Rollups方案如何助力Bitcoin擴容？_ROL

比特幣作為最早也是最受歡迎的區塊鏈，每天都會有數十萬筆交易。但比特幣設計之初，其去中心化框架內優先考慮安全性，這就導致忽視了可擴展性問題，導致人們將比特幣僅僅視為一種數字資產和價值儲存手段。

雖然比特幣的安全性和去中心化一直是其優勢，但其有限的交易速度和交易規模影響了比特幣生態的發展。近年來，出現了各種解決方案來解決這個問題，并允許構建者開發整個比特幣生態系統。現在，擴容解決方案不僅成為其他區塊鏈網絡的焦點，也成為比特幣的焦點。

我們在探索BTC Layer2賽道與機會一文中聊過比特幣為什么需要擴容，并介紹了相關比特幣二層方案，如：閃電網絡、側鏈等。

本文，我們將關注比特幣擴容的另外一個方案：Rollups。相比于閃電網絡和側鏈，Rollups有潛力提高比特幣的可擴展性、隱私性和可編程性，而不犧牲比特幣作為點對點電子現金系統的核心價值和功能。

Rollup 通常與以太坊網絡相關。在 2022 年 9 月過渡到權益證明之后，以太坊區塊鏈變得更加中心化。此外，許多Rollup實際上依賴于 L2 上交易的中心化排序器。去中心化確實能帶來更高的安全性，特別是在比特幣方面，但伴隨著比特幣的發展，去中心化和算力規模之間的矛盾也越來越突出，這種矛盾的來源在于用戶量的增加和驗證區塊時的計算量，而能夠緩解這種矛盾的關鍵就在于提升區塊鏈的可擴展性。

a16z crypto推出新OP Stack rollup客戶端:金色財經報道，a16z crypto工程師ncitron.eth發推稱，推出用Rust編寫的OP Stack rollup客戶端“Magi”，“Magi”執行（op-node）相同的核心功能，并與執行節點（如op-geth）一起工作以同步到任何OP Stack鏈，包括Optimism和Base。作為一個獨立的實現，Magi旨在增強整個OP Stack生態系統的安全性和活躍性。

“Magi”正在開發中，可能需要數月的時間才能成為op-node的可行替代方案。[2023/4/20 14:14:36]

我們之前談到的閃電網絡采用了多重簽名、Hash時間鎖定等技術，將數據保存在鏈下，將多個交易合并成一筆交易處理，可以實現快速、便宜的支付；側鏈是創造一條單獨的鏈，在不影響比特幣主鏈的情況下，將比特幣從主鏈鎖定，然后在側鏈實現大量交易的處理，這可以大大提高交易速度，同時不會影響比特幣主鏈的安全性。而Rollup是對比特幣網絡的技術架構或技術系統進行升級，它會在鏈上進行數據優化。

Rollup作為第一層區塊鏈網絡的擴展解決方案。他們將交易轉移到鏈下，在那里進行處理（通常在第二層），并將多個交易捆綁成一批，然后發送回第1層鏈。然后，智能合約會驗證該批次的交易，并更新區塊鏈的狀態。

Layer 2跨Rollup橋Orbiter Finance將新增對DAI的支持:10月21日消息，Layer 2跨Rollup橋 Orbiter Finance 將新增對 DAI 的支持，目前正在測試中。[2022/10/21 16:34:25]

這張圖表直觀地展示了Bitcoin Rollup分層。在此示例中，有兩個 L2 Rollup：一個專門提供數據可用性，另一個專門提供高安全性支付和合約。除了 L2 數據可用性Rollup之外，還有三個 L3 Rollup，每個Rollup專門針對不同的用例：私人 p2p 支付、金融合約以及游戲內資產所有權和轉讓。由于 L3 Rollup 依賴于 L2 全節點來實現數據可用性，因此可以認為它們的安全性低于依賴于比特幣 L1 全節點來實現數據可用性安全的 L2 Rollup。

Rollup變得越來越流行，因為它們提高了交易吞吐量，同時降低了交易成本。這是因為Rollup意味著區塊鏈不需要單獨處理數千筆交易，從技術上講它們只需要處理一筆交易。這對于dApp尤其有用，因為它需要頻繁且快速的交易才能有效運行。這就是為什么Rollup被認為是比特幣等區塊鏈的可行擴展解決方案。

目前Bitcoin Rollup的類型主要包括ZK Rollup和Sovereign Rollup。

ZK Rollup

ZK Rollup訂單簿DEX ZigZag的NFT Swap功能將上線zkSync主網:5月13日消息，以太坊二層ZK Rollup訂單簿DEX ZigZag Exchange宣布NFT Swap功能將上線zkSync主網。[2022/5/13 3:14:49]

ZK Rollup使用加密的“有效性證明”來確保新的Rollup塊遵循Rollup協議的規則。每次Rollup區塊生產者創建有效性Rollup區塊時，區塊生產者都會向父鏈提交狀態更新交易。Rollup 狀態更新交易包含有關 Rollup 塊中每個狀態轉換的數據、應用塊中狀態轉換后的新 Rollup 狀態根，以及證明數據可用性以及新 Rollup 狀態根是有效更新的有效性證明到父鏈上確認的最后一個有效的Rollup狀態根，只有附有有效證明的狀態更新交易在確認后才能成功推進Rollup狀態。

ZK Rollup 將交易數據打包放到主網中，同時會提交一個有效性證明，證明這些交易是有效的，在接收這些交易的時候，會直接驗證這些有效性證明，如果證明沒有問題，那就說明這些交易就是有效的，用戶在提取的資產的時候，就不需要再等待了。

在ZK Rollup中，用戶根據打包的數據重現所有的狀態變化并驗證，但 ZK Rollup 發布的數據更少，只需要發布重建賬戶余額和最新狀態所需要的最小數據就可以，這樣讓 ZK Rollup 可以同時處理更多的交易，主鏈上包含的計算和存儲資源較少也減少了鏈上的擁堵，速度也因為沒有交易數據積壓而降低，從而鏈上導致更快、更便宜的交易成本。

Plasm Network部署Matter Labs的ZKRollup Solidity合約:3月19日消息，Plasm Network創始人渡邊雄太宣布團隊已經成功部署Matter Labs的ZKRollup Solidity合約。[2021/3/19 19:00:23]

ZK Rollup對Bitcoin的擴展改進

ZK Rollup提高了吞吐量。隨著比特幣網絡上越來越多的交易需要在每個Rollup層被證明有效，創建必要的有效性證明的難度也隨之增加。ZK Rollup對創建這些證明所需的計算的解決方案是使用遞歸證明組合來并行化。遞歸本質上是“證明證明的有效性”，因此許多計算機可以證明不同交易的有效性，然后這些證明最終可以組合成一個證明，從而允許多臺計算機同時進行水平擴展，從而有助于證明一個交易的有效性。SNARK 和 STARK 證明都可以實現無需信任的遞歸證明組合。

在應用方面，這種遞歸證明會讓ZK Rollup賬戶模型去壓縮二層交易，通過增加交易數量來提高擴展性，帶來的額外交易容量可用于支持更多閃電網絡交易，從而能夠增加以自我托管方式加入和使用閃電網絡的用戶數量，也擴展了閃電網絡。

Loopring首席技術官：zkRollup擁有以太坊層級的安全性:金色財經報道，在今日OKEx礦池與以太坊中國社區主辦的ETH 2.0 AMA中，Loopring首席技術官Steve Guo表示，zkRollup是一種用于以太坊的可擴展性方案，通常是被定義為Layer 2的解決方案。它能處理更多交易，更快速并且成本更低。它在鏈下批量執行所有計算，并且只向以太坊提交一個小的零知識證明（不能是偽造的證明）進行驗證。由于以太坊會驗證這些證明，并且存儲足夠的數據來準確判斷鏈下賬戶的狀態，因此zkRollup擁有以太坊層級的安全性。零知識證明框架目前有好多種，路印協議最終選定了zkSnark作為背后的零知識證明框架，主要是因為zkSnark的證明數據大小是目前最小的，這就意味著鏈上成本能做到最低，同時生成證明所必須的鏈下計算成本也不高，技術框架本身也已經過ZCash多年的實踐考驗過的。整個方案的關鍵點就在于：區塊鏈上只是負責存儲數據和驗證零知識證明，其余的計算處理都是通過在鏈下更改Merkle樹的方式來實現，從而極大的減小對區塊鏈資源的消耗，提升區塊鏈的整體性能。又因為鏈下部分有鏈上驗證的輔助，所以也能確保鏈下處理資產的安全性和正確性。從而達到在不犧牲區塊鏈帶來的安全前提下，提升區塊鏈的整體性能。[2020/6/17]

Sovereign Rollups在Bitcoin上的應用

Sovereign Rollups與當前的Rollup設計有所不同，以往的不管是OP Rollup還是ZK Rollup 都需要使用智能合約來確認 Rollup 執行，但Sovereign Rollup不需要智能合約，也不需要結算層，因此得名“Sovereign“。

觀察OP和ZK Rollup，它們傾向于使用L1作為數據可用性層和共識層。然而，Sovereign Rollup僅使用第1層來實現數據可用性，確保它們與基礎層有更直接的連接。Sovereign Rollup 與常見的 Rollup 的區別在于它有一個分叉選擇規則，允許它獨立于其基礎層進行分叉。相反，一個普通的Rollup會將其分叉選擇權委托給它的結算層，因為它需要確保 Rollup 的正確性。 

Sovereign Rollup核心是一個區塊鏈，它將其交易發布到數據可用層，以實現共識和數據可用性。數據可用層并不確保Sovereign Rollup交易是正確的。它只是對交易排序并檢查它們是否可用。以往的OP和ZK Rollup依靠以太坊智能合約來檢查其交易是否正確，通常是通過欺詐或有效性證明。而Sovereign Rollup由節點決定交易是否正確，其節點會下載所有交易并檢查是否有效，如果交易是無效的，那交易會被拒絕。

Sovereign Rollup是目前Bitcoin Rollup中熱度最高的解決方案，它與ZK Rollup最主要的區別是Sovereign Rollup獨立于主網。ZK Rollup將主網作為數據的可用層和結算層，相關數據不僅會存放在主網上，交易也由主網上的智能合約進行驗證，而Sovereign Rollup僅使用區塊鏈的一層作為數據的可用層，但不使用一層執行結算。因此對于主網算力受限的比特幣來說，這種方案會比ZK Rollup更友好。

在該方案中，運用Rollup的模塊化框架，開發人員可以在其中插入自定義執行層和數據可用性層，Sovereign Rollup管理自己的執行和結算，同時將共識和數據可用性轉移給比特幣一層主網。這種方案不需要智能合約或使用結算層進行Rollup驗證，二層不受一層主網被攻擊的影響，且有自己的共識，更加的可擴展。

在應用方面，未來Sovereign Rollup更像是作為一種RaaS，使用比特幣的數據可用性，開發者可以創建具有任意執行環境的Rollup，繼承比特幣的數據可用性保障和安全保障。比如模塊化區塊鏈Celestia旗下模塊化Rollup框架產品Rollkit，它通過集成比特幣Sovereign Rollup數據可用性層，可以在比特幣上運行EVM作為Rollkit Sovereign Rollup，擴展了Rollup的應用，并幫助比特幣開啟了更廣闊的生態市場。

總結

ZK Rollup方案中，其安全性強烈依賴于它與其主鏈的關系，ZK Rollups 上的各種應用將能夠繼承比特幣網絡的去中心化和安全性，并改善比特幣網絡經濟模型的可擴展性問題。這種關系為Rollup解決了其他“鏈下”協議所缺乏的兩個關鍵功能：繼承的雙花安全性和安全的雙向橋接。雖然它可以給比特幣帶來的好處包括增加交易吞吐量、更好的交易隱私以及更大的靈活性，但這些優勢并非沒有成本或風險，因為它也會承擔比特幣軟件更新和共識變更相關的風險。

Sovereign Rollup方案中，它有自己的共識，可以獨立于一層區塊鏈運行，可以定義自己的交易驗證和結算規則，自主性更高。但正是這種獨立性，也在一定程度上喪失了一層區塊鏈的安全保障，而且由于單獨的共識機制，實施Sovereign Rollup升級可能會很復雜。當前Sovereign Rollup開發還處于早期階段，隨著這一領域的研究和深入，未來技術如何發展以打造其安全性也值得我們后續的關注。

圍繞 Rollup 的開發證明了比特幣可以成為比之前更多操作的基礎鏈。總的來說，無論是在比特幣還是任何其他 L1 上，Rollup 改變了我們感知鏈上交易數據、證明驗證以及涉及大量數據的鏈上交易的方式，推動我們如何存儲、讀取和利用鏈上數據的討論的最新進展，這反過來又為比特幣可擴展性討論提供了另一個維度，特別是當開發人員試圖在Bitcoin區塊鏈上創建完整的生態經濟時。Rollup仍處于起步階段，然而，它們的潛在影響是有希望的。

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