欺诈证明+交互式证明
原用标题：Optimistic Rollups 的胜负手
Vitalik 在 2021 年曾说：
In general, my own view is that in the short term, optimistic rollups are likely to win out for general-purpose EVM computation and ZK rollups are likely to win out for simple payments, exchange and other application-specific use cases, but in the medium to long term ZK rollups will win out in all use cases as ZK-SNARK technology improves.（总的来说，我自己的观点是，在短期内，Optimistic Rollups 可能会在通用 EVM 计算方面胜出；而 ZK Rollups 可能会在简单的支付、交易和其他特定用途的应用场景中胜出。但随着 ZK-SNARK 技术的改进，中长期来讲 ZK Rollups 会在所有应用场景中胜出。）
现在名声最响的 ZK Rollups 项目都还没有发币，比如 zkSync、StarkEX、StarkNet、Aztec 等，而 Optimistic Rollup 的绝代双骄中 Optimism 的代币已经在各大主流交易所流通交易，而且最近随着加息落地、ETH2.0 临近、OP 空投的抛压盘消化殆尽等各方面因素影响，OP 价格也有不错的表现。面对这强势的币价表现，许多人不由得就会想问：OP 到底哪里不如 ZK？
我先列一下 Optimisitic Rollup 与 ZK Rollup 的几个最关键的区别：
- 第一，安全性，ZK Rollup 优于 Optimistic Rollup。zk Rollup 提交给 L1 的新状态随附了 Proofs，可继承 L1 的安全保证；而 Optimistic Rollup 提交给 L1 的新状态没有随附证明，当 TVL 增长到一定量时，矿工可能被贿赂从而导致错误发生后的欺诈证明不被纳入区块中，继而发生被盗风险；
- 第二，拓展性，ZK Rollup 优于 Optimistic Rollup。Optimistic 的实际吞吐量上限为 500TPS，而 ZK 超过 2000TPS，StarkEx 甚至可达到 9000TPS；
- 第三，可验证最终性，ZK Rollup 优于 Optimistic Rollup。zk Rollup 的最终确定性时间很短，比如 zkSync 是 10 分钟；而 Optimistic Rollup 的最终确定性时间最少为一周。两者相比资本效率相差很大；
- 第四，EVM 兼容性，Optimistic Rollup 优于 ZK Rollup。Optimistic Rollup 兼容 EVM，他们可以非常快速、便捷地将现有的 Ethereum Layer1 上的各种 Dapps 吸引过去，所以目前 Optimistic Rollup 系列的 Layer2 项目的 TVL 排名靠前。不过，随着 zkVM 的研发，Optimistic Rollup 的这个优势也将被削弱。
要搞清楚为什么 Optimistic 安全性不如 ZK、资本效率低，需要了解 Optimistic Rollup 的工作原理，接下来以 Arbitrum Rollup 为例：
Arbitrum Rollup 是一种 Optimistic Rollup。其基本架构如下图：
Arbitrum 是作为 Ethereum 的 Layer2 协议，EthBirdge 是 Arbitrum 链中正在发生的事情的最终权威来源，也需要维护链的 Inbox/Outbox。Aribtrum 的执行环境是 AVM，AVM 的设计起点是 EVM，在许多方面都没有改变，所以 Arbitrum 支持 EVM 编写或编译的程序。Offchain Labs 给 Arbitrum 编写的操作系统是 ArbOS，ArbOS 为智能合约提供了与 EVM 兼容的执行环境，所以 ArbOS 这个操作系统中可以运行 EVM 兼容的 Dapps，也就意味着 Ethereum 链上的各种 Dapps 可以直接迁移过来。
Arbitrum 在 Arbitrum Rollup 链上发生的所有交易都是记录在 Rollup 链上的。在 Arbitrum 上执行交易也需要 ETH Gas Fee，但比 Layer1 上更便宜很多。提交到 Ethereum 链上的是原始交易数据，合约的计算执行和存储是在 Arbitrum Rollup 链上。优化交易压缩以最大限度地减少需要在 Ethereum 链上发布的内容，对于 Layer2 降低成本和提高吞吐量至关重要。对于不携带自己的 Calldata 的简单转账交易，基准测试表明：Arbitrum 允许每秒最多 4500 笔转账交易。
如何达成共识？
Arbitrum Rollup 是一种乐观的 Rollup，也就是说先默认大家都是诚实的，所以在发布断言时，不要求随附证明其有效性。而是采取欺诈证明的机制来确保 Layer2 网络的正确共识。
Arbitrum 的欺诈证明（Fraud Proofs）：当断言（Assertion）在链上发布时，做出该断言的验证者会发布保证金，并且有一个时间窗口，如果他们认为这是错误的，任何人都可以发布自己的保证金并质疑断言。在挑战窗口期，断言者和挑战者可以来回交互协议，链上合约充当协议的裁判。最后，裁判确定一方提出了虚假索赔，没收保证金来惩罚该方。
那么 Arbitrum 究竟是怎么解决挑战期内的争议的？
核心是交互式证明（Interactive Proving）。这其实是一种对争议做细化剖析，来寻找关键争议点，并通过 Layer1 Referee（L1 裁判）来判断的方案。
举例说明：假设 Alice 提交了一个断言（承诺 93 是正确的），而 Bob 不同意并发起了挑战（并承诺 95 才是正确的）。如果 Alice 的声明涵盖了 N 个执行步骤，则她发布两个大小为 N/2 的声明，它们结合起来产生她的初始 N 步声明，然后 Bob 选择 Alice 的 N/2 步声明中的一个来挑战。现在争议的规模已经减少了一半。这个过程继续进行，在每个阶段将争议减半，直到他们对一个执行步骤产生分歧。将争议缩小到一个步骤时，L1 裁判才需要通过查看指令实际执行的操作以及 Alice 关于它的声明是否正确来解决争议。
Arbitrum 采用的交互式证明与 Ethereum Layer1 采用的重新执行交易（Re-executing Transaction）相比，区别在于：重新执行交易是需要模拟整个交易的执行，而交互式证明是让 Alice 和 Bob 两个人自己把争议缩小到一个步骤，从而使得 L1 裁判只需要模拟 1 个交易的执行。Arbitrum 和 Optimism 的区别也体现在争议的解决上，Optimism 是把整个有问题的交易都通过 EVM 运行。
由上可知，Optimistic Rollups 之所以安全性不如 ZK、资本效率低，关键在于证明机制不同。
回归到扩容的初心，相对于以太坊 L1 的性能，Optimistic Rollup 其实已经实现了扩容的主要目的，而且因为 Optimistic Rollups 有 EVM 兼容的优点，发展情况还不错。在 Layer2 项目的 TVL 排行榜上，Optimistic Rollups 的绝代双骄 Arbitrum 和 Optimism 分别以 2.48B 和 1.04B 的 TVL 位列前 2。Arbirum 生态入驻了 21 种分类的 249 个应用协议，Optimism 生态也有 179 个项目。
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