Rollups：以太坊的下一代扩容方案

区块链被誉为革命性技术，但目前还面临着三大痛点：安全、去中心化、可扩展性。以太坊作为最著名的区块链之一，为了确保安全和去中心化，可扩展性一直是其不得不面对的挑战。

随着以太坊用户数量的增加，交易数量也相应增多，导致交易速度变慢、交易费用变高。这种瓶颈影响了以太坊的大规模应用。如果单纯地增加每个区块中的交易数量，将会降低去中心化，因为人们运行以太坊节点（独立复制以太坊交易历史的计算机）的成本将变得更高。此外，过大的区块大小可能破坏共识，从而危及安全性。为了解决这些问题，出现了一种名为Rollups的扩容方案。

什么是Rollups？

以太坊联合创始人Vitalik Buterin已经认可Rollups是可行的扩容方案之一。它们通过将交易计算从链上移至链下，同时将交易数据存储在以太坊主网上。这样，Rollups就能继承以太坊的本地安全性，而这种安全性依赖于以太坊的去中心化特性。

Rollups如何工作呢？数千个交易被收集到一个批次中，批次中的所有交易都在链下进行处理。然后，这些交易的信息被打包成一个交易，发送到链上进行提交。

Rollups能够在扩展性方面产生巨大的收益，因为它们将计算从链上移动到链下，同时仍然将交易数据压缩提交到以太坊主网上。现在，Rollups已经成为以太坊扩容领域的救星！

Rollups是Layer 2扩容方案中的一种，它可以将多个交易批量处理，并将结果提交到以太坊上，从而提高了交易速度和吞吐量。根据交易如何在链下进行计算，Rollups分为Optimistic Rollups和Validity Rollups两种类型。

Optimistic Rollups

Optimistic Rollups采用一种乐观的假设，即批处理中的所有交易都是有效的，并且默认情况下不执行任何计算。一旦交易在链下执行完成，Rollups会将批次（包含交易数据）提交到以太坊上。

如果存在无效交易，就会进入挑战期（通常为一周），任何人都可以挑战交易。挑战交易需要生成欺诈证明。成功的欺诈证明将触发有争议交易的重新执行，并相应地更新Rollups的状态。

通过经济激励实现有效性：负责错误交易的顺序生成者将受到惩罚，协议通过加密经济激励得到保障。

延迟：如果没有任何交易被挑战，那么一旦挑战期结束，批次中的数据就被认为是有效的。虽然可以在未经确认的Rollups块上继续构建，但如果基于先前发布的无效交易，就存在交易被撤销的风险。

在链上发布数据：在链上发布的数据包含交易的全部数据。

EVM兼容性：Optimistic Rollups完全兼容以太坊虚拟机（EVM），这使得它们可以使用原生的以太坊工具来在其上构建。

此外，由于没有涉及任何计算，Optimistic Rollups上的交易非常快速。而在以太坊上的交易最终确认速度比较慢，因为需要等待挑战期结束。例如，用户必须等待挑战期结束后才能提取他们的资金。

Validity Rollups

Validity Rollups是一种零知识Rollup，将交易打包并在链下处理。然后，链下Prover为批处理中交易的有效性创建一个有效性证明。有效性证明是一种密码学保证，即Rollup提议的状态更改确实是执行某批交易的结果。在完成链下过程后，系统继续进行链上过程：Rollup运营商发布摘要，描述批处理中的所有交易的更改摘要和有效性证明。有效性证明非常容易验证，验证是在链上进行的。

有效性数学：虽然乐观Rollups默认假设交易有效，并只在挑战时验证它们，但有效性Rollups使用数学证明自动确保交易的完整性和协议的安全性。这允许快速确定性。例如，在有效性Rollup中没有提款的延迟，因为一旦验证有效性证明，退出交易就会执行。

在链上发布数据：有效性证明保证批处理中的所有交易都是有效的，并且无需查看所有交易的所有信息。这带来经济效益，因为提交到链上的状态更新仅包含所有交易的最终余额。

EVM兼容性：ZK Rollups默认情况下不兼容EVM，但是使用Warp和Kakarot，可以在Starknet上为有效性Rollup编译器。此外，即使在计算便宜的链下执行，生成有效性证明也需要大量的计算工作和时间。

对于某些零知识Rollup的另一个批评点是使用SNARK证明，这需要信任假设并使用不受量子计算机攻击的椭圆曲线密码术。

StarkWare的Starknet和StarkEx是有效性Rollups，使用STARK而不是SNARK，这种设计选择带来了许多优点。STARK不需要受信任的设置，对量子计算机具有安全性，还比SNARK提供更多的可扩展性。

Rollups的应用

Rollups是一个非常灵活的扩容方案，它可以与其他技术和协议集成，以提高其效率和可扩展性。下面我们来看一些Rollups的应用：

1.有效性Rollups

有效性Rollups将以太坊的交易验证和批准转移到Rollups，以减轻以太坊网络的负载。这种方法将交易验证的成本和时间分配给Rollups，使得以太坊网络可以专注于其安全和去中心化。

2.通用Rollups

通用Rollups具有高度的灵活性和可定制性，可以为不同类型的应用程序提供支持。这些Rollups可用于游戏、交易所、NFT市场、预测市场等等。

3.运行EVM的Rollups

运行EVM的Rollups可以在Rollups中运行Solidity智能合约。这种方法可以让现有的以太坊应用程序迁移到Rollups，同时最小化编写新代码的需求。

Rollups是以太坊上的下一代扩容方案，它们可以实现高吞吐量的交易处理，同时不会损害以太坊的安全性和去中心化。这些Rollups将为以太坊生态系统提供更好的性能和更高的灵活性，为用户带来更好的体验。