自以太坊诞生以来，其低下的交易处理能力，导致以太坊网络时常发生堵塞，且 Gas 费用高涨，严重地限制了以太坊生态的发展。为此，以太坊扩容问题一直被市场所关注，在 DeFi 大爆发的背景下，侧链、状态通道、Plasma 等 Layer2扩容方案都无法满足市场的要求， Rollup 成为了时代的宠儿。
当然，Rollup 并不是一种纯粹的 Layer2方案，而是更像 Layer1和Layer2的混合体：数据在链下进行计算并打包压缩，随后链上进行存储。此外，为了解决数据的真实性和有效性，保障资产安全，Rollup 推出了使用「有效性证明」的 ZK-Rollup，以及沿用 Plasma「欺诈证明」的 Optimistic Rollup。
综合而言，ZK-Rollup 和 Optimistic Rollup 各有优劣，ZK-Rollup 适用于支付、交易等非合约领域，成本低且速度快；而 Optimistic Rollup 因为 OVM 的存在，目前适用于智能合约应用领域；但随着 ZK-Rollup 类项目推出图灵完备的 EVM，未来 ZK-Rollup 可能会取代 Optimistic Rollup。
但是，Rollup 的扩容上限取决于区块 Gas 消耗量的上限，因此只能成为以太坊在未来短中期的扩容方案，以解决 DeFi 生态的燃眉之急，从长期看，要根本性地解决以太坊扩展性问题，还仰仗以太坊2.0分片技术的顺利实现。
不过值得注意的是，Rollup 协议可以捕获价值，在经济上具有可持续性。可以预见的是，Rollup 项目发行的代币将具有巨大的投资潜力。
经过近两年的蛰伏，以太坊的 Rollup 扩容方案终于走到了要开花结果的黎明前夕：今年2月，Optimism宣布完成了 A 轮融资，并将于三月上线主网；来自 Matter Labs 的 ZkSync，其主网也于去年上线，并将在今年推出支持图灵完备的智能合约；此外，另一个受行业瞩目的 Rollup 方案---Arbitrum，也将于今年上线主网。
表 1. Rollup 方案进展情况，资料来源：欧易 OKEx 研究院
在 Rollup 夜尽天明之时，市场也对其充满了期待与追捧。但从实际情况看，很多投资者和以太坊用户对 Rollup 的认知并不清晰，不过在总体上达成了共识：Rollup 很重要，是以太坊的未来。
这句话的前半部分是对的，Rollup 对当前的以太坊而言，确实是重要的；但后半部分却是不准确的，Rollup 并不是以太坊的未来。更切确地说，Rollup 只代表了以太坊的中短期扩容方案，是以太坊解决网络拥堵问题的中场战事，从长期看，要根本性地解决以太坊扩展性问题，还仰仗以太坊2.0分片技术的顺利实现。
想要正确地理解、预测 Rollup 的未来，把握其中的财富机会，我们还需要从 Rollup 的历史脉络、原理机制方面进行剖析。
以太坊的扩容战争和 Rollup 的崛起 自以太坊诞生以来，其低效的性能就不断受到市场的病垢：以太坊网络的 TPS （交易处理能力）约为15笔/秒，而 Visa 网络则是2000 笔/秒，双十一期间支付宝更是达到50万笔/秒。低下的交易处理能力，导致以太坊网络时常发生堵塞，且 Gas 费用高涨，尤其是在2017年的大牛市，以及自2020年兴起的 DeFi （去中心化金融）浪潮期间这一现象尤为突出，严重地限制了以太坊生态的进一步发展。 图 1.以太坊网络日均交易笔数和 Gas 消耗量变化，资料来源：Etherscan，欧易 OKEx 研究院 解决区块链网络的拥堵，提升公链的可扩展性，逐渐成为行业关注的重点。各种区块链的扩容方案也纷至沓来，主要包括两大类： 链上扩容方案，也叫 Layer1方案，主要通过提高区块链本身的交易容量来实现扩容。常见的 Layer1方案有增大区块容量（如 BCH 使用32M 容量的大区块），隔离见证（BTC，将数字签名与交易数据分开，改变原区块结构以实现扩容），分片技术（以太坊2.0，将主链的状态和历史记录划分到不同分片上实现扩容）。 链下扩容方案，也叫 Layer2方案，主要通过第二层协议在链下执行大部分交易，以降低成本提高效率。目前主流的 Layer2方案包括状态通道、侧链、Plasma。 图 2.区块链扩容主要方案，资料来源：欧易 OKEx 研究院 在以太坊发展早期，人们普遍认为侧链（Sidechain）技术是解决区块链扩容问题的最佳方案。所谓侧链，即平行于主链的另一条独立的区块链，通过将部分交易以托管的方式转移到侧链，以此实现主链扩容，但这带来两个严重问题：首先，侧链上的资金安全得不到保障，一旦黑客控制住了某条侧链，就可以将侧链上的资金盗走；其次，侧链不能保证数据的可得性，只要黑客控制了侧链，就可以拒绝分享底层交易数据，对主链安全性造成重大打击。 图 3.侧链技术方案原理，资料来源：欧易 OKEx 研究院 为了解决侧链存在的问题，并实现以太坊扩容，以太坊创始人 Vitalik在2017年推出了名为「Plasma」的 Layer2扩容方案。Plasma 的特别之处在于设计了一套欺诈证明机制：Plasma 将特定的底层数据发送给用户自己进行保管，解决了数据可得性问题；此外，Plasma 有一个「退出期」设计，即便黑客取得侧链的控制权并尝试取款时，任何用户都可以在「退出期」内提交证据来进行挑战，如果挑战成功，任何人都不能提取这笔资产，并且运营方也将被罚款，由此保证了数据的真实、有效和准确性，解决了资金安全性问题，。 然而，Plasma 解决了侧链的问题，却产生了新的问题：首先，用户必须每两周上线一次，以实现对 Plasma 链的监控，否则错过了「退出期」，黑客就可以取出资产；其次，用户必须自己保存底层交易数据，以保证数据的可获得性，但却给用户带来巨大的存储成本。因此，Plasma 对用户并不友好，体验极差。在2018年的大熊市背景下，曾经被以太坊社区基于厚望的 Plasma 方案也逐渐被抛弃。 事实上，即便没有2018年的大牛市，Plasma 也难以适应以太坊生态的发展---从2019年开始，DeFi 逐渐兴起，以 Uniswap 为代表的 AMM 更是成为其中的佼佼者。对于 Uniwap 上的流动性提供者（LP）而言，其存放在交易池中的资产，很容易发生改变，不可能满足 Plasma 方案中对 LP 每次交易时都进行挑战验证的要求。事实上，大量的 DeFi 协议都可以在不经用户同意下改变账户状态，因此 Plasma 在 DeFi 时代是注定没落的。 图 4. Layer2扩容方案的演化发展，资料来源：欧易 OKEx 研究院 同样地，状态通道也存在侧链和 Plasma 面临的问题：状态通道不能代表那些逻辑上没有明确所有者的对象(如 Uniswap)，需要对象都是明确的资产所有者。 因此，在 DeFi 对于以太坊生态越来越重要的今天，无论是状态通道、侧链，还是 Plasma，都无法满足以太坊的现实需求。与其说是 V 神对 Rollup 起到了决定性的推动作用，不如说是时代选择了 Rollup。那么 Rollup 的特殊之处在哪呢？ Rollup 原理解析 在解析 Rollup 之前，我们不妨了解 Plasma 的扩容方式：在链下，由 Plasma 运营者将等待批量处理的交易汇总起来，生成一个梅克尔树（Merkle Tree），树中每个叶子可以代表一笔交易资产的信息，如果没有交易，则叶子值为0。随后，Plasma 将梅克尔树的树根发送给主链上链，同时将梅克尔树的分支发送给用户保管。 因此，主链实际上只保存了梅克尔树根的哈希值，而通过梅克尔树根的引索，可以找到分支叶子中的具体交易信息，但这些具体的交易信息，而是由用户在链下存储，因此节省了链上区块大量的空间，实现了主链的扩容。 图 5. Plasma 扩容原理，资料来源：Plasma 白皮书，欧易 OKEx 研究院 但正如前面所言，由用户在链下保存具体的交易信息，在数据可用性上打了折扣，也不适用于 DeFi 应用。为此，以太坊社区提出了一种新方案：将交易数据压缩并放在链上，这就是 Rollup （聚合）方案。 具体而言，Rollup 将交易数据进行压缩编制成梅克尔树，并存储在链上；同时在智能合约中保存梅克尔树的树根（状态根）。Rollup 的运营方可以将发布一批汇总交易（Batch），该交易即压缩过的交易集合，而且包含之前的状态根和新状态根(处理交易之后的新梅克尔树根)。智能合约会对状态根进行检查并更新，由此实现资产的转移。 当然，从上我们可以看出，Rollup 并不是一种纯粹的 Layer2方案，而是更像 Layer1和Layer2的混合体：数据在链下进行计算打包，但在链上进行存储。因此将 Rollup 称为半链下扩容或 semi-layer2方案更为合适。 图 6. Rollup 扩容原理，资料来源：Vitalik. An Incomplete Guide to Rollups，欧易 OKEx 研究院 用一个形象的比喻，现在我们要保存很多电影，Plasma 类似于我们将电影存储在电脑上，然后只在 U 盘上保存一个目录文件，根据这个目录文件的指引，我们可以方便地找到任何一部电影在电脑中的位置；而 Rollup 的方法则是先将电影进行压缩，随后再全部保存到 U 盘中。这样一来，我们就可以在 U 盘中存储更多的电影。 那么 Rollup 是如何实现压缩的呢？---主要是对交易的参数进行压缩，主要包括 Nonce，Gasprice，Gas，To，Value，Signature，如下表所示： 表 2. Rollup 压缩方式，资料来源：Vitalik. An Incomplete Guide to Rollups，欧易 OKEx 研究院 在过去，一笔交易需要占用112字节的存储空间，现在只需要12字节的空间，一个字节大约花费16 Gas；而在以太坊上，Gas 上限是1250万，我们假设 Rollup 需要花费50万Gas，那么在 Rollup 上，其交易处理能力是： （区块 Gas 消耗量上限–Rollup Gas 消耗量）/每字节的 Gas 消耗量/一笔交易字节数/出块时间=（12,500,000–500,000）/16/12/14=4464笔/ 秒 目前在以太坊上进行一次转账需要消耗约21,000 Gas，这意味着如果全部用来转账，那么以太坊的最大交易处理能力为：区块 Gas 消耗量上限/单笔转账 Gas 消耗量/出块时间=12,500,000/21,000/13=45笔/ 秒 这意味着 Rollup 在转账场景下降以太坊的 TPS 提升了100倍。同样地，根据 Vitalik 的计算，在 ERC20转账、Uniswap 运用场景，可实现同条件下以太坊 TPS 扩展100-400倍。 前面的分析一直很顺利，但我们忽略了一个与侧链技术类似的重要问题：如何防止 Rollup 运营方伪造数据进行盗取资产呢？以太坊社区提出了两个方案：使用「有效性证明」的 ZK-Rollup，以及沿用 Plasma「欺诈证明」的 Optimistic Rollup。 ZK-Rollup VS Optimistic Rollup 首先我们看实现有效性证明 ZK-Rollup 方案。ZK-Rollup 即采用 ZK-SNARK （简明的非交互式零知识证明，zero-knowledge succinct non-interactive argument of knowledge）来保证交易的安全性。 " 零知识证明（ZKP）"是由 S.Goldwasser、S.Micali 及 C.Rackoff在20世纪80年代初提出，指证明者能在不向验证者提供任何有用的信息的情况下，使验证者相信某个论断是正确的。 一个经典的例子：有一个缺口的环形长廊，出口和入口距离非常近（在目距之内），但走廊中间某处有一道只能用钥匙打开的门，Alice 要向 Bob 证明自己拥有该门的钥匙。采用零知识证明，则 Bob 看着 Alice 从入口进入走廊，然后又从出口走出走廊，这时 Bob 没有得到任何关于这个钥匙的信息，但是完全可以证明 Alice 拥有钥匙。 图 7.零知识证明案例，资料来源：欧易 OKEx 研究院 从上我们可以看出，ZKP 具有计算的不对称性。在 ZK-Rollup 的方案中，由 Rollup 运营方投入大量资源以执行 ZK-SNARK 计算并放在汇总交易（batch）中，而智能合约（验证方）可快速低成本低证明交易安全性。因此 ZK-Rollup 有诸多好处：能在保护隐私的同时简洁快速地验证数据的真实有效性；但其缺点是计算量大，技术难度高且难以支持虚拟机。 在前面的 Plasma 方案中，我们已经介绍过其设计的「欺诈证明」机制，可实现交易数据的真实、有效和准确性，保证了资产的安全。Optimistic Rollups 正是沿用了该机制：这类 Rollup 会追踪所有历史状态根以及每个 batch 的哈希值。如果任何人发现某个 batch 的后状态根不正确，都可以向区块链发布一个证明，证明该 batch 计算错误。智能合约会对证明进行验证，并且对该 batch 及其之后的 batches 进行回滚。 Optimistic 选择了 Plasma 的欺诈证明机制，即意味着有像 Plasma 一样漫长的「退出期」（约一周时间），这极大地降低了资金的利用效率，但好消息是，随着 DeFi 生态的成熟，可以有大量的流动性提供者为用户在「退出期」内提供资金，可有效解决资金利用抵消的问题。此外最重要的是，Optimistic Rollup 也继承了 Plasma 的 OVM，这意味着可在 Optimistic Rollup 网络部署兼容以太坊 EVM 的智能合约，这一点对 DeFi 尤为重要。 表 3. ZK-Rollup 和 Optimistic Rollup 性能对比，资料来源：Vitalik. An Incomplete Guide to Rollups，欧易 OKEx 研究院 综合而言，ZK-Rollup 和 Optimistic Rollup 各有优劣，ZK-Rollup 适用于支付、交易等非合约领域，成本低且速度快；而 Optimistic Rollup 因为 OVM 的存在，目前适用于智能合约应用领域；但随着 ZK-Rollup 类项目推出图灵完备的 EVM，未来 ZK-Rollup 可能会取代 Optimistic Rollup。 Rollup 的未来与财富机遇 从上面我们可以看出，相较于其他 Layer2方案，Rollup 能更好地保证数据的安全性和数据的可得性，然而 Rollup 真的是以太坊的未来吗？ 并不是，从 Rollup 的扩容方案可以看出：区块 Gas 消耗量的上限即是 Rollup 方案的上限。这类似于早高峰时乘坐地铁，为了使地铁车厢（区块）能装更多的人，我们可是再挤更多的人进车厢（压缩）。然而，再怎么压缩，也是有上限的。在未来随着区块链应用的不断发展，我们仅仅会为了最多扩容100倍而满足吗？所以从长期看，以太坊扩容的未来还是取决于以太坊2.0分片技术的顺利实现。 然而，根据以太坊官方的规划，以太坊2.0分片的实现可能要等到2030年了。但即便在目前，由于 DeFi 的大热，以太坊早已拥挤不堪，Gas 费高企。几年前的状态通道、Plasma 等 Layer2方案无法满足 DeFi 的要求，分片技术又是一个遥远的目标。正是「往者不可谏，来者也不可追」，Rollup 自然而然成为了在短中期应对以太坊扩容方案的最佳方案，成为迈向以太坊2.0的中场接力手。 当然，Vitalik 主推 Rollup 的另一个原因在于：Rollup 协议可以捕获价值，在经济上具有可持续性。 先谈经济价值，Rollup 可以缓解以太坊的拥堵，降低 Gas 费。节约出来的成本，其中的部分就可以转化为 Rollup 协议的收入（如收费和 MEV 的方式），并具有经济上的可持续性。 那么 Rollup 为什么可以捕获价值呢？这与 Rollup 的特殊性有关：数据放在主链上，仅仅是在链下进行数据计算。这种介于 Layer1和Layer2的混合方案，使得 Rollup 成为主链上一个特殊 Dapp 应用，因此 Rollup 项目是可以在主链上发行基于该 Rollup 协议的代币，能通过代币来捕获协议的价值。 可以预见的是，在未来几个月 Rollup 大爆发后，将会有众多 Rollup 发行项目代币，那些愿意将协议经济价值附着在代币上的项目，其代币将具有很大的投资潜力。
