隨著 Ethereum 網路面臨擴容瓶頸，兩種新穎的第二層擴容技術成為焦點：樂觀式 Rollups 與零知識（ZK）Rollups。這些方案將交易移至鏈下處理，以降低手續費與提升吞吐量，從而減輕以太坊主網的壅塞。這兩種技術為同一問題提供多種解方，引發投資人和開發者的廣泛討論，使其在第二層市場上的影響力顯著。
隨著去中心化金融（DeFi）與非同質化代幣（NFT）興起，以太坊網路的容量受到前所未有的壓力。Etherscan 數據顯示，在需求高峰期間平均 gas 費大幅上升，有時甚至到達一般用戶難以承擔的等級，凸顯出迫切需要合理的擴容方案。
以太坊共同創辦人 Vitalik Buterin 曾於 Layer 2 方案的部落格中強調：「Rollups 在短中期甚至長期內，是唯一無需信任的以太坊擴容解決方案。」
在這項官方背書下，Rollups 已成為以太坊發展藍圖的核心技術。
樂觀式 Rollups 與 ZK Rollups 都會將多筆交易打包成一個批次提交到以太坊主網，但兩者的驗證與安全方式截然不同。對於構建或投資以太坊生態系的參與者，理解這些差異至關重要。
本文將深入剖析 Rollups 的運作原理，釐清樂觀式 Rollups 與 ZK Rollups 的獨特特點，對比其優劣，探討當前與未來可能的應用。讀者將能全面了解這兩項技術及其對以太坊未來的深遠影響。
什麼是 Rollups？
Rollups 本質上是第二層擴容方案，將交易於鏈下處理，僅須將壓縮後的資料回傳到主網，進而提升像以太坊這類區塊鏈系統的吞吐量。其主要目標在於降低主鏈的運算與儲存負載，於保障安全性的前提下達到擴容。
Rollups 會將多筆交易聚合—即「roll up」—成一個批次，於鏈下運算後再將結果狀態回傳主網。理論上，Rollups 的交易量能比以太坊主網高出數個數量級。
在 EIP-4844（又稱 Proto-Danksharding）提出後，Rollups 獲得高度關注，因該提案有望降低資料成本、提升 Rollups 效率。這類提案也進一步確立了 Rollups 於以太坊擴容戰略的關鍵地位。
Rollups 充分利用以太坊主網的安全性。將交易資料或證明回傳主網，可確保即使第二層方案遭攻擊，使用者依然能信賴以太坊主網的安全保障。這點與側鏈或安全機制較弱的其他第二層方案大不相同。
根據 ConsenSys 研究，Rollups 最高可將以太坊每秒交易量（TPS）從約 15 提升至數千 TPS。這對分散式交易所（DEX）、遊戲平台與高頻交易等對擴容有高度需求的應用而言極具吸引力。
Rollups 也與以太坊的智能合約高度相容。開發者可透過與第二層互動的合約，創建複雜功能，無需擔心主網負載。因此，Rollups 的相容性成為推動多元應用採用的要素。
然而，Rollups 仍面臨諸多挑戰，例如資料可用性、與現有以太坊工具的相容與互通，以及用戶、開發者對新技術的學習與採納。此外，如何保障系統去中心化，避免單點故障，也是一大長期課題。
什麼是樂觀式 Rollups？
樂觀式 Rollups 是一種預設交易皆為有效的 Rollup 類型，故稱「樂觀」。僅當有人於指定挑戰期提交欺詐證明時，才會執行運算進行驗證。由於預設無需逐筆驗證，只有在懷疑舞弊時才檢查，因此能顯著提升擴容效率。
其運作機制核心為挑戰期，任何人皆可於該期間提交證據挑戰交易有效性。若發現惡意或偽造交易，系統將回滾該交易並懲罰相關行為人。此設計透過賽局理論激勵各方誠信行事，從而維護安全性。
樂觀式 Rollups 與以太坊虛擬機（EVM）完全相容，可直接執行現有智能合約，開發者無需大幅修改程式碼，有利現有應用平滑遷移上第二層。
Optimism 是最具代表性的樂觀式 Rollups 實作之一，其團隊表示能將手續費降至主網的十分之一甚至百分之一。另一知名專案 Arbitrum（由 Offchain Labs 開發）則因強大的技術特性及開發者生態而備受關注。
然而，樂觀式 Rollups 也有不足之處。用戶將資金提回以太坊主網時，必須經過長達數小時至一週不等的挑戰期，導致資金延遲。對需即時流動性的用戶來說，這是瓶頸。為此，市面上已有快速提款（fast exit）或流動性提供者等輔助方案，但也增添系統複雜度。
此外，樂觀式 Rollups 的安全基礎在於至少有一位誠實參與者在必要時願意提交欺詐證明。儘管這設計相對穩固，仍非十全十美，如遇全體串謀或缺乏誠實者，系統仍有風險。
儘管如此，樂觀式 Rollups 已廣泛被應用。例如，大型去中心化交易所 Uniswap 已部署於 Optimism，主打低手續費與高吞吐量，讓用戶交易體驗更流暢，提升平台普及度。
什麼是零知識 Rollups？
零知識 Rollups（ZK Rollups）則以加密證明來驗證交易。它生成簡短、非交互式的零知識證明（SNARKs 或 STARKs），可證實所有交易正確無誤，無須洩漏其他資訊。這可保證交易合法且不需設計挑戰期，可直接完成驗證。
ZK Rollups 的交易於鏈下處理，並連同有效性證明一併提交主網。主網上智能合約會驗證這些憑證，確保狀態轉換正確。當提領資金時，這套機制可實現幾乎即時的最終性，這是目前樂觀式 Rollups 無法做到的。
ZK Rollups 的一大優勢在於其強大的安全性。每組交易都附有有效性證明，無須依賴賽局理論或誠實參與者的舉證，有密碼學級別的保證。
代表性專案如由 Matter Labs 開發的 ZKSync、StarkWare 的 StarkEx 等，在擴容和效率上都有突出成果。例如 zkSync 宣稱可將手續費降低至主網的百分之一，同時維持高標準安全。
不過，ZK Rollups 的零知識證明計算較為複雜，支援複雜的智能合約邏輯較為困難。目前 ZK Rollups 極適合一般轉帳或交易，但面對高複雜度操作仍有瓶頸，所幸相關效能仍在持續提升中。
另一限制在於尚未完全支援 EVM 相容。以太坊智能合約原生並未設計與零知識證明相互運作，開發者可能須改寫現有程式碼或學習新語言。像 zkEVM 此類專案，正積極推進 EVM 相容 ZK Rollup 的實現。
儘管挑戰不少，ZK Rollups 憑即時結算與密碼學品質的安全性，在對速度與安全要求極高的應用場景依然極具吸引力。隨著技術的成熟，可望支援更廣泛的功能。
樂觀式與 ZK Rollups 的比較
儘管兩者目標都是於鏈下處理交易以擴容以太坊，但各自的架構在實務運作上仍有明顯取捨差異。
驗證與安全性
樂觀式 Rollups 倚賴欺詐證明與挑戰期以確保交易正確。若有人發現並申報無效交易，才能加以回滾；而 ZK Rollups 則藉由密碼學驗證（有效性證明）直接確保每批交易均正確。
根據 Electric Capital 報告：「ZK Rollups 提供更強的安全保證，因其無需依賴賽局理論。」
提領延遲
樂觀式 Rollups 因挑戰期致使資金提領需等待數小時至一週；雖可藉液性供應商減緩，但系統會顯得複雜。ZK Rollups 則允許即時 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，讓開發者能用極少的修改就將既有的以太坊智慧合約部署上去。ZK-Rollups 由於為複雜操作產生證明的運算強度較高，以往在 EVM 相容性上較為吃力。然而，像 zkEVM 這類的進展正試圖縮小這個差距。
Performance and Scalability
ZK-Rollups 能帶來更高的吞吐量與更低的手續費，特別是針對簡單的交易，因為有效性證明能更有效率地壓縮交易資料。Optimistic Rollups 則因為需要欺詐證明，可能有較高的執行成本。
Complexity and Development Effort
實作 ZK-Rollups 較為複雜，必須應用進階密碼學原理，這會拖慢開發進程並帶來較高的 bug 風險。相較之下，Optimistic Rollups 較易於實作，因此應用部署速度更快。
Ecosystem Adoption
兩種 rollup 方案目前都已廣泛被採用。Optimistic Rollups 因為 EVM 相容性較佳，目前擁有更多 DeFi 應用。隨著 ZK-Rollups 在 EVM 相容性上的解決方案逐漸成熟，也已逐步趕上。根據 Dune Analytics 數據，這兩種解決方案的 TVL（總鎖定價值）都在增加，顯示市場對其信任與接受度正不斷提升。
Regulatory Considerations
ZK-Rollups 的密碼學特性或能帶來更佳的隱私保護功能，在法規遵循層面上有其兩面刃效果。Optimistic Rollups 則更加透明，或許能更容易符合監管預期。
Use Cases for Optimistic Rollups and ZK-Rollups
Optimistic Rollups 的 EVM 相容性使其非常適用於複雜智慧合約的應用場景，這讓它們特別適合 DeFi 平台、NFT 市集及各類需要複雜邏輯的應用。例如，合成資產流動性系統 Synthetix 已與 Optimism 合作，目標是降低手續費並提升擴展性。這種整合讓用戶能更快且更順暢地交易合成資產。
在極度重視交易速度與安全性的情境下，ZK-Rollups 具有明顯優勢。其即時最終性與高吞吐量特性，特別適合支付應用、現貨去中心化交易所 (DEX) 及遊戲平台。像 Loopring 這個 Layer2 協議，即利用 ZK-Rollups 打造分散式交易所，提供快速且低廉的交易體驗。根據 Loopring 資料，使用者的交易費用最低約為主網成本的 0.1%，大幅降低門檻。
此外，ZK-Rollups 也越來越受到注重隱私的應用與身分驗證場景歡迎。由於零知識證明讓使用者可以在不透露私人資訊的前提下證明自己的某些特性，這對於合規性與用戶隱私相當有幫助。
像 zkSync 這樣的專案則致力於在 ZK-Rollups 上實現智慧合約，打開過去只局限於 Optimistic Rollups 的應用想像。隨著這些技術的持續發展，雙方的能力界線可能逐漸模糊，為開發者帶來更多自由。
Final Thoughts
Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 之間的競爭，正代表著以太坊拓展性之路上的良性進步。這兩項技術各有其獨特優勢，同時都對以太坊應對成長需求扮演不可或缺的角色。
Optimistic Rollups 因符合 EVM 且實現容易，已在 DeFi 生態系取得較高的認可度。而 ZK-Rollups 則以更強的安全保證和即時最終性，推動密碼學創新的極限。
隨著以太坊生態系演進，這兩種選擇很可能將繼續共存，各自服務於不同需求和用途。由於其發展將大幅影響區塊鏈應用的未來走向，開發者、投資人和終端用戶應持續關注這些技術的發展。
正如 Vitalik Buterin 所言：「短期來說，Rollup 是唯一的無信任擴容方案；長期來看，它們則是以太坊生態不可或缺的一環。」
Optimistic 及 ZK-Rollups 的持續進展，正展現出這種願景：一個更具擴展性、高效率的以太坊網路指日可待。