Page 400 - 《软件学报》2025年第8期

张子龙 等: 基于原生链的跨 Rollup 机制研究 3823

传统链下方案的系统进行全面评价, 以便深入了解各自的优势与劣势, 为进一步的研究和应用提供有力依据.

4.2.1 链上验证计算开销的评估方案
针对链上验证计算开销的评估部分, 由于采用以太坊作为基础的原生链, 本文采用以太坊的 Gas 开销作为链
上验证计算开销的衡量指标. 以太坊本身可以利用 Gas 开销来衡量执行智能合约的计算消耗, 将 Gas 开销作为评
估链上验证计算开销的指标具有较高的实际意义和可行性.
为了对比基于零知识证明的批量处理方案与直接计算单笔交易的简化支付验证 (SPV) 方案在计算开销方面
的差异, 本研究引入了计算效率提升比作为评估指标. 计算效率提升比旨在衡量基于零知识证明的算法相对于旧
算法 (SPV 方案) 在计算效率上的优势, 进而展现. 具体来说, 该指标的计算方式如公式 (15) 所示, 从而能够直观地
Gas origin 指的是 SPV 算法的计算 Gas 开销, Gas new 指的是使
反映新算法在提高计算效率方面的表现. 其中公式中
用零知识证明后的算法计算总 Gas 开销, 包括零知识证明的消耗以及对交易明文数据的验证消耗.

Gas origin −Gas new
CalRate = (15)
Gas origin

4.2.2 链上压缩存储开销的评估方案
针对链上传输所引发的链上存储资源消耗问题, 由于采用了 EIP-4844 协议方案, 实际上可以直接使用所需存
储的字节数量来衡量链上存储资源的消耗. 为了评估压缩存储开销, 本文可以定义一个压缩效率比指标来描述压
缩效率. 该指标的定义方法与计算效率提升比类似, 计算公式如公式 (16) 所示. 其中, storage 表示原始方案中
origin
storage storage 不仅包
链上交易的存储字节开销, 而 new 表示经过索引表压缩后的存储字节开销. 需要说明的是 new
含实际交易的存储开销, 还需要包含新增索引表字段在链上的存储开销成本.

storage origin −storage new
StorageRate = (16)
storage
origin

4.2.3 聚合均衡算法
由于聚合规模均衡算法本质上是一种快速批量服务排队模型的算法, 是一种多目标问题的求解算法的变形.
事实上如果变更 NSGA-II 算法为其他的多目标求解算法如 PESA-II 等也是可用的方案, 只是相比而言 NSGA-II
算法的帕累托解集分布更均匀, 解空间的最终结果可以反向指导偏好参数的选择. 因此实验的本质需要证明的目
标是如果完全采用单目标问题求解方案, 系统会很快超过系统可容忍的平均时延上限或系统可容忍的平均计算上
限, 进而使得系统的综合评价分数较低. 对比方案采用的是单目标求解的算法, 第 1 个是固定交易规模, 选取最大
batch now , 使得链上的计算开销降低到最低, 但该方案可能引发交易响应时延的迅速增加, 另一个对比方案是固
的
定响应时间, 但该方案可能会使得同批聚合的规模过小, 链上的计算开销过大的问题.

4.2.4 整体系统评价
最后, 本研究对提出的基于原生链的跨 Rollup 系统进行了整体的评估, 分析了系统的整体吞吐量、时延以及
与传统方案的对比. 在分析过程中, 本文特别关注了系统在去中心化和去信任化条件下的性能表现. 为了更客观地
评估系统的各项性能指标, 本文在多种场景下进行了实验, 并与现有的传统方案进行了比较.
值得注意的是, 本实验的目的并非证明基于原生链的系统方案性能优于链下运营商方案, 而是探究在实现
去信任化条件下, 所提出的系统能否在一定程度上达到相对可用的场景. 在确保去信任化基础上, 尽管在性能方
面可能存在一定程度的权衡, 但所提出的系统能够达到现有 Rollup 技术的平均吞吐量水平下可接受的吞吐量
性能.

4.3 链上计算开销
本节的链上计算开销的测试主要针对原生链生成量零知识证明策略进行验证, 以确认验证发送方 Rollup 交
易的有效性的开销得到提升. 该测试主要涵盖两个方面, 即原生链的计算开销和零知识证明的计算生成时间.

4.3.1 实验数据及设计
为了衡量聚合规模对链上计算资源节省程度的影响并进行评估, 本研究将设计实验, 仅在交易数量方面构建