相比於闪电网路与侧链，Rollups 能更有效潜力比特币的扩容性、隐私性以及可编译性。下文为读者介绍比特币的相关扩容方案。
（前情提要：从BTC闪电网路到Layer2，比特币生态的幕後推手有谁？ ）
（背景补充：比特币侧链丨带你了解相容EVM的Rootstock ）
本文目录
比特币作为最早也是最受欢迎的区块链，每天都会有数十万笔交易。但比特币设计之初，其去中心化框架内优先考虑安全性，这就导致忽视了扩容性问题，导致人们将比特币仅仅视为一种数位资产和价值储存手段。
虽然比特币的安全性和去中心化一直是其优势，但其有限的交易速度和交易规模影响了比特币生态的发展。近年来，出现了各种解决方案来解决这个问题，并允许构建者开发整个比特币生态系统。现在，扩容解决方案不仅成为其他区块链网路的焦点，也成为比特币的焦点。
我们在探索 BTC Layer2 赛道与机会一文中聊过比特币为什麽需要扩容，并介绍了相关比特币二层方案，如：闪电网路、侧链等。
延伸阅读：比特币Layer2生态》闪电网路、Stacks、Rootstock…等现况与机会
本文，我们将关注比特币扩容的另外一个方案：Rollups。相比於闪电网路和侧链，Rollups 有潜力提高比特币的扩容性、隐私性和可程式设计性，而不牺牲比特币作为点对点电子现金系统的核心价值和功能。
Bitcoin Rollup 的必要性
Rollup 通常与以太坊网路相关。在 2022 年 9 月过渡到权益证明之後，以太坊区块链变得更加中心化。此外，许多 Rollup 实际上依赖於 L2 上交易的中心化排序器。去中心化确实能带来更高的安全性，特别是在比特币方面，但伴随着比特币的发展，去中心化和算力规模之间的矛盾也越来越突出，这种矛盾的来源在於使用者量的增加和验证区块时的计算量，而能够缓解这种矛盾的关键就在於提升区块链的扩容性。
我们之前谈到的闪电网路采用了多重签名、Hash 时间锁定等技术，将资料储存在链下，将多个交易合并成一笔交易处理，可以实现快速、便宜的支付；侧链是创造一条单独的链，在不影响比特币主链的情况下，将比特币从主链锁定，然後在侧链实现大量交易的处理，这可以大大提高交易速度，同时不会影响比特币主链的安全性。而 Rollup 是对比特币网路的技术架构或技术系统进行升级，它会在链上进行资料优化。
Rollup 作为第一层区块链网路的扩容解决方案。他们将交易转移到链下，在那里进行处理（通常在第二层），并将多个交易捆绑成一批，然後传送回第 1 层链。然後，智慧合约会验证该批次的交易，并更新区块链的状态。
这张图表直观地展示了 Bitcoin Rollup 分层。在此示例中，有两个 L2 Rollup：一个专门提供资料可用性，另一个专门提供高安全性支付和合约。除了 L2 资料可用性 Rollup 之外，还有三个 L3 Rollup，每个 Rollup 专门针对不同的用例：私人 p2p 支付、金融合约以及游戏内资产所有权和转让。由於 L3 Rollup 依赖於 L2 全节点来实现资料可用性，因此可以认为它们的安全性低於依赖於比特币 L1 全节点来实现资料可用性安全的 L2 Rollup。
Rollup 变得越来越流行，因为它们提高了交易吞吐量，同时降低了交易成本。这是因为 Rollup 意味着区块链不需要单独处理数千笔交易，从技术上讲它们只需要处理一笔交易。这对於 dApp 尤其有用，因为它需要频繁且快速的交易才能有效执行。这就是为什麽 Rollup 被认为是比特币等区块链的扩容解决方案。
目前 Bitcoin Rollup 的型别主要包括 ZK Rollup 和 Sovereign Rollup。
ZK Rollup 在 Bitcoin 上的应用ZK Rollup
ZK Rollup 使用加密的 「有效性证明」 来确保新的 Rollup 块遵循 Rollup 协议的规则。每次 Rollup 区块生产者建立有效性 Rollup 区块时，区块生产者都会向父链提交状态更新交易。Rollup 状态更新交易包含有关 Rollup 块中每个状态转换的资料、应用块中状态转换後的新 Rollup 状态根，以及证明资料可用性以及新 Rollup 状态根是有效更新的有效性证明到父链上确认的最後一个有效的 Rollup 状态根，只有附有有效证明的状态更新交易在确认後才能成功推进 Rollup 状态。
ZK Rollup 将交易资料打包放到主网中，同时会提交一个有效性证明，证明这些交易是有效的，在接收这些交易的时候，会直接验证这些有效性证明，如果证明没有问题，那就说明这些交易就是有效的，使用者在提取的资产的时候，就不需要再等待了。
在 ZK Rollup 中，使用者根据打包的资料重现所有的状态变化并验证，但 ZK Rollup 释出的资料更少，只需要释出重建帐户余额和最新状态所需要的最小资料就可以，这样让 ZK Rollup 可以同时处理更多的交易，主链上包含的计算和储存资源较少也减少了链上的拥堵，速度也因为没有交易资料积压而降低，从而链上导致更快、更便宜的交易成本。
ZK Rollup 对 Bitcoin 的扩充套件改进
ZK Rollup 提高了吞吐量。随着比特币网路上越来越多的交易需要在每个 Rollup 层被证明有效，建立必要的有效性证明的难度也随之增加。ZK Rollup 对建立这些证明所需的计算的解决方案是使用递回证明组合来并行化。递回本质上是 「证明证明的有效性」，因此许多电脑可以证明不同交易的有效性，然後这些证明最终可以组合成一个证明，从而允许多台电脑同时进行水平扩容，从而有助於证明一个交易的有效性。SNARK 和 STARK 证明都可以实现无需信任的递回证明组合。
在应用方面，这种递回证明会让 ZK Rollup 帐户模型去压缩二层交易，通过增加交易数量来提高扩充套件性，带来的额外交易容量可用於支援更多闪电网路交易，从而能够增加以自我托管方式加入和使用闪电网路的使用者数量，也扩充套件了闪电网路。
Sovereign Rollups 在 Bitcoin 上的应用Sovereign rollups
Sovereign Rollups 与当前的 Rollup 设计有所不同，以往的不管是 OP Rollup 还是 ZK Rollup 都需要使用智慧合约来确认 Rollup 执行，但 Sovereign Rollup 不需要智慧合约，也不需要结算层，因此得名 「Sovereign」。
观察 OP 和 ZK Rollup，它们倾向於使用 L1 作为资料可用性层和共识层。然而，Sovereign Rollup 仅使用第 1 层来实现资料可用性，确保它们与基础层有更直接的连线。Sovereign Rollup 与常见的 Rollup 的区别在於它有一个分叉选择规则，允许它独立於其基础层进行分叉。相反，一个普通的 Rollup 会将其分叉选择权委托给它的结算层，因为它需要确保 Rollup 的正确性。
Sovereign Rollup 核心是一个区块链，它将其交易释出到资料可用层，以实现共识和资料可用性。资料可用层并不确保 Sovereign Rollup 交易是正确的。它只是对交易排序并检查它们是否可用。以往的 OP 和 ZK Rollup 依靠以太坊智慧合约来检查其交易是否正确，通常是通过欺诈或有效性证明。而 Sovereign Rollup 由节点决定交易是否正确，其节点会下载所有交易并检查是否有效，如果交易是无效的，那交易会被拒绝。
Sovereign Rollup 对 Bitcoin 的扩充套件改进
Sovereign Rollup 是目前 Bitcoin Rollup 中热度最高的解决方案，它与 ZK Rollup 最主要的区别是 Sovereign Rollup 独立於主网。ZK Rollup 将主网作为资料的可用层和结算层，相关资料不仅会存放在主网上，交易也由主网上的智慧合约进行验证，而 Sovereign Rollup 仅使用区块链的一层作为资料的可用层，但不使用一层执行结算。因此对於主网算力受限的比特币来说，这种方案会比 ZK Rollup 更友好。
在该方案中，运用 Rollup 的模组化框架，开发人员可以在其中插入自定义执行层和资料可用性层，Sovereign Rollup 管理自己的执行和结算，同时将共识和资料可用性转移给比特币一层主网。这种方案不需要智慧合约或使用结算层进行 Rollup 验证，二层不受一层主网被攻击的影响，且有自己的共识，更加的扩容。
在应用方面，未来 Sovereign Rollup 更像是作为一种 RaaS，使用比特币的资料可用性，开发者可以建立具有任意执行环境的 Rollup，继承比特币的资料可用性保障和安全保障。比如模组化区块链 Celestia 旗下模组化 Rollup 框架产品 Rollkit，它通过整合比特币 Sovereign Rollup 资料可用性层，可以在比特币上执行 EVM 作为 Rollkit Sovereign Rollup，扩充套件了 Rollup 的应用，并帮助比特币开启了更广阔的生态市场。
延伸阅读：如何在 Celestia 上拥有结算层以及面临着哪些权衡？
总结
ZK Rollup 方案中，其安全性强烈依赖於它与其主链的关系，ZK Rollups 上的各种应用将能够继承比特币网路的去中心化和安全性，并改善比特币网路经济模型的扩容性问题。这种关系为 Rollup 解决了其他 「链下」 协议所缺乏的两个关键功能：继承的双花安全性和安全的双向桥接。虽然它可以给比特币带来的好处包括增加交易吞吐量、更好的交易隐私以及更大的灵活性，但这些优势并非没有成本或风险，因为它也会承担比特币软体更新和共识变更相关的风险。
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Sovereign Rollup 方案中，它有自己的共识，可以独立於一层区块链执行，可以定义自己的交易验证和结算规则，自主性更高。但正是这种独立性，也在一定程度上丧失了一层区块链的安全保障，而且由於单独的共识机制，实施 Sovereign Rollup 升级可能会很复杂。当前 Sovereign Rollup 开发还处於早期阶段，随着这一领域的研究和深入，未来技术如何发展以打造其安全性也值得我们後续的关注。
围绕 Rollup 的开发证明了比特币可以成为比之前更多操作的基础链。总的来说，无论是在比特币还是任何其他 L1 上，Rollup 改变了我们感知链上交易资料、证明验证以及涉及大量资料的链上交易的方式，推动我们如何储存、读取和利用链上资料的讨论的最新进展，这反过来又为比特币扩容性讨论提供了另一个维度，特别是当开发人员试图在 Bitcoin 区块链上建立完整的生态经济时。Rollup 仍处於起步阶段，然而，它们的潜在影响是有希望的。
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