相比於閃電網路與側鏈，Rollups 能更有效潛力比特幣的擴容性、隱私性以及可編譯性。下文為讀者介紹比特幣的相關擴容方案。
（前情提要：從BTC閃電網路到Layer2，比特幣生態的幕後推手有誰？ ）
（背景補充：比特幣側鏈丨帶你了解相容EVM的Rootstock ）
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，這就導致忽視了擴容性問題，導致人們將比特幣僅僅視為一種數位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，並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路的焦點，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麼需要擴容，並介紹了相關比特幣二層方案，如：閃電網路、側鏈等。
延伸閱讀：比特幣Layer2生態》閃電網路、Stacks、Rootstock…等現況與機會
本文，我們將關注比特幣擴容的另外一個方案：Rollups。相比於閃電網路和側鏈，Rollups 有潛力提高比特幣的擴容性、隱私性和可程式設計性，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。
Bitcoin Rollup 的必要性
Rollup 通常與以太坊網路相關。在 2022 年 9 月過渡到權益證明之後，以太坊區塊鏈變得更加中心化。此外，許多 Rollup 實際上依賴於 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，這種矛盾的來源在於使用者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於提升區塊鏈的擴容性。
我們之前談到的閃電網路採用了多重簽名、Hash 時間鎖定等技術，將資料儲存在鏈下，將多個交易合併成一筆交易處理，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，然後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 是對比特幣網路的技術架構或技術系統進行升級，它會在鏈上進行資料優化。
Rollup 作為第一層區塊鏈網路的擴容解決方案。他們將交易轉移到鏈下，在那裡進行處理（通常在第二層），並將多個交易捆綁成一批，然後傳送回第 1 層鏈。然後，智慧合約會驗證該批次的交易，並更新區塊鏈的狀態。
這張圖表直觀地展示了 Bitcoin Rollup 分層。在此示例中，有兩個 L2 Rollup：一個專門提供資料可用性，另一個專門提供高安全性支付和合約。除了 L2 資料可用性 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、金融合約以及遊戲內資產所有權和轉讓。由於 L3 Rollup 依賴於 L2 全節點來實現資料可用性，因此可以認為它們的安全性低於依賴於比特幣 L1 全節點來實現資料可用性安全的 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。這對於 dApp 尤其有用，因為它需要頻繁且快速的交易才能有效執行。這就是為什麼 Rollup 被認為是比特幣等區塊鏈的擴容解決方案。
目前 Bitcoin Rollup 的型別主要包括 ZK Rollup 和 Sovereign Rollup。
ZK Rollup 在 Bitcoin 上的應用
ZK Rollup
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 區塊生產者建立有效性 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資料、應用塊中狀態轉換後的新 Rollup 狀態根，以及證明資料可用性以及新 Rollup 狀態根是有效更新的有效性證明到父鏈上確認的最後一個有效的 Rollup 狀態根，只有附有有效證明的狀態更新交易在確認後才能成功推進 Rollup 狀態。
ZK Rollup 將交易資料打包放到主網中，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，使用者在提取的資產的時候，就不需要再等待了。
在 ZK Rollup 中，使用者根據打包的資料重現所有的狀態變化並驗證，但 ZK Rollup 釋出的資料更少，只需要釋出重建帳戶餘額和最新狀態所需要的最小資料就可以，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儲存資源較少也減少了鏈上的擁堵，速度也因為沒有交易資料積壓而降低，從而鏈上導致更快、更便宜的交易成本。
ZK Rollup 對 Bitcoin 的擴充套件改進
ZK Rollup 提高了吞吐量。隨著比特幣網路上越來越多的交易需要在每個 Rollup 層被證明有效，建立必要的有效性證明的難度也隨之增加。ZK Rollup 對建立這些證明所需的計算的解決方案是使用遞迴證明組合來並行化。遞迴本質上是 「證明證明的有效性」，因此許多電腦可以證明不同交易的有效性，然後這些證明最終可以組合成一個證明，從而允許多臺電腦同時進行水平擴容，從而有助於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迴證明組合。
在應用方面，這種遞迴證明會讓 ZK Rollup 帳戶模型去壓縮二層交易，通過增加交易數量來提高擴充套件性，帶來的額外交易容量可用於支援更多閃電網路交易，從而能夠增加以自我託管方式加入和使用閃電網路的使用者數量，也擴充套件了閃電網路。
Sovereign Rollups 在 Bitcoin 上的應用
Sovereign rollups
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 都需要使用智慧合約來確認 Rollup 執行，但 Sovereign Rollup 不需要智慧合約，也不需要結算層，因此得名 「Sovereign」。
觀察 OP 和 ZK Rollup，它們傾向於使用 L1 作為資料可用性層和共識層。然而，Sovereign Rollup 僅使用第 1 層來實現資料可用性，確保它們與基礎層有更直接的連線。Sovereign Rollup 與常見的 Rollup 的區別在於它有一個分叉選擇規則，允許它獨立於其基礎層進行分叉。相反，一個普通的 Rollup 會將其分叉選擇權委託給它的結算層，因為它需要確保 Rollup 的正確性。
Sovereign Rollup 核心是一個區塊鏈，它將其交易釋出到資料可用層，以實現共識和資料可用性。資料可用層並不確保 Sovereign Rollup 交易是正確的。它只是對交易排序並檢查它們是否可用。以往的 OP 和 ZK Rollup 依靠以太坊智慧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並檢查是否有效，如果交易是無效的，那交易會被拒絕。
Sovereign Rollup 對 Bitcoin 的擴充套件改進
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 獨立於主網。ZK Rollup 將主網作為資料的可用層和結算層，相關資料不僅會存放在主網上，交易也由主網上的智慧合約進行驗證，而 Sovereign Rollup 僅使用區塊鏈的一層作為資料的可用層，但不使用一層執行結算。因此對於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 的模組化框架，開發人員可以在其中插入自定義執行層和資料可用性層，Sovereign Rollup 管理自己的執行和結算，同時將共識和資料可用性轉移給比特幣一層主網。這種方案不需要智慧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，更加的擴容。
在應用方面，未來 Sovereign Rollup 更像是作為一種 RaaS，使用比特幣的資料可用性，開發者可以建立具有任意執行環境的 Rollup，繼承比特幣的資料可用性保障和安全保障。比如模組化區塊鏈 Celestia 旗下模組化 Rollup 框架產品 Rollkit，它通過整合比特幣 Sovereign Rollup 資料可用性層，可以在比特幣上執行 EVM 作為 Rollkit Sovereign Rollup，擴充套件了 Rollup 的應用，並幫助比特幣開啟了更廣闊的生態市場。
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總結
ZK Rollup 方案中，其安全性強烈依賴於它與其主鏈的關係，ZK Rollups 上的各種應用將能夠繼承比特幣網路的去中心化和安全性，並改善比特幣網路經濟模型的擴容性問題。這種關係為 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，但這些優勢並非沒有成本或風險，因為它也會承擔比特幣軟體更新和共識變更相關的風險。
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Sovereign Rollup 方案中，它有自己的共識，可以獨立於一層區塊鏈執行，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，而且由於單獨的共識機制，實施 Sovereign Rollup 升級可能會很複雜。當前 Sovereign Rollup 開發還處於早期階段，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後續的關注。
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資料、證明驗證以及涉及大量資料的鏈上交易的方式，推動我們如何儲存、讀取和利用鏈上資料的討論的最新進展，這反過來又為比特幣擴容性討論提供了另一個維度，特別是當開發人員試圖在 Bitcoin 區塊鏈上建立完整的生態經濟時。Rollup 仍處於起步階段，然而，它們的潛在影響是有希望的。
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