原文：Rollups: The Holy Grail of Ethereum Scaling
翻译及校对：「StarkNet 中文社区」

牛市爆发让 L1 扩容再次成为热门话题

同时实现安全性、去中心化和可扩展性这三个特性，是所有区块链的终极目标。但是区块链领域却存在着一个不可能三角：一条链最多同时实现两个特性，第三个特性一定会打折扣。在以太坊中，安全性与去中心化是必须保证的，所以扩展性方面就打了折扣。

随着使用人数上升，以太坊的瓶颈凸显：交易速度下降，gas 费上升。这种负反馈螺旋会阻碍以太坊的普及。如果简单增加区块容量来扩容，以太坊节点（以太坊交易历史的独立副本）运营成本就会增加，去中心化程度会减弱。另外，大区块可能会破坏共识，从而影响到安全性。为了解决这些挑战，已经出现了各种类型的扩容解决方案，如侧链（Sidechain）与第二层解决方案（Layer 2）。

什么是 Rollup？

以太坊联合创始人维塔利克·布特林 (Vitalik Buterin) 认为 Rollup 是目前最具潜力的扩容解决方案之一。Rollup 的工作方式是将交易移交至链下，并将交易数据存储在以太坊主网上。这种方式致使 Rollup 可以继承以太坊原生的安全性，而以太坊的安全性源自去中心化。

Rollup 工作原理如下：

上千笔交易同批次打包。同一批次中的全部交易都在链下处理。这些交易信息打包成一笔交易后，发送到链上提交。

Rollup 能显著提升可扩展性，因为计算转移到链下的同时将交易数据压缩并提交到以太坊主网上。

Rollup 的两种类型

基于链下扩容计算的方式将 Rollup 分为两种类型：乐观 Rollup 和有效性证明 Rollup。

乐观 Rollup

乐观 Rollup 操作假设一个批次中的所有交易都有效，因此默认无需执行任何计算。交易在链下执行后，Rollup 将会向以太坊发布交易打包批次（包含交易数据）。

无效交易：具有挑战期（通常为一周），在此期间任何人都可以挑战交易。通过生成欺诈证明挑战交易。成功的欺诈证明会触发有争议的交易重新执行，并同步更新 Rollup 状态。

经济激励的有效性：错误交易的排序器会受到处罚，因此协议是通过加密经济激励确保安全性。

延迟：如果没有交易受到争议，挑战期结束后，批次中的数据都是有效的。因为可以在未确认的 Rollup 区块继续构建，如果有区块在无效交易之上，就会有交易回滚的风险。

链上发布数据：链上发布的数据包含完整交易数据。

EVM 兼容性：乐观 Rollup 与以太坊虚拟机（EVM）完全兼容。因此能够使用原生以太坊开发工具在乐观 Rollup 上进行构建。

此外，乐观 Rollup 上因为缺少计算所以交易速度快。另一方面，鉴于挑战期间的交易可能受到争议，以太坊上的交易最终性缓慢。例如，用户必须在挑战期结束后才能提现资产。

有效性证明 Rollup

有效性证明 Rollup 也称为零知识证明 Rollup，有效性证明 Rollup 将交易打包，并在链下执行。然后，链下证明者为这一批次交易创建有效性证明来验证交易有效性。有效性证明是密码学保证，确保 Rollup 提交的状态变化是执行一批次特定交易的结果。链下处理完成后，系统将继续完成链上处理：Rollup 运营者汇总该批次交易状态变化，与有效性证明一同提交链上。有效性证明能够轻松验证，且验证在链上完成。

依靠数学实现的有效性：乐观 Rollup 假设交易默认为有效，只有在挑战时才能验证，但有效性证明采用数学证明自动确保交易完整性以及协议安全性。实现快速最终性。例如，在有效性证明 Rollup 中，提现资产无需延迟，因为一旦完成有效性证明验证，就会执行提现交易。

链上发布数据：有效性证明确保批次中的全部交易都有效，从而节省了审查每笔交易信息的需求。实现了经济上的优势，提交到链上的状态更新只包含了所有交易结果的最终余额。

EVM 兼容性：通常情况下，ZK Rollup 本身与 EVM 不兼容，但 Starknet 上有 Warp 和 Kakarot 有效性证明 Rollup 编译器。此外，即便链下处理计算成本低，生成有效性证明也需要大量的计算和时间。

零知识证明 Rollup 备受诟病的一点就是采用 SNARK 证明，需要假设并使用椭圆曲线密码学，但椭圆曲线密码学无法抵抗量子计算机的攻击。

StarkWare 的产品 Starknet 和 StarkEx 都采用了 STARK 有效性证明 Rollup 代替 SANRK，这种设计具备很多优势。STARK 无需可信任设置，量子计算机安全，且相较于 SNARK 可扩展性更高。

以太坊上的 Rollup 用例

• 与单体区块链相比，Rollup 吞吐量更高。要想达到高吞吐量，除非单体区块链中心化，但以太坊并非如此。Rollup 提升每秒交易量能显著提升用户体验。

• 所有在以太坊上处理的有效性证明 Rollup 终将实现无缝和原子化组合，从而提高以太坊的可组合性。

• Rollup 继承了处理层的安全性，确保能媲美以太坊本身的安全性。

• Rollup 是通用型，甚至可以在 Rollup 上运行 EVM，例如，Starknet 上的 Kakarot。这种特质允许现有的以太坊应用能迁移至 Rollup，几乎无需编写新代码。此外，类似 Warp 的转译器能简化在 Starknet 上部署以太坊 Solidity 智能合约的过程。

总结

鉴于以太坊优先考虑安全性和去中心化，一旦用户数量激增，可扩展性问题就会成为众矢之的。Rollup 是解决这些难题最具潜力的扩容方案，在不影响以太坊安全性和去中心化的前提下，增强可扩展性。