科普：什么是比特幣 Rollups？
什么是比特幣 Rollups？
Rollups 是處理鏈下執(zhí)行的區(qū)塊鏈擴(kuò)展解決方案。隨著比特幣層日益受歡迎，開發(fā)人員現(xiàn)在正在努力將 Rollups 引入比特幣。讓我們更仔細(xì)地看看今天的比特幣 Rollup 景觀。
比特幣可擴(kuò)展性問題
比特幣在某些方面表現(xiàn)出色。例如，它擅長以分散的、防篡改的方式存儲數(shù)據(jù)，并且擅長解決拜占庭將軍問題 。
但比特幣在很多方面表現(xiàn)不佳。例如，比特幣不擅長一次性存儲大量數(shù)據(jù)。事實(shí)證明，當(dāng)你在分散網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上復(fù)制數(shù)據(jù)庫時，網(wǎng)絡(luò)會變得越來越難以控制，網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫越大，情況就會變得越糟。
這導(dǎo)致了有限的區(qū)塊空間和有限的吞吐量。每個比特幣區(qū)塊的最大大小為 4MB，比特幣以每秒約 7 筆交易的吞吐量而聞名。這使得區(qū)塊空間變得昂貴。例如，今年 1 月，一名用戶花費(fèi)了 64,000 美元來銘刻僅有 9MB 的數(shù)據(jù)在比特幣上。
有限的區(qū)塊空間和吞吐量在數(shù)千人使用比特幣時是可以接受的——大多數(shù)情況下，人們并不會花費(fèi) 64,000 美元來使用比特幣——但如果你想要將比特幣擴(kuò)展到支持?jǐn)?shù)十億用戶，那么以當(dāng)前狀態(tài)的比特幣是無法實(shí)現(xiàn)的。
什么是 Rollup？
Rollups 是解決這一可擴(kuò)展性問題的一種方法，其背后的思想很簡單：如果你將執(zhí)行鏈下并將鏈下交易捆綁（或 Roll up）成批次，然后一次性將這些批次發(fā)布到鏈上，會發(fā)生什么？
這大大減少了需要在鏈上存儲的數(shù)據(jù)量，使得這些交易更便宜，使整個網(wǎng)絡(luò)更具可擴(kuò)展性。
然而，事情并不是那么簡單。Rollups 只是解決可擴(kuò)展性問題的一種方法，與其他設(shè)計(jì)（如側(cè)鏈和狀態(tài)通道）一樣。Rollups 通常與獨(dú)立側(cè)鏈不同之處在于，Rollups 將數(shù)據(jù)可用性推到 L1，而這對于側(cè)鏈并非必需。Rollups 和側(cè)鏈與狀態(tài)通道的不同之處在于，狀態(tài)通道不是完整的區(qū)塊鏈：它們沒有全局狀態(tài)，這意味著沒有智能合約。每個單獨(dú)的通道是私有的，只有在通道關(guān)閉后，更新的狀態(tài)才會回到 L1。
與任何擴(kuò)展解決方案一樣，Rollups 伴隨著一系列權(quán)衡。Rollups 的主要挑戰(zhàn)在于驗(yàn)證發(fā)布到 L1 區(qū)塊鏈的交易批次是否準(zhǔn)確。如果數(shù)據(jù)不完全在鏈上，你如何相信它呢？
有幾種設(shè)計(jì)方法可以回答這個問題。
有效性Rollups 與樂觀 Rollups
在看待 Rollups 的實(shí)現(xiàn)時，目前有兩種主要變體受到市場青睞：有效性Rollups 和樂觀 Rollups。
在有效性 Rollup中，用戶在鏈下（在 Rollup 上）執(zhí)行一堆交易，然后一旦交易被處理，有效性證明將提交到 L1。這個有效性證明總結(jié)了這些交易如何改變了區(qū)塊鏈的狀態(tài)。這個證明會自動驗(yàn)證，并且任何人都可以對其進(jìn)行審計(jì)和驗(yàn)證。由于其性質(zhì)，有效性 Rollups 可以防止無效交易。
在樂觀 Rollup中，用戶在鏈下（在 Rollup 上）執(zhí)行一堆交易，然后這些交易被處理并批量提交到 L1。在這種構(gòu)造中，L1 假設(shè)這些交易是有效的（一種樂觀的看法），只有在受到質(zhì)疑時才會被證明無效。樂觀 Rollups 通過讓誠實(shí)用戶在指定時間窗口內(nèi)提交欺詐證明來挑戰(zhàn)交易結(jié)果。由于其性質(zhì)，樂觀 Rollups 允許無效交易。
這兩種不同的設(shè)計(jì)方法有許多影響。首先，有效性 Rollups 被認(rèn)為是最佳的，并且具有較少的信任假設(shè)，但從技術(shù)上來說，它們要難得多。有效性 Rollups 是一項(xiàng)前沿創(chuàng)新領(lǐng)域，在 以太坊 zkRollup 中已經(jīng)受到關(guān)注。
另一方面，樂觀 Rollups 更容易實(shí)現(xiàn)，但它們有額外的信任假設(shè)。鑒于用戶可以在一定時間窗口內(nèi)挑戰(zhàn)交易，這意味著提款時間更長，影響了用戶體驗(yàn)。
數(shù)據(jù)可用性和結(jié)算
Rollup 設(shè)計(jì)的另一個重要變體涉及數(shù)據(jù)可用性和結(jié)算。這兩個概念描述了 Rollup 在 L1 上存儲信息的方式和程度。
數(shù)據(jù)可用性（DA）
數(shù)據(jù)可用性被定義為任何網(wǎng)絡(luò)參與者（節(jié)點(diǎn)）獨(dú)立驗(yàn)證一個區(qū)塊是否有效的能力。當(dāng)一個 Rollup 項(xiàng)目聲稱使用比特幣進(jìn)行“數(shù)據(jù)可用性”時，他們是在說 Rollup 在比特幣上存儲了足夠的信息，以便任何人都可以獨(dú)立驗(yàn)證 Rollup 處理的區(qū)塊是否有效。
另一種描述方法是，你可以僅通過查看比特幣上的信息來重建 L2 的狀態(tài)（在這種情況下是 Rollup）。值得注意的是，有幾種數(shù)據(jù)可用性的方法，從完全鏈上到完全鏈下等各種方式。
這也是 Rollups 與側(cè)鏈不同的另一方面。例如，Stacks 區(qū)塊鏈采取了不同的方法。在 Stacks 下，區(qū)塊哈希存儲在比特幣 L1 上，這意味著任何比特幣 L1 上的人都可以驗(yàn)證最新的 Stacks 區(qū)塊是否有效。然而，在比特幣上沒有足夠的信息來重建 Stacks 的鏈狀態(tài)。我們認(rèn)為這種數(shù)據(jù)可用性水平并不是必要的，甚至不是比特幣優(yōu)質(zhì)區(qū)塊空間的良好利用，因?yàn)橹灰?Stacks 網(wǎng)絡(luò)中有任何價值，Stacks 礦工都將維護(hù) Stacks 網(wǎng)絡(luò)的副本（數(shù)據(jù)）。
結(jié)算
結(jié)算指的是交易何時被確定為有效的過程。例如，一些 Rollup 設(shè)計(jì)使用智能合約作為回到 L1 的橋梁。這個合約用于處理和生成鏈下 Rollup 交易的證明，L1 區(qū)塊鏈用于共識、結(jié)算和數(shù)據(jù)可用性。在這種設(shè)計(jì)中，合約是真相的來源，所有驗(yàn)證都在 L1 上進(jìn)行，這個合約作為鏈下 Rollup 的橋梁。
其他設(shè)計(jì)采用主·權(quán)方法，其中主·權(quán) Rollup使用 L1 區(qū)塊鏈進(jìn)行數(shù)據(jù)可用性，而不是結(jié)算。這意味著 Rollup 節(jié)點(diǎn)在 Rollup 上排序和結(jié)算交易，只有數(shù)據(jù)在 L1 鏈上可用。主·權(quán) Rollups 在設(shè)計(jì)上更接近側(cè)鏈，唯一的區(qū)別是并非所有側(cè)鏈都使用 L1 進(jìn)行完整的數(shù)據(jù)可用性。
由于這些設(shè)計(jì)差異，1）主·權(quán) Rollups 相對于樂觀和有效性 Rollups 具有較小的鏈上印記（使它們更便宜使用），2）主·權(quán) Rollups 可以獨(dú)立于 L1 鏈運(yùn)行（使它們模塊化），3）主·權(quán) Rollups 不像其他 Rollup 設(shè)計(jì)那樣繼承 L1 的安全性（這并不是一件壞事，但它確實(shí)引入了不同的信任假設(shè)）。
Rollup 的發(fā)展現(xiàn)狀
在過去幾年中，Rollup 的概念變得越來越受歡迎。值得注意的是，以太坊已經(jīng)采用了 Rollup 架構(gòu)，并引領(lǐng)了行業(yè)的發(fā)展。以太坊的 Rollup 網(wǎng)絡(luò)，如 Arbitrum、Optimism、Loopring、Starknet和 Polygon 都受到了強(qiáng)烈的認(rèn)可，并為繁榮的以太坊生態(tài)鋪平了道路。其他生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)注意到這一點(diǎn)，現(xiàn)在也在努力將 Rollup 引入不同的 L1，包括比特幣。
什么是比特幣 Rollup？
比特幣 Rollup 是比特幣區(qū)塊鏈的擴(kuò)容解決方案，它將鏈下交易捆綁在一起，并將其發(fā)布到比特幣 L1 以進(jìn)行結(jié)算。比特幣 Rollup 可能是將比特幣擴(kuò)展到數(shù)十億用戶的手段，但它們?nèi)蕴幱谘芯亢驮缙陂_發(fā)階段。
以太坊 Rollup 和比特幣 Rollup 之間的一個關(guān)鍵區(qū)別是，以太坊 Rollup 在以太坊 L1 上擁有虛擬機(jī)的優(yōu)勢。這意味著大多數(shù)以太坊上的 Rollup 使用以太坊區(qū)塊鏈作為數(shù)據(jù)可用性層和共識層（這意味著 Rollup 交易的有效性是由在以太坊 L1 上運(yùn)行的邏輯決定的）。
正如 Hiro 的主席 Muneeb Ali 所說，今天的比特幣 Rollup 需要一個可信的設(shè)置 ，因?yàn)楸忍貛派蠜]有虛擬機(jī)。這意味著比特幣 L1 無法解釋 Rollup 證明的有效性。比特幣上的 Rollup 項(xiàng)目已經(jīng)以盡可能最小化信任的方式開發(fā)出了聰明的方法。
在比特幣上構(gòu)建是非常困難的，但有許多項(xiàng)目正在進(jìn)行。 一些人認(rèn)為 “真正的比特幣 Rollup”在沒有對比特幣核心進(jìn)行軟分叉的情況下是不可能的，從而實(shí)現(xiàn)了在 L1 上驗(yàn)證 Rollup 證明所需的操作碼。
對于今天存在的項(xiàng)目，更準(zhǔn)確地描述這些項(xiàng)目可能是 BitVM Rollup，其中 BitVM 用于驗(yàn)證證明。無論如何，比特幣 Rollup 激發(fā)了比特幣構(gòu)建者的想象力，并激發(fā)了許多團(tuán)隊(duì)更加深入地研究比特幣層面。
比特幣 Rollup 格局
這個列表遠(yuǎn)非全面，但讓我們看看一些為比特幣 Rollup 做出貢獻(xiàn)的團(tuán)隊(duì)。
按字母順序排列：
BitVM
BitVM 是一個于 2023 年 10 月發(fā)布的 R&D 項(xiàng)目，由 ZeroSync 團(tuán)隊(duì)的 Robin Linus 撰寫的白皮書推出。BitVM 不是比特幣 Rollup，而是一種方法，可以在不需要對比特幣本身進(jìn)行任何更改的情況下，將表達(dá)邏輯直接引入比特幣。這種邏輯可以用于構(gòu)建 Rollup，也可以用于一系列其他用例。
BitVM 的核心思想是將計(jì)算轉(zhuǎn)移到鏈下，并使用鏈上欺詐證明機(jī)制。比特幣腳本非常簡單，因此要運(yùn)行更高級的程序，你需要將它們運(yùn)行在鏈下，并以某種方式證明計(jì)算是正確的。
為了驗(yàn)證計(jì)算，BitVM 使用了類似于樂觀 Rollup 的方案：一個聲明者（在鏈下執(zhí)行計(jì)算的人）對計(jì)算結(jié)果提出主張。如果這一主張受到質(zhì)疑，驗(yàn)證者可以在比特幣區(qū)塊鏈上對其進(jìn)行挑戰(zhàn)。在這種方案中，比特幣區(qū)塊鏈僅用于爭議解決。
BitVM 在比特幣社區(qū)中引起了很多興奮，原因是它極大地減少了構(gòu)建比特幣層面所涉及的信任假設(shè)。大多數(shù)現(xiàn)有的比特幣層面方法都假設(shè)存在“誠實(shí)的多數(shù)派”來防止所謂的 51%攻擊。BitVM 引入了“誠實(shí)的少數(shù)派”模型，這意味著只要有一個參與者是誠實(shí)的，你就可以防止惡意行為者破壞系統(tǒng)。
BitVM 可以整合到許多現(xiàn)有的比特幣層面中，不僅僅是 Rollup，還可以為這些層面帶來更多功能和去中心化。目前尚無主網(wǎng)時間表，但許多開發(fā)人員正在積極開發(fā)該協(xié)議。
BOB
BOB（Build on Bitcoin 的縮寫）是一個具有 EVM 兼容性的比特幣 L2。BOB 采用 Rollup 設(shè)計(jì)，使其能夠連接到以太坊，同時由比特幣進(jìn)行安全保障。BOB 起源于 Interlay 生態(tài)系統(tǒng)，后者又起源于 Polkadot 和 Cosmos。Interlay 于 2022 年 8 月推出了 iBTC，一個最小信任的比特幣錨定。
BOB 的目標(biāo)不僅是支持比特幣錨定，還包括 Ordinals、Lighting 和其他用于比特幣 DeFi 的構(gòu)建模塊。Bob 正在使用 Optimism Stack ，包括 RiscZero 正在進(jìn)行的 ZK 工作，并且長期希望通過 ZK 驗(yàn)證器直接在比特幣 L1 上結(jié)算。在中期，他們正在研究在比特幣 L1 上使用類似 BitVM 的機(jī)制的樂觀 Rollup 設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)鏈上欺詐證明。BOB 目前在公共測試網(wǎng)上。
來源：BOB 文檔
Citrea
Citrea是由 Chainway 開發(fā)的新的比特幣樂觀主·權(quán) Rollup，于 2024 年 2 月剛剛宣布。根據(jù)有限的文檔，該協(xié)議計(jì)劃直接在比特幣上銘刻狀態(tài)變化的證明，這將允許任何擁有比特幣節(jié)點(diǎn)的人驗(yàn)證 Citrea 并僅使用比特幣 L1 檢索整個 Rollup 狀態(tài)。
該項(xiàng)目計(jì)劃使用 BitVM 作為結(jié)算層，在比特幣 L1 上驗(yàn)證證明。作為一個主·權(quán) Rollup，Citrea 打算利用比特幣進(jìn)行數(shù)據(jù)可用性（ 請查看此處的 GitHub 存儲庫 ），并且沒有單獨(dú)的礦工網(wǎng)絡(luò)或代幣。重要的是，Citrea 是與 EVM 兼容的，開發(fā)人員可以在使用 Chainway 構(gòu)建時使用以太坊工具，這使得開發(fā)人員可以輕松地將以太坊生態(tài)系統(tǒng)的一些創(chuàng)新移植到比特幣上。
來源：Citrea Twitter
Sovryn
BitcoinOS是 Sovryn 的一個新項(xiàng)目，Sovryn 是一個于 2019 年推出的以 Rootstock 為背景的 DeFi 社區(qū)。Sovryn 應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了非托管、無權(quán)限的交換、交易、借貸、流動性挖礦等功能。Sovryn 正在利用 DeFi 專業(yè)知識構(gòu)建 BitcoinOS，該項(xiàng)目將實(shí)現(xiàn)“一系列使用相同模塊化部件的 Rollup 的超級鏈”。
他們的愿景是創(chuàng)建一個 Rollup 網(wǎng)絡(luò)，其中每個 Rollup 都可以擁有自己的執(zhí)行環(huán)境，同時與其他 Rollup 保持互操作性。該設(shè)計(jì)使用了一個共享的壓縮、聚合和結(jié)算層（稱為 CASTL），允許任何 Rollup 上的應(yīng)用與另一個 Rollup 上的應(yīng)用兼容，從而創(chuàng)造跨 Rollup 的流動性。BitcoinOS 目前正在開發(fā)中，測試網(wǎng)計(jì)劃于 2024 年第三季度推出。BitcoinOS 希望在 2024 年第四季度不久后推出主網(wǎng)。
Rollkit
Rollkit于 2023 年 2 月推出，作為主·權(quán) Rollup 的模塊化框架，該項(xiàng)目由 Celestia 團(tuán)隊(duì)開發(fā)，這是一個專門從事數(shù)據(jù)可用性解決方案的模塊化 EVM 區(qū)塊鏈。推出后不久，Rollkit 宣布支持比特幣。
該設(shè)計(jì)使用比特幣進(jìn)行共識和數(shù)據(jù)可用性，并通過 Taproot 交易存儲數(shù)據(jù)，同時在鏈下處理執(zhí)行。使用這種模型，團(tuán)隊(duì)能夠在比特幣測試網(wǎng)上運(yùn)行 EVM 作為主·權(quán) Rollup 的演示 。根據(jù) Rollkit 的網(wǎng)站，比特幣支持尚未準(zhǔn)備就緒，此集成僅應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)和研究。
Zerosync
ZeroSync正在積極研究比特幣的零知識證明系統(tǒng)。雖然該項(xiàng)目尚未宣布推出 Rollup 的計(jì)劃，但他們的研究可能為有效性 Rollup、無信任雙向錨定或完全私密交易鋪平道路。到目前為止，他們正在研究三種類型的證明，前兩種已成功進(jìn)行了原型設(shè)計(jì)。按照復(fù)雜性遞增的順序，這些證明是：
- 一個頭部鏈證明，驗(yàn)證比特幣區(qū)塊頭、難度調(diào)整和工作證明。這個證明簡單、輕量且計(jì)算成本低。
- 一個**“假定有效”狀態(tài)證明**，驗(yàn)證所有比特幣共識規(guī)則，除了交易簽名（見證數(shù)據(jù)被假定為有效）。
- 一個完整狀態(tài)證明，驗(yàn)證所有比特幣共識規(guī)則，包括所有見證數(shù)據(jù)。這是 ZeroSync 正在研究的最復(fù)雜的證明，他們尚未進(jìn)行原型設(shè)計(jì)。
這些證明可以幫助構(gòu)建者立即同步比特幣的鏈狀態(tài)，并為比特幣啟用 zk-proof 輕客戶端，這將使用戶能夠在更輕的軟件上運(yùn)行完整的比特幣節(jié)點(diǎn)，甚至可能是手機(jī)。隨著時間的推移，ZeroSync 計(jì)劃將 ZKP 驗(yàn)證器整合到比特幣 L1 中。
ZeroSync 是使用 StarkWare 的 Cairo 編程語言構(gòu)建的，這是以太坊 Rollup 研究滲透到比特幣 Rollup 中的另一個例子。StarkWare 是一家在以太坊生態(tài)系統(tǒng)中開發(fā)零知識技術(shù)的公司，ZeroSync 是第一個在 EVM 世界之外使用 Cairo 的項(xiàng)目。
結(jié)論
比特幣 Rollup 領(lǐng)域的創(chuàng)新并未在本文中完全涵蓋。欲了解更多信息，請查看 John Light 關(guān)于比特幣 Rollup 的研究 。
比特幣生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展迅速，很難跟上，我想在 6 個月后會回來更新這篇文章，因?yàn)楸忍貛?Rollup 的格局將完全不同。這就是創(chuàng)新之美。
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