Polkadot 比你想象的更接近 Rollup 模式！

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PolkaWorld2025/03/04 16:00

作者:PolkaWorld

Polkadot 本质上在协议层面已经提供了原生的 Rollup 功能

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在区块链技术中，如何在保持良好安全性的同时实现扩展，仍然是最关键的挑战之一。以太坊，作为最著名的链之一，因其广泛的用户群和处理的海量交易，面临了不少扩展性问题。为了克服这些挑战，rollups 近年来获得了广泛关注，提供了一种能够提升以太坊处理和记录交易方式的解决方案。那么，什么是 rollups？它们如何解决这些问题？最重要的是，它们跟 Polkadot 有什么关系？

1 月 20 日，以太坊社区发了一篇关于原生 Rollup 解决方案的帖子，迅速在社区引起了广泛的讨论！其实，Polkadot 已经有了一个原生的 Rollup 解决方案。在今天的文章中，我们将向大家介绍 Polkadot 已经实现的原生的 Rollup 方案！

Rollups 的简单解释

区块链网络的主要任务是通过共识协议验证链上提交的交易。这些交易包括“真实”的交易，例如从一个账户向另一个账户发送代币，或者通过网络传输数据。由于区块链网络每个区块只能处理有限数量的交易，因此它们在吞吐量上面临限制。此时，Rollups 就发挥了作用。

简单来说，Rollups 在链下执行交易，也就是在类似以太坊或 Solana 等 Layer 1 主网之外的独立环境中执行。Rollups 的工作原理是通过将多个交易“卷起”成一个捆绑包，从而减少对区块链主网的负载。交易在链下处理，区块数据经过压缩并“卷起”成一个更小的形式。然后，这些压缩后的数据被提交回 L1 网络，确保利用其安全协议来保证数据的可用性。最后，这些数据被整合进一个区块中。这种方式提高了网络处理更多交易的能力。

那么，这和 Polkadot 有什么关系呢？

在 Polkadot 上构建的简单解释

Polkadot 中的特定用例链历史上被称为平行链。这个术语仍在使用，尽管随着 Agile Coretime 的出现，它正在逐渐被淘汰，但所有在 Polkadot 上构建的项目都有机会通过 Agile Coretime 确保获取一定数量的优质区块空间，以满足其特定的需求。为了方便参考，本文将继续使用该术语。

平行链独立验证交易并生成区块。每个平行链根据自身的业务逻辑进行操作，决定向最终用户或其他链提供的功能。虽然平行链负责执行和验证交易，但最终的共识由 Polkadot 的中继链提供。当平行链区块经过验证并由中继链验证节点确认后，它们会被包含在中继链中，并供其他平行链使用。

与乐观和零知识（ZK）Rollups 的比较

首先，先来解释一下乐观 Rollups 和 ZK Rollups 是如何工作的。然后，我会深入讨论平行链，并将它们的区块执行方式与其他 Rollups 进行比较。

乐观 Rollups

顾名思义，乐观 Rollups 基于一个乐观的假设：所有交易默认都是有效的。有些人可能会觉得这种方式有些天真。

乐观 Rollups 并不是实时验证每一笔交易，而是批准所有交易，并将它们的捆绑数据发送到 L1 主网。与 ZK Rollups 不同，ZK Rollups 在执行前会验证每一笔交易，乐观 Rollups 则依赖于欺诈证明（fraud proofs）。

如果发现某笔交易是欺诈性的，系统会回滚到交易处理之前的状态，并对不法行为进行惩罚。提交交易或欺诈证明到主网时，双方都必须质押一个保证金。如果发生争议，交易会在主链上重新执行以解决问题。为了确保争议解决的准确性，Rollups 需要实现一个能够重放交易的系统。如果交易或欺诈证明被判定为欺诈，恶意参与者将被“削减”质押的保证金，惩罚他们并阻止未来的恶行。

由于涉及到较高的成本，进入争议的情况很少发生。而且，由于需要有足够的时间来处理潜在的争议，这些交易的最终确认通常发生在提交后 7 到 14 天。

ZK Rollups

ZK Rollups 在信任问题上更为严格。在这个系统中，交易首先需要经过验证，只有通过验证的交易才会被捆绑在一起，并分配一个加密证明，称为零知识证明（ZK 证明）。然后，这个证明会被提交到 L1，并由智能合约验证。这种方法确保了只有有效的交易才会上链，从而保持了流程的高效性和安全性。如果任何无效的交易批次漏网，它们会立即被削减，确保网络的完整性。然而，由于采用了高级加密技术、专门的硬件需求以及潜在的中心化风险，ZK Rollups 的实现比乐观 Rollups 更加昂贵且复杂。它们还面临着跨不同 L1 协议的互操作性挑战，进一步增加了广泛采用的难度。

平行链（即“悲观 Rollups”）

平行链本质上是 Polkadot 的“版本” Rollups。与 ZK Rollups 类似，它们会在提交到 L0 主网之前验证交易。然而，为了确保区块有效，平行链设置了多个步骤来进行验证。平行链被认为是一种“悲观”的 Rollup 类型，因为它们假设参与者可能并不总是诚实的，因此需要多个验证和检查层级来强制执行规则。

平行链由一组独立的节点 —— 称为 collators（收集者）—— 来操作，这些收集者负责收集用户的交易、执行它们并提出新的区块。收集者需要在平行链中收集和处理交易，并将这些区块提议给平行链的支持者。

你可能会想：“天呐，好多术语！🙄” 我知道，区块链生态系统确实充满了各种术语。但耐心一点，最终一切都会明了的。

支持者是来自 Polkadot 中继链的验证者的一个子集（目前为五个），他们被临时分配到特定的平行链上，以验证由收集者（collators）生成的区块。这一轮换通常由 L0 管理，以确保公平性和安全性，防止任何单一的验证者群体持续控制某个平行链的验证过程。支持者验证收集者提议的区块是否有效，确保其符合平行链的规则，并且不与系统的其他部分发生冲突。支持者通过确认区块的有效性来进行验证。这些确认信息随后会被放入中继链的区块中，并通过可用性系统确保支持者承担责任。换句话说，他们也因此有了实际利益。

现在，既然确认信息已经上链，接下来的关键步骤是防止恶意或有缺陷的区块被最终确认。为此，Polkadot 增加了一层额外的验证机制，称为批准检查器（approval checkers）。

批准检查器必须重新验证区块，以维护网络的完整性。然而，为了完成这个过程，它们需要访问这些区块的数据。那如果支持者根本不提供这些数据怎么办？这时，数据可用性和纠删码（erasure coding）就发挥作用了。

纠删码通过将区块数据拆分成多个碎片来最小化流量，并减少每个验证者需要处理的数据量。这些碎片被分发到不同的验证者之间，确保即使一些数据提供者失败，完整的区块仍然能够被重构。这个系统不仅确保了数据的可用性，还通过减少带宽需求来优化网络的效率。

如果一切顺利，中继链以及由此扩展的确认过的平行链区块将通过 GRANDPA 最终性机制完成最终确认。如果批准检查器认为某个区块无效，它们将提出争议，导致所有中继链的验证者进行检查。如果确认该区块确实无效，支持的验证者将被削减（失去全部质押的代币）。这一协调过程确保了 Polkadot 实现安全可靠的最终性。

听起来在短时间内需要完成很多工作，但整个过程实际上只需要大约 18 秒来实现最终确认，而与其他 Rollups 相比，后者可能需要长达 14 天的时间才能让一个区块获得来自 L1 链的最终确认和安全性。

XCM：默认的互操作性

在确保安全最终性的基础上，Polkadot 默认支持互操作性。开发者在 Polkadot 上构建应用时，可以通过 XCM 无缝地进行跨链通信，使应用能够利用整个生态系统中丰富的多链服务。这促进了真正的去中心化，并支持多样化的使用场景。开发者可以在平行链层之上构建多功能且互联的去中心化应用（dapps），充分利用 Polkadot 生态系统提供的各种能力。由于 L0 提供的共享安全性，跨链通信非常快速（大约 12 秒，且计划进一步提高速度），并且安全可靠。考虑到乐观 Rollups 之间进行安全和去中心化通信通常需要七天，这已经相当优秀了。

总结：平行链是一种 Rollup

简单来说，Polkadot 本质上在协议层面提供了原生的 Rollup 功能。它拥有严格的流程来确保准确性，并且内建了快速最终性和数据可用性，最终形成了一个强大的 Rollup 替代方案。

如果你想了解更多关于 Polkadot 的 Rollup 架构，或者与其他 Rollups 进行比较，可以查看这个对比表（https://wiki.polkadot.network/docs/learn-comparisons#rollup-comparison-table）。如果你对深入了解协议的数学基础感兴趣，我强烈推荐阅读 2024 年由一些（前）W3F 和 Parity 成员编写的论文《在拜占庭假设下的区块链高效执行审计》。或者，如果你更喜欢简洁的方式，也可以观看 Parity 的 eskimor 进行的 Protocol Berg 演讲。https://www.youtube.com/watch?v=O9QZveTdW5I

想要构建自己的 Rollup？深入了解并付诸实践：https://polkadot.com/developers

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