Optimistic Rollups 與 Zero-Knowledge Rollups 差異解析

前言

隨著數位資產與加密貨幣需求不斷攀升，區塊鏈效能正面臨極限挑戰，導致網路壅塞及交易費用高漲。這些問題推動了創新擴容方案的發展。現有擴容方法主要可分為兩大層級：Layer-1 與 Layer-2 解決方案。

Layer-1 方案如分片技術，會直接對主區塊鏈進行升級。Layer-2 方案則運作於主鏈之上，包括 state channels、sidechains 與 rollups 區塊鏈。Rollups 區塊鏈在眾多方案中表現突出，專為提升交易執行量並顯著降低費用而設計。其藉由策略性地將交易合併與資料壓縮，顯著提升整體處理效率，有效緩解網路壅塞。

什麼是 Rollup 區塊鏈？

Rollups 是 Layer-2 擴容方案，運作機制精巧：將多筆交易資料合併後，移至鏈下處理。交易運算於 off-chain 完成，資產則藉智慧合約於鏈上安全託管。處理結束後，交易資料連同更新狀態返回主鏈。

這種架構極具彈性，幾乎任何 Layer-1 皆可導入 rollups 強化交易效能。如此一來，單位時間內可處理與登錄的交易數大幅成長，網路容量獲得倍增。

目前 rollups 生態主要分為兩大類：optimistic rollups 與 zero-knowledge（zk）rollups，各具獨特特性、優勢與侷限。

什麼是 Optimistic Rollup？

Optimistic rollups 預設所有交易皆有效，從而提升處理速度。其將多筆交易合併於鏈下批次執行，並透過資料壓縮技術將結果寫入主鏈。根據業界研究，這能大幅提升區塊鏈的擴展性。

Optimistic rollups 的安全性來自於詐欺證明機制與「challenge period」（挑戰期）。在挑戰期間，任何觀察者都可對特定交易批次提出異議，觸發詐欺證明驗證，確認交易是否正確執行。

若發現錯誤，協議會自動修正並更新區塊資訊。核准錯誤交易的參與者將受到嚴厲懲罰，這種設計有效防範不當行為。

但 optimistic rollups 亦有侷限：挑戰期拉長交易最終確認時間，最終性較弱，用戶需等待交易不可逆的保障。提款也會延遲，需等挑戰期結束資金才能釋放。此外，所有交易資料都需上鏈，效率可能不及 zero-knowledge 方案。

什麼是 Zero-Knowledge（zk）Rollup？

Zero-knowledge rollups 採用截然不同的擴容架構。它們同樣將交易合併於鏈下處理，但重點在於導入進階數學驗證系統。每組批次由 zk rollup 執行者產生有效性證明，證明狀態變更正確，無需公開所有交易明細。

有效性證明的資料量遠低於原始交易，驗證速度更快、成本更低。例如在主網上，zk rollups 以 calldata 記錄交易，大幅壓縮資料量，顯著減少用戶手續費。

Zero-knowledge proofs（ZKP）運作方式為：證明者透過數學證明展示其掌握特定交易資訊，但不需揭露內容。驗證者可確認證明無誤並保障資訊安全。此機制確保網路僅允許有效狀態運作，防範資金竊取或系統被操控。

額外優勢在於：用戶無須持續監控網路。zk rollups 所有資料均上鏈並強制驗證，有效防堵運營者舞弊。用戶可透過資料可用性證明資產所有權，直接從主網提款，無須倚賴第三方協助。

zk rollups 與 optimistic rollups 的差異

兩種方案在速度、安全性與效率間各有取捨：

驗證機制：Optimistic rollups 預設交易有效，後設挑戰期；zk rollups 須先產生數學有效性證明。

最終確認速度：Optimistic rollups 因挑戰期延遲最終性；zk rollups 驗證證明即完成確認。

鏈上資料規模：Optimistic rollups 上傳完整交易資料；zk rollups 僅需上傳壓縮過的有效性證明。

計算效率：Zk rollups 極大減少鏈上資料，效率更高；optimistic rollups 所需資料較多。

用戶信任機制：Zk rollups 以數學證明保障安全；optimistic rollups 需社群於挑戰期間積極監管。

交易成本：兩者皆能降低費用，zk rollups 由於資料壓縮效果更強，潛在節省更多。

結語

可擴展性始終是區塊鏈推廣數位資產與加密貨幣的核心障礙。Optimistic rollups 與 zero-knowledge rollups 分別針對安全、速度與效率的權衡，提供兩大先進且互補的解決方案。

Optimistic rollups 實作簡單，搭配挑戰期以去中心化方式驗證交易；zk rollups 則以數學證明提供強安全性、快速最終性與極低鏈上資料量。隨著區塊鏈生態系持續進化、擴容需求愈發迫切，這兩大方案勢必並存，服務不同應用及安全訴求。未來甚至可能出現融合兩種優點或全新架構的新解決模式，持續突破區塊鏈網路擴容極限。

常見問題

什麼是 roll-up？

Roll-up 屬於 Layer 2 擴容方案，將多筆交易合併後於鏈下處理，降低費用並提升速度，最後僅將摘要上傳至區塊鏈，確保去中心化安全。

什麼是 rollup 加密？

Rollups 是 Layer 2 方案，於主鏈外處理交易，減輕壅塞、降低手續費，將多筆交易整合為單次操作，顯著提升區塊鏈的擴展性與效率。

Rollup 在區塊鏈上的運作方式？

Rollup 會將多筆交易於鏈下彙整、處理，然後將單一區塊結果上傳至區塊鏈，極大提升效率與網路容量。

Optimistic Rollup 與 ZK Rollup 有哪些不同？

Optimistic Rollups 預設交易有效，僅於爭議時驗證，並將完整資料上傳 Layer 1；ZK Rollups 利用零知識證明先驗證交易，只上傳有效性證明，支持即時提款與卓越資料效率。

Rollup 方案的優缺點？

優點：大幅提升交易量、降低手續費、維持區塊鏈安全。缺點：技術門檻高、營運者可能產生集中化風險。