果使用者沒有任何直接證據，則可能發生無效更新。即使在這種情況下，Plasma 仍可以保證使用者持有必要的鏈下資料，在互動質疑期中證明並確保其資產所有權。
就實際結果而言，狀態通道已成為第一個 Layer 2 構造。人們很容易理解，且狀態通道(可能)確實解決了一些基礎的研究挑戰，我們的確也看到狀態通道在比特幣和以太坊上的應用。 狀態通道具有一些實用屬性，例如即時交易，這些屬性非常契合一些特定應用程式的需求。 儘管是較通用的擴容方案，但在某種程度上仍受限制。 從本質上講，通道之間是彼此獨立的，且免信任的連線將導致資本效率低下，及/或受制於可用的流動路徑。 (我之前在 Bitcoin’s Lightning Network 發表了相關限制以及解決策略。)
Plasma 有望提供一種用途更廣，側鏈式擴容方案，使參與者之間可以更輕鬆地進行資訊互動，但是它的發展路程卻更艱難。 有關 Plasma 技術挑戰的細節不在本文討論範圍之內。 但是，(非常)簡單來說，不能保證資料可用性的這種特質，讓很多特性難以立刻保留，例如：支援任意計價支付，使用者的驗證/儲存要求最小化，避免大批次退出方案，以及支援智慧合約邏輯 。 雖然可以緩解這些問題，但是解決一個障礙的代價往往是加劇另一個障礙。 簡而言之，很難做到完全正確，即使這些構造足夠可行，其複雜性也會讓實踐變得困難而緩慢。 (我已在此處及此處發表分析了 Plasma Cash 及其變體的合理進展及其帶來的挑戰。
Plasma 的問題讓甚至一些人認為其會消失(declare its demise)。 即使有人認為這種說法還為時過早(例如我)，但是毫無疑問，Plasma 比預期設想的更加困難複雜，而且傳輸結果的空間速度比最初希望的要慢。 隨著 Plasma 的停滯，以太坊社羣渴望類似非監管下的、具有側鏈特性的事物。此時，就研究和實施狀態而言，Optimistic Rollup 出現了。
資料可用性：讓步
我們可以在各種先前的提案中發現目前 Optimistic Rollup 的構造痕跡，比如 Shadowchains, Coinwitness, bulk validation with ZK-SNARKS (現在稱之為 ZK-Rollup), 以及2015年初的一場關於Arbitrum 的學生演講等。
就目前瞭解而言，John Adler 和 Mikerah Quintyne-Collins(又稱““Bad Crypto Bitch ”)將協議基礎稱為“合併共識 Merged Consensus”。 先前的 Plasma Group 團隊(現為 Optimism，下文介紹)在一篇部落格文章中描述了類似原理，並在 Optimistic Layer 2 遊戲語義分析中將其定為框架，命名為 Optimistic Rollup(無論出於何種原因)，並最終確定。
Optimictic Rollup 採用前一段中所述的框架並把它翻轉過來;ORU 並不打算在資料隱瞞的情況下保留非監管性，而是採取了一種更直接的方法，即直接要求將交易資料釋出在鏈上，更具體地說，要求將足夠的資料釋出在鏈上，以便任何執行以太坊節點的人都可以重建 ORU 的狀態。 擴容的好處在於，Layer 1 僅需發現資料並將其 Merkle 樹化為區塊根，無需執行任何操作;(理想情況下)計算僅在 Layer 2 執行。因此，交易資料作為呼叫資料釋出在鏈上，並且不儲存在狀態中;因為狀態容量增長和計算成本(可能)是以太坊擴容的核心瓶頸，這具有不小的增長空間。
與 Plasma 一樣，基礎層無法直接驗證交易就意味著會有一些無效交易。 在 ORU 下，任何當事方都將見證無效交易的更新，然後透過欺詐證據向基礎層展示欺詐證明，欺詐證明將還原欺詐性區塊以及及後續的區塊更新。 一旦過了足夠的時間而沒有提交欺詐證明，就可以確定並彙總區塊，從這些區塊中啟動的提款就可以完成。 為了抑制故意釋出無效區塊的行為對社羣的惡意破壞，區塊提交人會釋出一個保證金，如果欺詐證明有效，將大幅削減保證金。 這種防欺詐處理的精確方式是任何特定 ORU 結構的核心。
與 Plasma 相比，ORU 有一個不可避免的根本性缺點，那就是它的擴容性相對較低。 假設鏈上資料與 ORU 塊中的資料成正比，則 ORU 構造會受到基礎層最大資料量的限制。 不過在其他方面 ORU 也有很多益處，包括：
更輕鬆/更廣泛地支援智慧合約
更容易地支援任意付款面額
無需許可的區塊生產
更簡單的博弈退出機制
相對簡單的操作
正如我們預料，即使是上述因素也需要在不同的 ORU 結構中相互權衡。 (有關 ORU 背後的更多資訊，請參閱 John Adler 的 “The Why’s of Optimistic Rollup”。)
Projects Overview 專案概覽
Link to spreadsheet
本報告採訪了9個使用 ORU 設計模式的專案，其中一個專案選擇在釋出時保持偽匿名狀態(以下稱為“ ANON”)。
僅考慮 Optimistic Rollup 範圍內的專案，也就是說，它們必須都是 “Optimistic”，包括某種假設，即“假設有效，除非或者直到提交欺詐證明”(即，不是 ZK-rollup)幷包括“Rollup”，即，鏈上釋出了足夠的資料，任何觀察者都可以重建狀態並檢測無效性(即，不是 Plasma)。大多數所討論的大多數專案都嚴格符合這些引數，唯一的例外是 IDEX 2.0.其詳細資訊將在下面討論。基於 Plasma 或與 Plasma 相鄰的構建上工作的其他各種專案，都屬於研究 ORU 的初期階段，包括 Matic，LeapDAO 和 Cryptoeconomics Lab。
智慧合約支援和欺詐證明互動性
ORU 專案之間的核心區別在於它們對智慧合約指令碼的支援程度，以及它們所需要的驗證和欺詐證明的性質。 在本次調研的9個專案中，有5個專案在其 Rollup 中實現了完整的以太坊虛擬機器功能，其中 rollup 側鏈具有 Solidity 智慧合約支援，其支援程度(大致)與以太坊基礎層的智慧合約支援程度相當，而其餘專案則更偏向於支援更有限的、受限的功能。
廣義上講，除了智慧合約功能本身之外，支援完整的 EVM 能夠保證 rollup 和主鏈之間的技術一致性，有望與基礎架構工具更輕鬆地整合，並且讓開發人員更容易過渡，他們已習慣在 Layer1 上使用 Solidity 編譯的智慧合約。相反，那些更偏向於支援更有限的、受限的功能專案具有以下優點：成本更低的(或多或少)欺詐證明，驗證更容易，可以針對特定使用者直接實現最佳化以及總體上的簡化。
