文|创瞰巴黎

导读

卷叠使用了一种名为默克尔树的加密技术：在一次简短的操作中，可以促成和验证成千上万笔交易。研究人员指出，卷叠（rollups）作为一项新技术，对加密货币的未来有着决定性影响。

一览：

• 卷叠使用了一种名为默克尔树的加密技术：在一次简短的操作中，可以促成和验证成千上万笔交易。
• 但是，卷叠无法被用于所有的加密货币中，如以太坊。因为以太坊每秒钟只能处理12笔交易。
• 这种限制推高了加密货币的使用成本，并降低了区块链技术的吸引力。
• 自动交易系统确实会引发人们对安全性的担忧，因此，有必要对卷叠技术的使用加强监管。
• 乐观卷叠和零知识卷叠背后的理念一致：减少每笔交易的信息量，并尽可能用加密方式来证明这些计算的正确性。

今时不同往日，加密货币交易平台FTX宣告破产，以太坊合并（被视为加密货币市场历史上最强大的更新）无一不表明，区块链技术和加密资产在走下坡路。当然，这并不代表加密资产的世界就此停滞不前。有些技术发展虽然短期未见水花，但长期影响不容小觑。研究人员指出，卷叠（rollups）作为一项新技术，对加密货币的未来有着决定性影响。

01 区块链的基本原理

为了更好地了解上述技术的重要性，我们需要首先温习一下区块链的定义。区块链是一个不可篡改的账本，任何人都可以随意查阅和添加信息，因此，系统本身也在不断演进。区块链技术将速度、价格和环保方面的改进和提升作为一个重点发展方向，这无疑将为技术本身带来更多益处。考虑到区块链技术在体育、商业和文化场景中的应用日趋增长，上述改进的紧迫性也在与日俱增。

然而，区块链技术的改进远比表面上看起来复杂。例如，任何技术进步都必须保留区块链的三大特征：安全（技术网络必须能够验证交易的真实性），去中心化（必须保留足够的自主性，不受制于中央机构），以及可扩展性（即处理特定数量交易的能力）。可扩展性是当前研究的关键，对加密技术而言尤其如此。例如，比特币每秒只能处理7笔交易，而威士（VISA）系统则可以处理24000笔。因此，当网络上涌现出大量交易时，对单笔普通交易的验证将成为一个难题。

加密货币领域的两大概念可以帮助我们应对这些挑战：卷叠和零知识证明（zero-knowledge proof）。

02 什么是卷叠？

卷叠使用一种名为默克尔树（或称哈希树）的加密技术，每个叶子是对应数据的哈希，可以将任何输入——如一个文本或图像——转化为一串固定长度和结构的字节。在一次简短的操作中，这个默克尔树可以验证成千上万笔交易，与之前相比，这已经是个革命性的突破。

图片来源：Azaghal - 默克尔树

为了更好地理解卷叠的重要性，需要引入另一个重要的概念：区块头。区块头，顾名思义，是区块链的一部分。自区块链诞生之初的所有交易都按时间顺序存储在区块头中，该顺序像区块体一样受到保护，无法篡改。

03 比特币

作为最著名的加密货币，比特币也包含区块头（block header）和区块体（block content）。区块头只包含默克尔树的“根”，而区块体则包含所有的交易信息。有了这种机制后，便可在智能手机端设计轻量级的应用程序，以管理智能手机上的加密资产。例如，在用比特币支付时，这些应用程序只会使用只有几兆字节重量的区块头，而非嵌入整个区块链，否则根本无法管理。

在卷叠技术的支持下，只需很少的信息和很低的成本，便可批准成千上万的交易，并验证这些交易是否已经启动。

区块体的数据记录通过哈希过程记录于区块头之中，并由工作量证明机制 （Proof of Work）进行验证。这是区块链技术公认的主要机制。卷叠机制能提供与工作量证明相同的安全性，且用户端只需要处理区块头，而非默克尔树中包含的全部交易。在这种模式下，只需很少的信息和很低的成本，便可批准成千上万的交易，并验证这些交易是否已经启动。

04 以太坊

卷叠的概念也适用于其他使用智能合约的区块链技术，以及以太坊。用户对以太坊的需求在不断飙升，随之而来的，是交易速度的放缓和交易成本的上升。

在以太坊中，智能合约被部署在区块链中，由每笔交易自动激活。当且仅当所有条件都能得到满足时，它们便可保证交易的完整性、有效性和不可侵犯性。整个过程自动进行。但是，由于每一笔交易的完成都需要执行智能合约，这一过程也拖慢了验证的步伐。

我们知道，一次操作可能会涉及一千至一万次交易。然而，以太坊目前每秒钟只能处理12笔交易。

在以太坊中整合卷叠的想法其实和比特币的逻辑相同：释放带宽。卷叠的工作原理是，在单独的链上执行交易，但在主以太坊链上发布交易数据。

这种加密机制使得以太坊仅需使用很少的信息，便可提供证据证明交易的执行。我们知道，一次操作可能会涉及一千至一万次交易。然而，以太坊目前每秒钟只能处理12笔交易，这导致交易成本飙升，进而降低以太坊的吸引力。

05 安全性存疑

卷叠技术看似可行，但它的安全性如何？如上文所述，安全性是区块链技术的一大核心特征，不容违背。卷叠技术的使用带来了一个问题：以太坊如何知道发布的数据是有效的？被发送回主以太坊链上的哈希值必须先得到验证，才能通过交易。为了找到答案，下文提出了两个卷叠概念，一是乐观卷叠（optimistic rollups），另一个是零知识卷叠（ZK rollups）。

乐观卷叠依靠欺诈证明方案来检测交易计算不正确的情况，任何监督区块链和交易情况的人或程序都可以通过计算欺诈证明来挑战交易结果。如果欺诈证明成功，则将错误执行的交易纳入区块的人便会受到惩罚，而挑战者则会得到奖励。当然，整个过程会有一个长达几天的时间窗口。整个链下行为之所以被称为乐观卷叠，是因为它们假设链下交易是有效的，不会出现交易错误执行的情况。

零知识卷叠则拥有不同的工作机制。每次卷叠运营商将默克尔树“根”放在区块链上时，它也会输出加密证明，并发布到主链。这一用来证明计算正确性的过程被称为SNARK（简洁的非交互式知识论证）。最重要的是，零知识卷叠可以处理一个批次中的数千笔交易，但仅将一部分最少量的摘要数据发布到主网。因此，如果计算涉及1亿次操作，它的重量最多只有几百个字节，堪称奇迹。

乐观卷叠和零知识卷叠背后的理念一致：减少每笔交易的信息量，并尽可能用加密方式来证明这些计算的正确性。