科普 | 白话 Rollup

本文发表于 2021年 6 月 1 日。¹

介绍

我们先来打个比方。

想象一下，我们回到了初中数学课堂上。“残忍” 的初中数学老师给我们每人发了一张卷子，上面列了 100 道数字很大的除法题。我们的任务是解出尽可能多的题。但是，这里面有个陷阱：我们只能将最终的解和每个计算步骤写在一张答题纸上。几分钟后，我们有了一种不祥之感，越想越觉得这个任务荒谬至极。算完几道题之后，这张答题纸就已经满满当当了。

这个噩梦般的故事与 Rollup 有什么关系？

在这个故事里，答题纸就是以太坊区块，算术题就是智能合约交易。以太坊目前非常拥堵。每个区块内要包含的交易太多了。更糟糕的是，绝大多数交易都是计算密集型的，例如闪电贷和通过聚合器路由的交易。随着 DeFi 兴起，简单转账和支付已经成了过去时。

这就是问题的关键所在。就像数学老师要求我们将每个计算步骤都写在一张答题纸上那样，以太坊也必须处理并记录每个事务的每一笔计算。

直到 Rollup 出现。

Rollup 将计算转移到链下，只将最少的事务数据存储在链上。从这个基本意义上来讲，Rollup 就是以太坊的草稿纸。Rollup 负责所有复杂的数据处理，让每个以太坊区块都能容纳（叠卷）成倍多的智能合约事务。

这个比喻不仅直观呈现了 Rollup 旨在解决的问题（“因计算过载而导致的网络拥堵”），还让我们大概了解了 Rollup 解决方案需要做到什么（“将计算转移到链下”）。但是，Rollup 的实际运作方式、呈现形式以及魅力所在都是我们需要深入研究的。

什么是 Rollup？

Rollup 本质上是一条独立的区块链，但是进行了一些修改。和以太坊一样，Rollup 协议也使用 “虚拟机” 来执行智能合约代码。Rollup 的虚拟机独立于以太坊自己的虚拟机（EVM）运行，但是由以太坊上的智能合约管理。因此，这种联系可以让 Rollup 和以太坊之间进行通信。Rollup 负责执行事务并处理数据，以太坊负责接收并存储结果（译者注：其实以太坊还储存 Rollup 事务的数据，不仅只储存结果）。²

从技术层面来说，Rollup 链和传统区块链之间的主要区别在于出块方式。

通常来说，区块链由一个分布式参与者网络（“矿工” 或 “验证者”，具体取决于链的类型）维护。这些参与方通过共识创建区块。简单来说，参与方通过投票决定如何处理一组交易（如何创建下一个区块）。获得多数支持的区块将被永远写到区块链上。

相比之下，Rollup 链不按多数原则运行。监控 Rollup 状态的一方可以将 “断言” 发送至以太坊，来说明交易是如何处理的。重要的是，以太坊将决定是否接受这个断言，无论这个断言是否获得了 Rollup 上多数参与方的支持。³ 这通常意味着，在 Rollup 上，实际只有一方负责处理交易和生成区块。4（译者注：这一点也不是绝对的）

等等…… Rollup 是中心化的？

Rollup 之所以能够如此高效地处理交易，一部分原因就在于它在出块方面的中心化特性。但是，这也提出了一个令人担忧的问题：在缺乏多数决共识的情况下，Rollup 如何确保出块的正确性 —— 如果区块创建者作恶怎么办？

由于密码学货币用户已经习惯了基于共识的区块链，这种中心化会令他们感到困惑。确实，如果这篇文章到此结束，我们可能会误以为 Rollup 只是 “由单个参与方复制的数据库”，就像 Avalanche 的联合创始人Kevin Seqniqi 最近在推特上所言。

实际上，我们很快就会明白，与其说人们对 Rollup 的中心化特性的担忧是错误的，不如说是一种逻辑误导。通常情况下，缺乏强大共识机制的中心化区块链确实容易遭到破坏和恶意操控。但是，就 Rollup 解决方案而言，缺乏去中心化并不会影响它们的安全性和完整性。⁵为了弄清楚背后的原因，我们需要更深入理解 Rollup 的原理。

数据可得性的重要性

回想一下文章开头提到的数学试卷。草稿纸就是我们的救命稻草。只要将计算过程写在草稿纸上，我们就只需在答题纸上写下问题和解。Rollup 就好比是草稿纸，“将智能合约计算转移到链下，只将最少的事务数据存储在链上”。

事实上，后半句话（将事务数据存储在链上）对于 Rollup 的运作方式来说至关重要。就 Rollup 而言，只有计算（数据处理）会被转移到链下。Rollup 所处理的每笔事务的输入数据（即 “调用数据”）仍存储在以太坊上。

将事务数据保存在链上为何如此重要？再拿数学试卷的例子来看，我们最后交给老师的答题纸上只有数学题和解。这样一来，即使我们没有将每个计算步骤写上去，老师也可以检查我们的作业情况。同理，永恒链上数据可得性意味着，Rollup 上的任何一个计算都可由以太坊基础层重复执行（译者注：吹毛求疵来说，这话是不对的。以太坊单笔事务可执行的计算量是有上限的）。

简而言之，Rollup 的链上数据可得性引入了内置审查流程。在将事务永久写入账本之前，以太坊可以再次确认 Rollup 上处理的事务的完整性 —— 就像是美国最高法院的司法审查权。⁶

局限性优势

Rollup 的主要优势就是其局限性。Rollup 只能将交易发送至基础层，不能强制基础层接受，因为以太坊可以在必要时推翻任何 Rollup 事务。由于存在审查过程，Rollup 事务不具备真正的终局性。

了解了 Rollup 的局限性后，我们回到上文提出的中心化问题。Rollup 的单方出块机制确实存在做恶的可能性。然而，一旦出现这种情况，以太坊会在完成审查流程后拒绝相关交易，并惩罚出块者。⁷

对于 Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 来说，“审查流程” 的具体运作方式不同（详情请参见此处）。然而，无论是哪种 Rollup，审查流程远比以太坊自己处理交易（不依赖于 Rollup）高效得多。

总之，Rollup 系统以 “制衡” 为基础，从而保证以太坊的主权链地位。以太坊的共识是事实的最终仲裁者。请注意，侧链的情况完全不同。侧链不像 Rollup 那样存在审查流程，而是另有一套独立的共识机制来处理交易。侧链可以直接赋予交易终局性，而 Rollup 上的交易要等到以太坊确认后才能获得终局性。因此，侧链需要更多信任假设，因为它们无法从以太坊的去中心化安全性中受益。事实上，我认为侧链更像是兼容 EVM 的 Layer 1 ，而非 Rollup。

结论

总的来说：Rollup 将计算转移到链下，从而释放更多链上空间。链上数据可得性很重要，因为它使得以太坊可以复核 Rollup 交易的完整性。反之，审查流程可以检查 Rollup 出块，免去对共识机制的需求。

Rollup 最终可以让以太坊鱼和熊掌兼得：在释放成倍多链上空间的同时不破坏网络的去中心化安全性。至少在我看来，这正是我们所期望的优雅的可扩展性方案。

感谢 t11s 和 Hasu 富有见地的评论和建议。

脚注

1. 注：我最近开始在 Deribit Insights 上连载关于 Rollup 的系列文章。其中，Part 1 探索了 ZK Rollup 和 Optimistic Rollup 之间的差异。很多读者希望我能推荐一篇关于 Rollup 的非技术入门文章，因为我的文章需要读者有一定的背景知识。实际上，确实有一些科普性文章会带来很大帮助（参见文章 1、2、3（中译本见 1、2、3））。但是，我还没有看到一篇没有任何技术术语的针对初学者的全面介绍。我写这篇文章的目的就是为了填补这一空缺。
2. 顺便一提，这种联系是通过某个叫作 “状态根” 的东西在链上维护的（状态根追踪 Rollup 的内部状态，包括账户余额、事务和代码等等）。关于更多详细信息，请阅读 Vitalik 的介绍。
3. 事实上，在 Optimistic Rollup 中，即使其他网络参与者都反对，出块一方也可以（正确！）处理事务。这就是 Optimistic Rollup 的 1/n 诚实参与者假设（如果你想要深入了解这部分内容，请阅读这篇文章的 “Secuirty Considerations” 一节）。
4. Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 对出块者的职责要求不同。如果你想要了解更多相关内容，请阅读这篇文章的 “Secuirty Considerations” 一节。
5. Haseeb Qureshi 有一篇关于去中心化的文章很发人深省。Qureshi 的论点是，去中心化本身不一定就是好的，中心化本身也不一定就是坏的。虽然 Qureshi 在这篇文章中没有讨论 Rollup，他的论据有很高的相关性。
6. 在 1803 年的马伯利诉麦迪逊案中，马歇尔法院判定最高法院有权推翻它认为违宪的国会立法，有效地赋予了最高法院对所有立法事项的最终审查权。
7. 事实上，ZK Rollup 通过密码学方式防止其出块者在处理事务时作恶，因为相关事务的零知识证明本身是无效的。

（完）

原文链接:

https://www.mechanism.capital/rollups-introduction/

作者: Benjamin Simon