隨著 Ethereum 網絡在可擴展性面臨困境，兩種引人注目的第二層擴容技術浮現：Optimistic Rollups 與 Zero-Knowledge（ZK）Rollups。這些方案通過鏈下處理交易，致力於降低手續費並提升交易吞吐量，從而紓解以太坊主網的擁塞問題。它們在第二層方案領域的出現，為相同問題提供多種解決方式，並在投資人與開發者間掀起討論。
隨著去中心化金融（DeFi）及非同質化代幣（NFT）的興起，以太坊網絡容量面臨前所未有的壓力。Etherscan 資料顯示，高峰期平均 Gas 價格飆升，有時甚至使一般用戶無法負擔。這凸顯出迫切需求更有效的擴容解決方案。
以太坊共同創辦人 Vitalik Buterin 在有關第二層解決方案的部落格貼文中強調：「Rollups 目前被視為以太坊短中期（甚至長期）唯一的無信任擴容方案。」
這項背書推動了 Rollups 的發展，也讓其成為以太坊路線圖中的關鍵部分。
Optimistic Rollups 與 ZK-Rollups 都會將多筆交易合併打包，一起提交到以太坊主網。但它們在安全和驗證機制上有著顯著差異。對於建設或投資以太坊生態系的人而言，了解這些差異至關重要。
本文將剖析 rollups 的運作機制，分析 Optimistic 與 ZK-Rollups 各自特色，對比優缺點，並探討其當前及未來應用。讀者將能深入理解這些技術及其對以太坊未來的影響。
什麼是 Rollups？
本質上，rollups 是第二層擴容方案，旨在將交易在鏈下處理後，把資料壓縮後傳回主網，提升像以太坊這樣區塊鏈系統的處理量。其主要目標是減輕主鏈的計算與儲存負擔，從而實現可擴展性且不犧牲安全性。
Rollups 將多筆交易合併打包，彙整（或「roll up」）大量資料。之後，這個批次會在鏈下執行，處理結果再上傳到主網。理論上，Rollups 能讓交易吞吐量提高到遠超主網本身的等級。
在「以太坊改進提案（EIP）4844」，也被稱作 Proto-Danksharding 推出後，Rollups 受到更多關注，因為它旨在降低資料成本，使 rollups 更加高效。這項提案與其它變革，讓 rollups 成為以太坊擴容策略的要角。
Rollups 利用以太坊網絡本身的安全性。無論交易資料或證明如何，最終都回傳主網，這使得即使第二層解決方案遭遇攻擊，用戶仍可信賴以太坊的安全保障。這點將 rollups 明顯區隔於 sidechain 或其它安全性可能較低的 Layer 2 方案。
根據 ConsenSys 分析，Rollups 可將以太坊的每秒交易數（TPS）自現有約 15 筆大幅提升至數千 TPS。這對去中心化交易所（DEX）、遊戲、以及高頻交易等高擴容需求的應用極具吸引力。
同時，Rollups 與以太坊智慧合約高度兼容。開發者可藉由 Layer 2 方案撰寫複雜功能，且不會造成主網過度負擔。這種相容性對於 Rollups 的普及至關重要。
但 Rollups 仍有挑戰，包括資料可用性、與現有工具的互通性等，有賴開發者及用戶適應嶄新技術。維持去中心化、防止單點故障等問題，亦是持續不斷的挑戰。
什麼是 Optimistic Rollups？
Optimistic Rollups 稱為「樂觀型」Rollup，是因默認所有交易皆有效。僅當於指定挑戰期內有人提交欺詐證明時，才會執行額外驗證。由於交易無需逐筆驗證（除非被懷疑有欺詐），此機制大幅提升擴容效率。
其核心在於「挑戰期」：任何人在這段期間可質疑交易有效性並提交欺詐證據。若有不當交易被查出，系統將回退交易並懲罰作惡者。這樣的設計藉由博弈理論，鼓勵保持誠信。
Optimistic Rollups 專為與以太坊虛擬機（EVM）兼容設計，能直接運行以太坊智慧合約且改動極少。對於欲將現有應用遷移至 Layer 2 且需求改動最小的開發者來說，這技術降低了門檻。
目前代表性的 Optimistic Rollup 實作之一為 Optimism。其團隊表示方案可降低手續費 10 到 100 倍。
由 Offchain Labs 開發的 Arbitrum，同樣以特色鮮明、開發者友好等優點，受到廣泛關注和採用。
不過，Optimistic Rollups 也有其劣勢。例如當用戶將資金核回主網時，挑戰期（可能數小時到一週不等）會導致延遲。對需要即時流動性的用戶來說，這是筆問題。為解決此問題，市場已出現像「快速退出」系統等輔助方案，但會引入更多複雜性。
此外，Optimistic Rollups 的安全性建立於至少有一位誠實參與者主動舉報不法的前提。雖然基本機制可靠，但若出現聯合作弊或誠實參與者缺席，系統也可能受威脅。
儘管面臨這些挑戰，Optimistic Rollups 已被廣泛採用。例如知名去中心化交易所 Uniswap 已於 Optimism 上部署，主因在於可降低費用、提升吞吐量。這提升了平台用戶交易的流暢度與可近性。
什麼是零知識（ZK）Rollups？
零知識 Rollups（ZK-Rollups）採用完全不同的路線──以密碼學證明驗證交易。它們生成簡短、非互動式零知識證明（SNARK 或 STARK），可驗證交易正確性而無需揭露額外資料。這確保每筆交易皆有效，亦不需挑戰期。
ZK-Rollups 於鏈下處理交易，並將有效性證明一併提交主網。主網智慧合約則透過驗證證明以確保狀態轉移合法。此機制讓提現時能幾乎即時完成，速度大幅優於 Optimistic Rollups 的延遲。
ZK-Rollups 的核心優勢在於高度安全。每一批交易都有有效性證明，毋需額外博弈機制或誠實參與者來揭露詐欺。這種密碼學保證讓 ZK-Rollups 極為安全。
代表 ZK-Rollups 的項目，包括 Matter Labs 推出的 ZKSync 及 StarkWare 的 StarkEx。在可擴展性和效率方面都表現突出。例如 zkSync 宣稱其可維持高安全性的同時，手續費大幅降低達百倍。
然而，ZK-Rollups 也面臨運算複雜度帶來的挑戰。生成零知識證明需要大量計算資源，對實現一般性智慧合約邏輯尚有難度。現階段 ZK-Rollups 對簡單轉帳和交易操作最為高效；但技術正逐步成熟，更多複雜應用已在開發。
另一限制是尚未完全兼容 EVM。以太坊智慧合約不天然支援零知識證明，開發者需重寫合約或使用專用語言。項目如 zkEVM 正嘗試打造 EVM 相容的 ZK-Rollups，以解決此問題。
儘管如此，ZK-Rollups 的即時最終性與嚴格安全性，讓它們在追求極致速度與安全的應用場合極受青睞。隨技術成熟，未來將解鎖更廣泛的功能。
Optimistic Rollups 與 ZK-Rollups 比較
雖然兩者皆致力於通過鏈下處理交易來擴展以太坊，但核心機制差異帶來不同取捨。
驗證與安全性
Optimistic Rollups 仰賴欺詐證明與挑戰期來驗證交易，只有被檢舉才會回退無效交易。而 ZK-Rollups 則直接藉由密碼學有效性證明，保證每一批交易的正確性。
根據 Electric Capital 報告：「ZK-Rollups 提供更高安全性，因其不依賴博弈假設。」
提現延遲
Optimistic Rollups 因挑戰期，提款過程可能延遲長達一週。雖可藉流動性供應商減輕，但也增加系統複雜度。ZK-Rollups 則能實現幾乎即時的提款。 withdrawals because the validity proofs ensure that the state is correct.
EVM Compatibility
Optimistic Rollups 通常具有更高的 EVM 相容性，讓開發者只需進行極少的修改即可部署既有的 Ethereum 智能合約。ZK-Rollups 在 EVM 相容性上歷來遇到困難，原因在於為複雜操作產生證明所需的計算量很大。然而，像 zkEVM 這樣的技術進展正致力於縮小這個差距。
Performance and Scalability
ZK-Rollups 能提供更高的吞吐量與更低的手續費，特別是在執行簡單交易時，因為有效性證明能更有效地壓縮交易資料。Optimistic Rollups 則因為需要欺詐證明，可能會產生較高的額外負擔。
Complexity and Development Effort
實作 ZK-Rollups 較為複雜，須運用先進的密碼學技術。這可能會拖慢開發速度，也提高出現漏洞的可能性。相較之下，Optimistic Rollups 相對容易實現，使應用程式的部署速度更快。
Ecosystem Adoption
這兩種 rollup 技術都已被廣泛採用。Optimistic Rollups 目前擁有較多的 DeFi 應用，主因是其 EVM 相容性。隨著 EVM 相容解決方案的成熟，ZK-Rollups 也逐漸追趕上來。根據 Dune Analytics 的資料，兩種技術的總鎖倉價值（TVL）持續增加，反映市場對這些方案的信任及採納度正在上升。
Regulatory Considerations
ZK-Rollups 的密碼學特性可提供更強的隱私保護，不過在法規遵循上可能成為雙面刃。Optimistic Rollups 則較為透明，可能更符合監管機構的期望。
Use Cases for Optimistic Rollups and ZK-Rollups
Optimistic Rollups 的 EVM 相容性，使其非常適合用於複雜的智能合約應用，比如 DeFi 平台、NFT 市集及其他需要複雜邏輯的應用。例如，衍生性流動性系統 Synthetix 與 Optimism 合作，藉此降低手續費並提升擴展性。用戶透過這種整合，能更快且流暢地交易合成資產。
當交易速度和安全性極為關鍵時，ZK-Rollups 則大放異彩。它們即時確定性（finality）和高吞吐量，有助於支付應用、現貨交易的去中心化交易所和遊戲平台。採用 ZK-Rollups 的 Layer 2 協議 Loopring 已建立去中心化交易平台，能提供快速且低成本的交易。根據 Loopring 的數據，使用者交易費用最低可達主網的 0.1%，大幅提升可及性。
此外，ZK-Rollups 在注重隱私的應用或身份驗證領域也愈加受歡迎。零知識證明可讓用戶驗證自身特徵而無須揭露私密資訊，這對法規與用戶隱私兼顧的情境甚受肯定。
像 zkSync 這樣的專案，則將智能合約帶到 ZK-Rollups 平台，使過去僅能由 Optimistic Rollups 承擔的應用情境得以開展。隨著這些技術持續發展，兩者之間的界線可能逐漸模糊，給開發者帶來更多自由度。
Final Thoughts
Optimistic Rollups 與 ZK-Rollups 之間的競爭，代表著以太坊擴展解決方案的健康演進。兩項技術各具特色，是以太坊網路因應日漸成長需求不可或缺的核心。
由於其 EVM 相容性與更易實作的特點，Optimistic Rollups 在 DeFi 領域特別受到青睞。ZK-Rollups 則以更強的安全保證和即時最終確定性，持續推升密碼學創新的極限。
隨著以太坊生態圈的發展，這兩種方案很可能會持續共存，因應不同需求與用途。由於其發展將大幅影響分散式應用的未來，開發者、投資人及用戶都應持續關注這些技術。
Vitalik Buterin 曾如此總結：「短期內，rollup 是唯一的無信任擴展解決方案，長期來看，它們會是以太坊生態系統的關鍵組成。」
Optimistic 與 ZK-Rollups 的持續創新，體現了這個願景：更具擴展性與效率的以太坊網路指日可待。