什么是区块链Rollups？它们如何扩展以太坊

以太坊每秒大约可以处理15笔交易。这比星巴克一个收银台的结账速度还要慢。Rollup技术让以太坊在不牺牲其价值所在的安全性的前提下，每秒处理数千笔交易。它们通过在链下执行交易，并将压缩后的证明发布回以太坊，将基础层转变为结算法庭，而非交易处理器。

标准的说法是，Rollup使以太坊更快。这在技术上是正确的，但具有误导性。以太坊本身并没有变快。它仍然每12秒产生一个区块。它仍然在基础层每秒处理大约15笔交易。当Rollup部署时，以太坊的共识或执行没有任何改变。

改变的是工作发生的地点。Rollup将交易执行从以太坊主网转移到一条单独的链上，该链可以更快地处理交易，因为它不需要数千个验证者就每个状态变更达成一致。然后，Rollup压缩结果并将其发布回以太坊，在那里进行验证并使其永久化。

大多数解释使用的类比是法院系统：Rollup处理日常交易（案件），以太坊作为最终上诉法院（法官）。这个类比有用但不完整。更精确的框架是，Rollup将以太坊从交易处理器转变为数据可用性和验证层。基础链不再做工作，而是开始检查工作。

理解为什么这很重要，需要理解是什么让以太坊一开始就慢，以及为什么明显的解决方案不起作用。

为什么以太坊不能简单地提高其吞吐量

以太坊每秒处理大约15笔交易。直观的解决方案是增加区块大小或减少区块时间，允许每个区块包含更多交易或单位时间内产生更多区块。每一个尝试这种方法的第一个区块链项目都发现了同样的问题：更大的区块需要更强大的硬件来验证，这会将较小的节点运营商排除在外，从而将验证集中在较少的实体手中，这破坏了去中心化。

这就是区块链不可能三角。你可以在三个属性（安全性、去中心化、吞吐量）中优化任意两个，但提高第三个需要牺牲其中一个。增加以太坊的区块大小会以提高吞吐量为代价，牺牲去中心化。减少验证者数量会以提高吞吐量为代价，牺牲安全性。

Rollup通过将执行与验证分离来绕过不可能三角。Rollup链由少数操作者处理执行，实现高吞吐量。以太坊以其完整的验证者集处理验证和数据可用性，保持安全性和去中心化。两条链都没有妥协，因为每条链都针对不同的功能进行了优化。

这不是一个理论上的论点。Solana选择了优化吞吐量而非可访问性，要求验证者运行价值数千美元的硬件，并处理数百兆字节的区块。以太坊验证者可以在消费级笔记本电脑上运行。Rollup架构通过将执行转移到单独的层，让以太坊在不要求Solana那样的硬件的情况下实现Solana的吞吐量。

乐观Rollup如何工作

乐观Rollup以其核心假设命名：交易被假定为有效，除非被证明无效。

这个过程始于排序器，一个由Rollup团队运营的节点，它收集用户交易，对它们进行排序，并批量执行。排序器在每批之后产生一个新的Rollup状态，就像以太坊在每个区块之后产生一个新状态一样。

乐观Rollup不是要求每个验证者重新执行每笔交易，而是将批次数据发布到以太坊，并发布一个状态根（执行批次后Rollup状态的加密哈希）。除非有人质疑，否则该状态根被接受为正确。

挑战机制是欺诈证明系统。在挑战窗口（通常为七天）内，任何人都可以检查发布到以太坊的批次数据，在本地重新执行交易，并将结果与发布的状态根进行比较。如果结果不同，挑战者向以太坊上的智能合约提交欺诈证明，该合约在链上重新执行有争议的交易，并确定谁是正确的。

如果欺诈证明显示排序器发布了不正确的状态根，排序器的质押抵押品将被削减，不正确的状态根将被回滚，挑战者将获得奖励。如果在挑战窗口内没有人对状态根提出质疑，它将在以太坊上最终确定，并成为卷叠的规范状态。

这种设计很优雅，因为它将昂贵的工作（重新执行和验证）移出了关键路径。在正常情况下，如果排序器是诚实的，根本不会发生链上重新执行。运营卷叠的成本降低到向以太坊发布压缩的批量数据，这比在基础层上执行每笔交易要便宜得多。

Arbitrum 和 Optimism 是两个最大的乐观卷叠。Arbitrum 使用交互式争议解决协议，将争议计算缩小到单条指令，然后在链上重新执行，从而最小化欺诈证明的链上 gas 成本。Optimism 使用非交互式欺诈证明系统，整个争议交易在链上单步重新执行。

Base 由 Coinbase 使用 OP Stack（Optimism 的开源框架）构建，已成为交易量增长最快的卷叠，这得益于消费者应用以及与 Coinbase 用户群的整合。

ZK 卷叠的工作原理

ZK 卷叠采取了相反的方法：它们预先证明正确性，而不是假设正确性。

在排序器执行一批交易后，证明者生成一个密码学有效性证明（通常是 zk-SNARK 或 zk-STARK），数学上证明该批次被正确执行。该证明连同批次数据被发布到以太坊上的验证者合约。验证者检查证明，这在计算上是廉价的，并且无论批次包含多少交易，所需时间都是恒定的。

优势是最终性。没有七天的挑战窗口。一旦证明在以太坊上被验证，该批次即被最终确定。用户可以在几分钟内从 ZK 卷叠中提取资产到以太坊，而不是等待一周。

劣势是成本。为复杂的交易批次生成有效性证明需要大量的计算资源。ZK 证明生成是一个数学密集型过程，对于大批次可能需要几分钟，并且需要专门的硬件。该成本在批次中的所有交易中分摊，但增加了每批次的额外开销，而乐观卷叠则避免了这一点。

ZK 卷叠也更难构建。乐观卷叠可以以相对较小的修改支持与以太坊相同的虚拟机（EVM），这意味着现有的 Solidity 智能合约几乎无需更改即可工作。ZK 卷叠历史上要求开发者使用专门的编程语言编写合约，如 Cairo（StarkNet 使用），因为 EVM 的指令集并非为高效生成零知识证明而设计。

这一差距正在缩小。zkSync Era 和 Polygon zkEVM 已实现兼容 EVM 的 ZK 卷叠，可以执行标准的 Solidity 合约，尽管兼容程度有所不同。另一个 ZK 卷叠 Scroll 旨在实现完全 EVM 等效，这意味着在以太坊上部署的合约可以在 Scroll 上无需任何修改即可部署。

Blob 和 Dencun 升级：经济学的转变

在 2024 年 3 月之前，卷叠将其批次数据作为以太坊交易中的 calldata 发布。Calldata 由每个以太坊节点永久存储，这使得它很昂贵。在以太坊拥堵高峰期，一个典型的卷叠批次在 calldata 费用上花费 500 到 2000 美元。

Dencun 升级引入了 EIP-4844，创建了一种名为 blob 的新数据类型。Blob 是大型数据块（每个约 128 KB），附加到以太坊交易中，但仅临时存储约 18 天，而不是永久存储。这使得它们比 calldata 便宜得多。

影响是立竿见影且可衡量的。Arbitrum 上的交易费用从平均 0.25 美元降至 0.01 美元以下。Base 上的费用降至不到一美分。将卷叠批次发布到以太坊的成本下降了 90% 以上。

这很重要，因为它改变了卷叠采用的经济等式。当第 2 层交易费用为 0.25 美元时，只有交易价值超过一定阈值的用户才会选择卷叠而不是其他基础费用较低的竞争链。当第 2 层交易费用为 0.001 美元时，竞争链的成本优势基本消失，以太坊结算的安全优势成为决定性因素。

Blob 是迈向完整 danksharding 的第一步，这是一项未来的升级，将把每个区块的 blob 数量从当前目标的三个增加到 64 个或更多。这一进程中的每一步都会进一步降低 rollup 成本，并增加以太坊上第 2 层结算可用的数据吞吐量。

排序器中心化问题

如今，几乎每个主要的 rollup 都运行着由 rollup 团队运营的单一排序器。Arbitrum 的排序器由 Offchain Labs 运行。Optimism 的排序器由 OP Labs 运行。Base 的排序器由 Coinbase 运行。

这种中心化带来了多种风险。如果排序器宕机，rollup 就会停止。如果排序器审查某些交易，用户就无法正常与 rollup 交互。如果排序器重新排序交易以提取 MEV，用户就会支付隐性税。

Rollup 团队将这种中心化辩护为临时措施。通过引入轮换的排序器集合或使用共享排序层来实现排序器去中心化，已在每个主要 rollup 的路线图上。但路线图并非部署。

缓解措施是强制包含。大多数 rollup 都包含一种机制，允许用户直接向以太坊基础层提交交易，完全绕过排序器。如果排序器审查你的交易，你可以通过 rollup 的链上合约强制提交。这个过程比通过排序器更慢、更昂贵，但它可以防止永久审查。

在实际使用中，在时间限制和 gas 成本下，强制包含实际起作用的程度是 rollup 之间的一个重要区别。L2BEAT 是 rollup 安全属性的主要独立跟踪器，它根据强制包含机制的成熟度以及其他几个安全标准对每个 rollup 进行评级。

碎片化问题

以太坊的 rollup 策略成功创造了可扩展的执行环境。它也带来了一个在 rollup 出现之前不存在的问题：碎片化。

在 Arbitrum 上拥有资产的用户无法直接在 Base 上使用它们。Optimism 上的 DeFi 协议与 zkSync 上的同一协议具有不同的流动性。在 StarkNet 上铸造的 NFT 无法在运行于 Scroll 上的市场上出售。

每个 rollup 都是自己的链，拥有自己的状态、自己的以太坊桥接以及自己的应用生态系统。在 rollup 之间移动资产需要桥接，这会带来延迟（乐观 rollup 提款到以太坊需要七天）、成本（源链和目标链上的 gas 费）以及风险（桥接智能合约漏洞）。

这不仅仅是不便。这是一个结构性问题，破坏了使以太坊有价值的网络效应。如果流动性分散在 30 个 rollup 中，那么没有一个 rollup 能拥有以太坊主网作为主要执行环境时所拥有的流动性深度。

解决方案正在开发中。像 Espresso 这样的共享排序层旨在协调多个 rollup 之间的交易排序，实现原子跨 rollup 交易。像 Chainlink CCIP 和 LayerZero 这样的互操作性协议提供了让 rollup 通信的消息层。ERC-7683 是一种跨链意图标准，旨在标准化用户表达跨 rollup 转账的方式。

这些解决方案目前都不够成熟，无法消除碎片化。rollup 生态系统是会收敛到少数几个主导链，还是仍然分散在几十个链中，这是一个悬而未决的问题，对用户、开发者和流动性的最终去向具有重大影响。

安全模型在其他更微妙的方面也有所不同。在乐观 rollup 中，安全性取决于至少一个诚实的验证者监视链并在需要时提交欺诈证明。如果所有验证者都离线或串通，无效的状态转换可能会在挑战窗口关闭后被最终确定。在实践中，多个独立的验证者监视着每个主要的乐观 rollup，而捕捉欺诈的经济激励（挑战者获得被削减的抵押品）使得这种攻击难以持续。但理论上的要求比 ZK rollup 弱，在 ZK rollup 中，数学证明本身保证了正确性，无论谁在监视。

rollup 选择对用户体验的影响不仅限于费用和最终性。钱包支持、代币可用性和应用部署在 rollup 之间各不相同。如果用户将资产桥接到一个 DeFi 协议部署有限的 rollup，他们可能会发现自己的资金被困在一个生产用途很少的生态系统中。互操作性问题加剧了这种情况：将资产移回以太坊或转移到另一个 rollup 会产生额外的桥接费用和时间延迟，这可能会抵消最初吸引用户使用该 rollup 的成本节省。

本文不涵盖的内容

本文不涵盖特定rollup虚拟机的内部架构。Arbitrum Nitro、OP Stack和StarkNet的Cairo VM之间的差异显著，影响开发者体验、性能和安全性。每个都值得专门分析。

本文不涵盖validium和volition，它们是rollup的变体，将数据发布到单独的数据可用性层，而不是以太坊。这些系统以部分以太坊安全保证换取较低成本，其权衡是微妙的。

本文不涉及rollup治理的代币经济学。ARB、OP、STRK和ZK代币各有不同的治理、质押和激励结构。rollup代币是否为持有者增值，还是主要作为治理工具，这是一个活跃的争论，对投资决策有影响。

选择rollup前的实用检查

在L2BEAT上检查rollup的安全阶段。 L2BEAT根据证明系统、升级机制和治理的成熟度将rollup分为三个阶段。第0阶段rollup严重依赖对rollup团队的信任。第1阶段rollup具有功能性证明系统，但保留升级密钥。第2阶段rollup具有完全无需信任的证明系统，集中控制最小化。截至2026年中期，大多数主要rollup仍处于第0或第1阶段。

了解提款时间。 由于欺诈证明挑战窗口，乐观rollup提款到以太坊大约需要七天。快速桥接服务可以通过垫付资金加速，但会收取费用并引入对手方风险。ZK rollup提款在有效性证明验证后可在几分钟内完成。如果您需要快速访问以太坊主网上的资产，这一差异很重要。

验证强制包含机制。 如果排序器宕机或审查您的交易，您能否通过链上合约强制交易？检查rollup是否具有有效的强制包含机制以及延迟时间。没有强制包含的rollup是带有以太坊品牌的中心化链。

比较实际交易成本。 Rollup费用因压缩效率、批次频率和当前以太坊blob空间价格而异。使用rollup费用跟踪器比较您计划使用时常见操作（代币转账、交换、合约部署）在各rollup上的实际成本，而不是依赖历史平均值。

检查生态系统。如果你需要的应用程序在不同的rollup上，那么最便宜的rollup就没有用处。验证你计划使用的DeFi协议、NFT市场或钱包基础设施是否已在你选择的rollup上部署并具有流动性。