随着区块链技术的飞速发展和应用场景的不断拓展，以太坊作为智能合约平台的领军者，其可扩展性问题日益凸显，网络拥堵、交易费用高昂（Gas Fee 高企）等问题，严重制约了用户体验和大规模应用的落地，在此背景下，以太坊社区将目光投向了“二层扩容方案”（Layer 2 Solutions），Rollups 以其独特的优势和巨大的潜力,被视为以太坊扩容的未来方向之一。
以太坊的“扩容困境”
以太坊目前主要依赖其第一层（Layer 1）的共识机制和工作量证明（PoW，正转向权益证明 PoS）来保证安全性和去中心化，Layer 1 的交易处理能力（TPS）相对有限，每秒只能处理约 15-30 笔交易（PoS 后有所提升但仍有限），当网络需求激增时，交易拥堵和费用飙升便成为常态，这不仅影响了普通用户的使用体验，也阻碍了去中心化应用（DApps）的广泛采用。
为了解决这一瓶颈，Layer 2 扩容方案应运而生，它们旨在将大部分计算和数据处理从 Layer 1 转移到 Layer 2 进行，只在 Layer 1 上记录最终结果或进行关键验证，从而在不牺牲以太坊主网安全性的前提下,大幅提升交易处理能力并降低成本。
Rollups：Layer 2 的核心力量
Rollups 是目前最受关注的 Layer 2 扩容技术之一，其核心思想是“将多笔交易打包（Rollup）在一起，然后在 Layer 1 上作为一个单一交易进行处理”，Rollups 执行以下操作：
- 交易执行：在 Layer 2 执行交易计算,处理状态更新。
- 状态提交：定期将 Layer 2 的状态根（State Root）或交易数据提交到 Layer 1 的智能合约中。
- 欺诈证明/有效性证明：通过某种机制确保 Rollup 执行的正确性，Rollup 提交的状态根有误，任何人都可以通过提交欺诈证明（Fraud Proofs）来揭发，或者在有效性证明（Validity Proofs，如 ZK-SNARKs/STARKs）中直接证明状态的正确性。
Rollups 的主要类型
Rollups 主要分为两类，它们在安全性、成本和实现复杂度上各有侧重：
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Optimistic Rollups（乐观 Rollups）：
- 原理：假设 Rollup 运算者是诚实的，初始提交的状态根被认为是有效的，如果在一定时间内（挑战期）没有人提交欺诈证明来证明状态根有误,则该状态根被最终确认。
- 优点：实现相对简单，当前交易成本更低，兼容以太坊虚拟机（EVM）更好，现有 DApp 可以更容易迁移。
- 缺点：挑战期需要一定时间（如 7 天），导致提现等操作延迟；如果存在恶意行为，需要通过欺诈证明来解决,这可能涉及一定的计算成本和复杂性。
- 代表项目：Arbitrum, Optimism。
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ZK-Rollups（零知识 Rollups）：
- 原理：使用零知识证明（如 ZK-SNARKs 或 ZK-STARKs）来生成一个密码学证明，证明 Rollup 中所有交易的执行是正确的，然后将这个证明提交到 Layer 1。
- 优点：安全性更高，因为零知识证明本身就能保证状态转换的正确性，无需挑战期，提现速度快；能提供更强的隐私保护。
- 缺点：生成零知识证明的计算开销较大，当前技术下可能限制交易吞吐量或增加单笔交易成本；EVM 兼容性实现相对复杂，需要额外的“翻译层”。
- 代表项目：StarkWare (StarkNet), zkSync, zkRollup (如 Polygon Hermez)。
Rollups 的核心优势
Rollups 为以太坊扩容带来了显著的优势：
- 高吞吐量与低成本：通过批量处理交易，Rollups 能将 TPS 提升数十甚至数百倍，同时将交易费用降低至 Layer 1 的零头。
- 保持以太坊主网的安全性：Rollups 依赖 Layer 1 的安全性和去中心化，其最终状态由 Layer 1 的智能合约保证,继承了以太坊强大的安全背书。
- 兼容性（尤其 Optimistic Rollups）：许多 Rollups 方案（尤其是 Optimistic Rollups 和部分 ZK-Rollups）与 EVM 高度兼容，使得现有的以太坊应用可以相对平滑地迁移,无需大规模重构。
- 快速最终性（ZK-Rollups）：ZK-Rollups 由于零知识证明的即时验证特性，能提供比 Layer 1 更快的交易最终性。
Rollups 面临的挑战与未来展望
尽管 Rollups 前景广阔,但仍面临一些挑战：
- 数据可用性（Data Availability）：Rollup 提交到 Layer 1 的交易数据需要保证是可用的，否则可能影响安全性，以太坊正在通过数据 blobs（如 EIP-4844）等方式优化数据可用性。
- ZK-Rollups 的证明生成效率：如何降低零知识证明的计算成本和生成时间，是 ZK-Rollups 普及的关键。
- 用户体验与钱包支持：用户需要理解 Layer 2 的操作逻辑（如跨链桥、提现流程）,钱包和浏览器也需要提供更好的支持。
- 生态系统碎片化：不同的 Rollup 方案可能形成各自的小生态,如何实现互操作性也是一个问题。
展望未来，Rollups 被广泛认为是以太坊实现“大规模采用”的关键路径，随着以太坊协议本身的升级（如 The Merge, Danksharding 等），Rollups 的性能和安全性将得到进一步提升，预计未来会出现更多功能丰富、性能优越的 Rollup 方案，它们将承载各种复杂的 DApps，从 DeFi、NFT 到社交游戏,极大地拓展以太坊的应用边界。