什麼是區塊鏈 Rollups？它們如何擴展以太坊？

以太坊每秒大約可以處理15筆交易。這比一家星巴克結帳隊伍的處理量還少。Rollup 是讓以太坊每秒處理數千筆交易，同時不犧牲其價值的關鍵技術。它們透過在鏈下執行交易，並將壓縮後的證明發布回以太坊，將基礎層轉變為結算法庭，而非交易處理器。

標準的說法是 rollup 讓以太坊變得更快。這在技術上是正確的，但具有誤導性。以太坊本身並沒有變快。它仍然每12秒產生一個區塊。它仍然在基礎層每秒處理大約15筆交易。當 rollup 部署時，以太坊的共識或執行沒有任何改變。

改變的是工作發生的位置。Rollup 將交易執行從以太坊主網轉移到一個單獨的鏈上，該鏈可以更快地處理交易，因為它不需要數千個驗證者對每個狀態變更達成共識。然後 rollup 壓縮結果並將其發布回以太坊，在那裡進行驗證並使其永久化。

大多數解釋使用的類比是法院系統：rollup 處理日常交易（案件），以太坊作為最終上訴法院（法官）。這個類比很有用，但不完整。更精確的框架是，rollup 將以太坊從交易處理器轉變為數據可用性和驗證層。基礎鏈不再執行工作，而是開始檢查工作。

理解為什麼這很重要，需要先理解為什麼以太坊一開始就慢，以及為什麼顯而易見的解決方案行不通。

為什麼以太坊不能簡單地提高其吞吐量

以太坊每秒處理大約15筆交易。直覺的解決方案是增加區塊大小或減少區塊時間，允許每個區塊容納更多交易或單位時間內產生更多區塊。每個嘗試這種方法的第一代區塊鏈項目都發現了同樣的問題：更大的區塊需要更強大的硬體來驗證，這會讓較小的節點運營商無法參與，從而將驗證集中在少數實體手中，進而破壞去中心化。

這就是區塊鏈的不可能三角。你可以在三個屬性（安全性、去中心化、吞吐量）中優化任意兩個，但改善第三個需要犧牲其中一個。增加以太坊的區塊大小會以提高吞吐量為代價，犧牲去中心化。減少驗證者數量會以提高吞吐量為代價，犧牲安全性。

Rollup 透過將執行與驗證分離來繞過這個不可能三角。Rollup 鏈由少數運營商處理執行，實現高吞吐量。以太坊以其完整的驗證者集處理驗證和數據可用性，維護安全性和去中心化。兩條鏈都沒有妥協，因為每條鏈都針對不同的功能進行了優化。

這不是理論上的論證。Solana 選擇優化吞吐量而非可訪問性，要求驗證者運行價值數千美元的硬體，並處理數百兆位元組的區塊。以太坊驗證者可以在消費級筆記型電腦上運行。Rollup 架構讓以太坊在沒有 Solana 的硬體要求的情況下實現 Solana 的吞吐量，方法是將執行轉移到單獨的層。

樂觀 rollup 如何運作

樂觀 rollup 因其核心假設而得名：交易被假定為有效，除非被證明無效。

過程從排序器開始，這是由 rollup 團隊運營的節點，負責收集用戶交易、排序並分批執行。排序器在每批之後產生新的 rollup 狀態，就像以太坊在每個區塊之後產生新狀態一樣。

樂觀 rollup 不是要求每個驗證者重新執行每筆交易，而是將批次數據發布到以太坊，並發布狀態根（執行批次後 rollup 狀態的加密哈希）。除非有人提出挑戰，否則此狀態根被視為正確。

挑戰機制是詐欺證明系統。在挑戰窗口（通常為七天）內，任何人都可以檢查發布到以太坊的批次數據，在本地重新執行交易，並將其結果與發布的狀態根進行比較。如果結果不同，挑戰者向以太坊上的智能合約提交詐欺證明，該合約在鏈上重新執行有爭議的交易並確定誰是正確的。

如果詐欺證明顯示排序器發布了錯誤的狀態根，排序器的質押抵押品將被罰沒，錯誤的狀態根會被撤銷，挑戰者則會獲得獎勵。如果在挑戰窗口內無人挑戰狀態根，它將在以太坊上被最終確定，並成為 rollup 的規範狀態。

這種設計很優雅，因為它將昂貴的工作（重新執行和驗證）移出了關鍵路徑。在正常情況下，如果排序器是誠實的，鏈上根本不會發生重新執行。營運 rollup 的成本降低為將壓縮的批次資料發布到以太坊，這比在基礎層上執行每筆交易要便宜得多。

Arbitrum 和 Optimism 是兩個最大的樂觀 rollup。Arbitrum 使用互動式爭議解決協議，將爭議的計算縮小到單一指令，然後在鏈上重新執行，從而最小化詐欺證明的鏈上 gas 成本。Optimism 使用非互動式詐欺證明系統，在單一鏈上步驟中重新執行整個爭議交易。

Base 由 Coinbase 使用 OP Stack（Optimism 的開源框架）構建，已成為交易量增長最快的 rollup，這得益於消費應用程式以及與 Coinbase 用戶群的整合。

ZK rollup 如何運作

ZK rollup 採取相反的方法：它們事先證明正確性，而不是假設正確性。

在排序器執行一批交易後，證明者生成一個加密有效性證明（通常是 zk-SNARK 或 zk-STARK），以數學方式證明該批次被正確執行。此證明以及批次資料被發布到以太坊上的驗證器合約。驗證器檢查證明，這在計算上成本低廉，且無論批次包含多少交易，所需時間都是恆定的。

優點是最終性。沒有七天的挑戰窗口。一旦證明在以太坊上被驗證，該批次即被最終確定。用戶可以在幾分鐘內從 ZK rollup 提取資產到以太坊，而不是等待一週。

缺點是成本。為複雜的交易批次生成有效性證明需要大量的計算資源。ZK 證明生成是一個數學密集型過程，對於大型批次可能需要幾分鐘，並且需要專門的硬體。此成本在批次中的所有交易中攤銷，但它增加了每批次的開銷，而樂觀 rollup 則避免了這種開銷。

ZK rollup 也更難構建。樂觀 rollup 可以以相對較小的修改支持與以太坊相同的虛擬機（EVM），這意味著現有的 Solidity 智能合約幾乎不需要更改即可運行。ZK rollup 歷史上要求開發者使用專門的語言（如 Cairo，用於 StarkNet）編寫合約，因為 EVM 的指令集並非為高效生成零知識證明而設計。

這一差距正在縮小。zkSync Era 和 Polygon zkEVM 已實現兼容 EVM 的 ZK rollup，可以執行標準的 Solidity 合約，儘管兼容程度有所不同。另一個 ZK rollup Scroll 則旨在實現完全的 EVM 等價，這意味著在以太坊上部署的合約可以在 Scroll 上無需任何修改即可部署。

Blob 與 Dencun 升級：經濟學的轉變

在 2024 年 3 月之前，rollup 將其批次資料作為以太坊交易中的 calldata 發布。Calldata 被每個以太坊節點永久儲存，這使得它很昂貴。在以太坊高擁堵時期，一個典型的 rollup 批次在 calldata 費用上花費 500 至 2,000 美元。

Dencun 升級引入了 EIP-4844，它創建了一種名為 blob 的新資料類型。Blob 是大型資料塊（每個約 128 KB），附加到以太坊交易中，但僅臨時儲存約 18 天，而不是永久儲存。這使得它們比 calldata 便宜得多。

影響是立即且可衡量的。Arbitrum 上的交易費用從平均 0.25 美元降至 0.01 美元以下。Base 上的費用降至不到一美分。將 rollup 批次發布到以太坊的成本下降了 90% 以上。

這很重要，因為它改變了 rollup 採用的經濟方程式。當第 2 層交易費用為 0.25 美元時，只有交易價值超過一定門檻的用戶才會選擇 rollup 而不是其他基礎費用較低的競爭鏈。當第 2 層交易費用為 0.001 美元時，競爭鏈的成本優勢基本消失，而以太坊結算的安全優勢成為決定性因素。

Blob 是邁向完整 danksharding 的第一步，這是一項未來的升級，將把每個區塊的 blob 數量從目前的目標三個增加到 64 個或更多。這一進程中的每一步都進一步降低了 rollup 成本，並增加了以太坊上第 2 層結算可用的數據吞吐量。

排序器中心化問題

如今，幾乎每個主要的 rollup 都運行著由 rollup 團隊操作的單一排序器。Arbitrum 的排序器由 Offchain Labs 運行。Optimism 的排序器由 OP Labs 運行。Base 的排序器由 Coinbase 運行。

這種中心化帶來了幾種風險。如果排序器宕機，rollup 就會停止。如果排序器審查某些交易，用戶就無法正常與 rollup 互動。如果排序器重新排序交易以提取 MEV，用戶就會支付隱性稅。

Rollup 團隊將這種中心化辯解為臨時措施。通過引入輪換的排序器集合或使用共享排序層來去中心化排序器，是每個主要 rollup 路線圖上的內容。但路線圖不是部署。

緩解措施是強制包含。大多數 rollup 都包含一種機制，允許用戶直接向以太坊基礎層提交交易，完全繞過排序器。如果排序器審查你的交易，你可以通過 rollup 的鏈上合約強制執行。這個過程比通過排序器更慢、更昂貴，但它防止了永久審查。

在實際使用中，在時間限制和 gas 成本下，強制包含實際運作的程度是 rollup 之間的重要區別。L2BEAT 是 rollup 安全屬性的主要獨立追蹤者，它根據強制包含機制的成熟度以及其他幾個安全標準對每個 rollup 進行評級。

碎片化問題

以太坊的 rollup 策略成功創造了可擴展的執行環境。它也創造了 rollup 之前不存在的碎片化問題。

在 Arbitrum 上擁有資產的用戶無法直接在 Base 上使用它們。在 Optimism 上的 DeFi 協議與在 zkSync 上的同一協議具有不同的流動性。在 StarkNet 上鑄造的 NFT 無法在運行於 Scroll 的市場上出售。

每個 rollup 都是自己的鏈，有自己的狀態、自己的以太坊橋接，以及自己的應用生態系統。在 rollup 之間移動資產需要橋接，這會引入延遲（樂觀 rollup 提款到以太坊需要七天）、成本（源鏈和目標鏈上的 gas 費用）和風險（橋接智能合約漏洞）。

這不僅僅是不便。這是一個結構性問題，削弱了使以太坊有價值的網絡效應。如果流動性分散在 30 個 rollup 中，沒有一個 rollup 能擁有以太坊主網作為主要執行環境時那樣的流動性深度。

解決方案正在開發中。像 Espresso 這樣的共享排序層旨在協調多個 rollup 的交易排序，實現原子跨 rollup 交易。像 Chainlink CCIP 和 LayerZero 這樣的互操作性協議提供了讓 rollup 通信的消息層。ERC-7683 是一個跨鏈意圖標準，旨在標準化用戶表達跨 rollup 轉移的方式。

這些解決方案目前都不夠成熟，無法消除碎片化。rollup 生態系統是收斂到少數主導鏈，還是保持分散在數十個鏈上，這是一個懸而未決的問題，對用戶、開發者和流動性最終落腳何處具有重大影響。

安全模型在其他更微妙的方面也有所不同。在樂觀 rollup 中，安全性取決於至少一個誠實的驗證者監視鏈並在需要時提交欺詐證明。如果每個驗證者都離線或串通，無效的狀態轉換可能在挑戰窗口關閉後被最終確定。在實踐中，多個獨立的驗證者監視著每個主要的樂觀 rollup，而發現欺詐的經濟激勵（挑戰者獲得被削減的抵押品）使得這種攻擊難以持續。但理論上的要求比 ZK rollup 弱，在 ZK rollup 中，數學證明本身保證了正確性，無論誰在觀看。

rollup 選擇對用戶體驗的影響不僅僅是費用和最終性。錢包支持、代幣可用性和應用部署在 rollup 之間各不相同。用戶將資產橋接到一個 DeFi 協議部署有限的 rollup，可能會發現他們的資本被困在一個生產性用途很少的生態系統中。互操作性問題加劇了這一點：將資產移回以太坊或轉移到不同的 rollup 會產生額外的橋接費用和時間延遲，這可能抵消最初吸引用戶使用 rollup 的成本節省。

本文不涵蓋的內容

本文不涵蓋特定 rollup 虛擬機的內部架構。Arbitrum Nitro、OP Stack 和 StarkNet 的 Cairo VM 之間的差異顯著，影響開發者體驗、效能和安全性屬性。每個都值得專門分析。

本文不涵蓋 validium 和 volition，這些是 rollup 的變體，將資料發佈到單獨的資料可用性層，而不是以太坊。這些系統以部分以太坊的安全保證換取較低成本，其取捨相當細微。

本文不討論 rollup 治理的代幣經濟學。ARB、OP、STRK 和 ZK 代幣各自具有不同的治理、質押和激勵結構。rollup 代幣是否為持有者累積價值，或主要作為治理工具，是一個活躍的辯論，對投資決策有影響。

選擇 rollup 前的實用檢查

在 L2BEAT 上檢查 rollup 的安全階段。 L2BEAT 根據其證明系統、升級機制和治理的成熟度，將 rollup 分為三個階段。第 0 階段的 rollup 高度依賴對 rollup 團隊的信任。第 1 階段的 rollup 具有功能性證明系統，但保留升級金鑰。第 2 階段的 rollup 具有完全無需信任的證明系統，集中控制最少。截至 2026 年中，大多數主要 rollup 仍處於第 0 或第 1 階段。

了解提款時間。 由於欺詐證明挑戰期，樂觀 rollup 提款到以太坊大約需要七天。快速橋接服務可以通過預付資金來加速，但會收取費用並引入交易對手風險。ZK rollup 提款在有效性證明驗證後可以在幾分鐘內完成。如果您需要快速訪問以太坊主網上的資產，此差異很重要。

驗證強制包含機制。 如果排序器宕機或審查您的交易，您能否通過鏈上合約強制執行您的交易？檢查 rollup 是否具有正常運作的強制包含機制，以及延遲多長時間。沒有強制包含的 rollup 是帶有以太坊品牌的中心化鏈。

比較實際交易成本。 Rollup 費用因 rollup 的壓縮效率、批次頻率和以太坊 blob 空間的當前價格而異。使用 rollup 費用追蹤器，在您計劃使用時比較各 rollup 上常見操作（代幣轉移、交換、合約部署）的實際成本，而不是依賴歷史平均值。

檢查生態系統。如果您需要的應用程式位於不同的 rollup 上，那麼最便宜的 rollup 就沒有用。請確認您計劃使用的 DeFi 協議、NFT 市場或錢包基礎設施已在您選擇的 rollup 上部署並具有流動性。