什么是 Rollup - 区块链扩容的真正解决方案

来点疯狂的吧：截至2024年，Layer 2 Rollup 处理的每日交易数量已经超过了以太坊主网络本身。Rollup 合约中锁定了超过一百亿美元的资金。如果你最近在 Uniswap 上交易或者购买了一个 NFT 而不用支付50美元的手续费，你很可能就在使用 Rollup。

原因很简单：以太坊 Layer 1 昂贵且缓慢。在高峰期，一笔交易的手续费可能高达50到100美元。网络每秒最多只能处理15到30笔交易。这些数字对于大众市场应用来说行不通。

Rollup 通过在链下处理数百笔交易，将它们打包和压缩后再发布到以太坊，从而解决了这个问题。其创新不仅在于速度快，还在于它们保持了可验证的安全保障。你信任的是同样的数学原理和激励机制，这些保证了以太坊本身的安全。

简要回答——什么是 Rollup？

Rollup 是一种 Layer 2 区块链扩容解决方案，在不脱离以太坊链的情况下执行交易，并将交易数据发布回以太坊以确保安全和数据可用性。Rollup 将数百笔交易打包，压缩数据，并通过一笔单一交易提交给以太坊，从而将成本降低10到100倍。

主要有两种类型：Optimistic Rollup 默认假设交易有效，若有异议则使用欺诈证明，而 ZK Rollup 使用密码学中的零知识证明来数学地证明交易有效性。用户将资产存入以太坊上的 Rollup 智能合约，在 Rollup 上以低成本和高速度交易，并能通过密码学保障安全地提回到以太坊 Layer 1。

Rollup 如何工作——执行 vs 数据可用性

Rollup 将交易执行与数据可用性分开。执行在链下发生，排序器排序和执行交易，更新 Rollup 的状态树。你的交易可以在一到两秒内确认。

排序器将数百笔交易打包，压缩后在以太坊上以单个 Layer 1 交易发布。一个以太坊交易包含数百个 Rollup 交易，平均摊平了所有用户的手续费成本。排序器提出一个新的状态根（代表 Rollup 整个状态的加密哈希），并发布到以太坊。

验证根据类型而异。Optimistic Rollup 用乐观的方式接受状态根；如果无效，任何人都可以在7天的挑战期内提交欺诈证明。ZK Rollup 仅接受伴有有效密码学证明的状态根以证明正确计算。

大规模的成本削减来自数据压缩。以太坊 Layer 1 的代币转账使用约110字节的数据。Rollup 将其压缩到12-20字节。平均分摊到数百笔交易之后，成本降低到$0.05-0.20。

EIP-4844（2024年3月）后，Blob交易进一步将rollup费用降低5到10倍。Arbitrum交易如今通常成本为$0.10-0.30，基本交易有时成本低至不到$0.01。

Optimistic vs ZK Rollup——扩展性的两条路径

Optimistic Rollup 默认假定状态转换有效，只有在受到挑战时才会检查。排序器乐观地将交易批次和状态根发布到以太坊。任何人都可以在7天的挑战窗口提交欺诈证明。有效的欺诈证明将触发以太坊回滚无效状态，惩罚恶意排序器，并奖励欺诈证明者。

优点：强大的EVM兼容性（Arbitrum和Optimism支持现有Solidity代码），较低的技术复杂性，较低的计算开销。主要缺点：7天的提款等待（第三方快桥提供流动性，但需收取费用）。

主要实施：Arbitrum（~35亿美元锁定价值），Optimism（~20亿美元锁定价值，创建了OP Stack框架），Base（Coinbase的rollup, ~15亿美元锁定价值，最低费用）。

ZK Rollup 使用密码学有效性证明来数学地证明正确的执行。排序器执行交易批次，并生成正确状态转换的密码学证明。以太坊智能合约验证证明。如果有效，状态根可立即被接受。

优点：更快的最终确定性（无挑战期），更高的数据压缩，更好的长期可扩展性。缺点：技术复杂性，证明成本，EVM兼容性挑战（尽管现已有 zkEVM 解决方案）。

主要实施：zkSync Era（~5亿美元锁定价值，原生账户抽象），StarkNet（STARK 证明，自定义 Cairo 语言，~12亿美元锁定价值），Polygon zkEVM（~2亿美元锁定价值，全面EVM等效）。

为什么 Rollup 重要

Rollup 是唯一能够在保持以太坊安全性的同时提供显著通量改进的扩容解决方案。其他方法或多或少牺牲了安全性、去中心化，或未能足够扩展。

以太坊核心开发人员做了一个明确的决定：Layer 1 专注于安全和去中心化；rollup 处理可扩展性。像 EIP-4844 和未来的 Danksharding 等升级优化了Rollup数据发布。

成本的削减是惊人的。在以太坊 Layer 1 上进行 Uniswap 交易成本为$50-150，但在rollup上成本仅为$0.50-2。这种20到100倍的削减让本来在 Layer 1 上经济上不可能的应用变得可行：支付、游戏、社交媒体、NFT铸币。

Rollup 继承了以太坊的安全性——资金由以太坊的验证者集团保障，价值数十亿的ETH在其中参与质押。这就是为什么机构和DeFi协议更青睐rollup。

实际的 Rollup 实施

Arbitrum 是 DeFi 领域的领导者之一，大约有35亿美元的锁定价值，日交易量为100-200万笔，并且拥有最全面的 DeFi 生态系统。主要协议包括 Uniswap、Aave、Curve、GMX 和 Camelot。

Optimism（~20亿美元锁定价值）创建了OP Stack框架来启动rollup。Base（Coinbase）、opBNB（Binance）和Zora都使用了OP Stack。他们的愿景是创造一个互操作的Rollup超链。

Base 是Coinbase 面向大众市场的赌局，锁定价值约为15亿美元，日交易量为200-300万笔。交易通常费用为1-5美分。应用在这里蓬勃发展：friend.tech、Farcaster、预测市场、链上游戏。用户可以直接从 Coinbase 账户进行转账。

zkSync Era（~5亿美元锁定价值）专注于用户体验，通过原生账户抽象实现社交性恢复、以任意代币支付gas费和交易打包。

StarkNet（~12亿美元锁定价值）使用了STARK证明（抗量子攻击，无需可信设置）的自定义 Cairo 语言，更高效但需要学习新的语言。

Rollup 挑战——不那么舒适的真相

几乎所有主要rollup都使用中心化排序器。一个实体控制交易排序——Arbitrum由Offchain Labs控制，Optimism/Foundation控制Optimism/Base，Matter Labs控制zkSync。排序器可以审查交易，抢先交易用户，并捕获所有MEV。

所有主要rollup正计划在2025至2026年实现去中心化的排序器集。中心化的排序器是一种在启动速度上的临时妥协，但去中心化对于长期的可信中立性至关重要。

Optimistic Rollup 需要七天的提款等待期以用于处理欺诈证明挑战窗口。像 Hop Protocol 和 Across 的第三方桥接协议提供即时流动性，但费用为0.1-0.3%。ZK Rollup 没有挑战期，提取耗时数小时。

流动性在 rollup 之间分散。如果你在 Arbitrum 而你的朋友在 Optimism，互相交互需要桥接。正在开发的解决方案包括共享流动性层、基于意图的架构和同步组合。

Rollup 的未来

EIP-4844（2024年3月）将Rollup成本降低了5到10倍。完整的 Danksharding（2025-2026）将使 Rollup 的交易处理量达到每秒数百万笔。Rollup费用将趋近于零。

每个主要 Rollup 都在他们的2025-2026路线图上规划了去中心化。跨Rollup 的通信正在改善，共享排序器、意图和原生互操作性使 Rollup 的边界对用户而言变得不可见。

ZK 技术正在迅速成熟——证明成本在三年内将下降10-100倍，EVM等效性正在改善，使得在隐私、互操作性和可扩展性方面的新应用成为可能。

常见问题解答

Rollup 真的是安全吗？ 是的，它们是经过加密保障的，而不是基于信任。Optimistic Rollup 允许任何人提交欺诈证明。ZK Rollup 需要数学有效性证明。即使操作员消失，用户也能从以太坊数据重建状态并提取资金。

为什么提款需要7天？ Optimistic Rollup 需要欺诈证明挑战窗口。需要即时提款的用户可以使用第三方桥接协议，费用为0.1-0.3%。ZK Rollup 没有挑战期，提款耗时数小时。

我应该使用哪个 Rollup？ 对于 DeFi：选择 Arbitrum（流动性最深）。对于最低费用：选择 Base（费用1-5美分，Coinbase集成）。对于 ZK 技术：选择 zkSync Era。对于公共产品：选择 Optimism。

Rollup vs Sidechain？ Rollup 继承了以太坊的安全性。sidechain 拥有独立的验证者集——如果51%串通，资金可能被盗。 Rollup 让用户可以从以太坊数据证明余额。

参考资料

1. Vitalik Buterin: 不完整的Rollup指南 - 来自以太坊联合创始人的全面技术解释
2. L2Beat - Layer 2 分析 - 所有主要rollup的实时数据
3. Arbitrum 文档 - 领先的Optimistic Rollup的技术文档
4. Optimism Docs: OP Stack - 建立互联Rollup的框架
5. zkSync 文档 - 零知识rollup的实施细节
6. StarkWare 资源 - STARK 证明技术和Cairo语言
7. EIP-4844: Shard Blob 交易 - Rollup数据可用性升级
8. a16z Crypto: Rollup 分析 - 投资和采用分析
9. Polygon zkEVM 文档 - EVM等效的ZK Rollup实施
10. Coinbase 的 Base - 面向大众市场的Rollup部署案例研究