用非技術語言說透 Rollup 如何實現以太坊擴容

撰文：Benjamin Simon，Mechanism Capital 研究員
編譯：Perry Wang

想象一下我們又回到了中學數學課上。我們的老師，就像你曾經的中學數學老師那麼殘忍，給我們列出了一百個長除法問題，每個除法都涉及很大的數字。我們被告知，任務是解答儘可能多的問題。但是有一個問題！我們必須在一張答捲紙上寫下最終解決方案和每個計算步驟。幾分鐘后，伴隨着我們胃部下沉的難受感覺，我們感覺到這項任務實在是荒謬的不可能任務。在一頁中僅僅能寫下少數完整的答案。

這個卡夫卡式的故事與 Rollups 有什麼關係？

在這個比喻中，這張答捲紙代表一個以太坊區塊，數學問題是智能合約交易。以太坊目前非常擁擠。每個區塊中需要包含的交易太多了。更糟糕的是，這些交易中的大部分都是計算密集型的，例如閃電貸或通過聚合器路由的交易。前 DeFi 時代僅僅有簡單的轉賬和支付的情況已經成為歷史。

這就是問題的關鍵。正如比喻中的數學老師要求我們把每一行艱難的長除法解題答案都塞在一張紙上一樣，以太坊也必須處理和記錄每筆交易的每一行計算。

Rollups 解決方案的出現改變了這種情況。

Rollups 將計算移到鏈下，同時只在鏈上存儲儘可能少的交易數據。從這個基本意義上講，它們是以太坊的演算草稿紙。Rollups 處理所有雜亂的數據處理，使得指數級的智能合約交易批量匯總在單個以太坊塊內。

這個比喻可以幫助描繪 Rollups 旨在解決的問題（「由於計算過載導致的網絡擁塞」）。它甚至讓我們模糊了解了 Rollups 解決方案具體需要什麼（「移動計算移至鏈下」）。但至於 Rollups 實際上是如何工作的、它們是什麼樣子、以及為什麼它們讓像我這樣的人如此興奮——我們需要深入研究。

什麼是 Rollup？

Rollup 本質上是一個單獨的區塊鏈，但有一些修改。與以太坊一樣，Rollups 協議具有執行智能合約代碼的「虛擬機」（EVM）。Rollup 虛擬機的運行獨立於以太坊自己的虛擬機，但它們由以太坊智能合約管理。這種連接使得 Rollups 和以太坊進行通信。Rollups 執行交易並處理數據，以太坊接收並存儲結果。

在技術層面上，Rollup 鏈與其他更傳統的區塊鏈之間的關鍵區別在於產生新區塊的方式。

通常，區塊鏈由各方（「礦工」或「驗證者」，具體取決於鏈的類型）的分佈式網絡予以維護。這些相關各方通過共識共同生產區塊。簡單來說，相關各方就如何處理一組交易——或者說如何構建下一個區塊進行投票。獲得多數支持的區塊將成為永久寫入鏈上的區塊。

相比之下，Rollup 鏈不通過少數服從多數的規則運行。相反，監控 Rollup 狀態的一方可以將所謂的「斷言」（assertion）發送回以太坊，說明交易應該如何處理。重要的是，以太坊可以接受或拒絕此斷言，而不管 Rollup 其他方的大多數是否支持此斷言。在實踐中，這通常意味着 Rollup 中的某一方被指定為處理交易和生成區塊的任務。

等一下……Rollups 是中心化的解決方案？

Rollup 區塊生產的中心化特性是 Rollup 能夠如此高效地處理交易的部分原因。但它也隨之產生了一個明顯且令人擔憂的問題：如果沒有多數人的共識，Rollup 如何確保區塊生產是正確的——如果區塊生產者碰巧是惡意的，會發生什麼？

這種中心化特性讓習慣於基於共識的區塊鏈加密用戶感到困惑。事實上，如果故事到這裡結束，我們可能會（錯誤地）得出結論，例如 Avalanche 聯合創始人 Kevin Seqniqi 最近在推特上所說的那樣——Rollup 只是「由單方複製的數據庫」。

實際上，正如我們將看到的，所謂中心化的指控與其說是錯誤的，不如說是邏輯上的誤導。通常情況下，沒有強大共識機制的中心化區塊鏈很容易受到腐敗和惡意收購的影響。不過在 Rollup 的獨特情況下，缺乏去中心化實際上並不會造成安全性和誠信度的問題。要理解為什麼會這樣，我們需要更深入地挖掘。

數據可用性的重要作用

回想一下我們開頭提到的數學作業難題。我們的救命稻草是可以用於計算的草稿紙是這樣我們只需要在答捲紙上寫下問題及其答案。Rollup 就好像是草稿紙，我們說它們「將智能合約計算移到鏈下，同時僅在鏈上存儲儘可能少的交易數據。」

事實上，最後一個環節——鏈上交易數據的存儲——對於 Rollup 的工作方式至關重要。在 Rollup 中，只有計算（數據處理）處於鏈下狀態。Rollup 處理的每筆交易仍將其輸入數據（正式名稱為「調用數據」）存儲在以太坊上。

將交易數據保存在鏈上的重要性是什麼？在數學作業這個比喻中，我們交給老師的最後一張答捲紙包括了長除法問題及其答案。我們的老師事後可以檢查我們的成果，即使答卷中沒有包括單獨的計算步驟。同樣，鏈上數據的持續可用性意味着以太坊底層可以重複 Rollup 上的任何計算。

簡而言之，Rollups 的鏈上數據可用性意味着可以有內置的審查過程。以太坊可以「複查」在 Rollup 鏈上所處理交易的誠信度，然後再將它們永久寫入分類賬——就像美國最高法院的司法審查權一樣。

受限性的力量

因此，Rollup 的關鍵含金量在於其受限性。Rollups 只將交易推送到底層；它們不能強制接受，因為以太坊可以在必要時推翻任何 Rollup 交易。因為它們受制於這個審查過程，所以說 Rollup 交易不具備真正的最終性。

考慮到 Rollup 的受限性質，我們可以回來談尚未解決的中心化指控。Rollup 的單個區塊生產者可能會嘗試惡意處理交易。但如果是這樣，以太坊將在審查過程完成後簡單地拒絕該批次，並且該區塊生產者將受到懲罰。

現在，「審查過程」究竟如何運作取決於 Rollup 是 Optimistic 機制還是零知識機制。但對於兩者而言，審查過程比沒有 Rollup 的以太坊自行處理交易的效率會有指數級的優勢。

總之，Rollup 系統依據「制衡」原則來確保以太坊依然是主權鏈；以太坊自身的共識是真相的最終仲裁者。但重要的是，這不同於側鏈解決方案。由於缺乏相同的審查流程，側鏈通過自己的、完全獨立的共識機制處理交易。側鏈交易是「最終的」，而 Rollup 交易則不是（直到它們在以太坊上得到確認，才確立最終性）。因此，側鏈需要更高的信任假設，因為它們不能從以太坊自身的去中心化安全機制中受益。事實上，我認為側鏈更類似於兼容 EVM 的第 1 層解決方案，而不是 Rollup。