以太坊在實現可擴展性解決方案方面一直面臨挑戰。
撰文：Alex Beckett，Bankless 撰稿人
編輯：南風
以太坊在實現可擴展性解決方案方面一直面臨挑戰。經過多年的研發，以太坊開發者社區已經轉向了一條以Rollup 為中心的路線圖。然而，並不是所有的Rollups 方案都是相同的，當前主要包括Optimistic Rollups 和zkRollups 這兩種Rollups 方案。今天，我們來討論一下zkRollups。當前，zkRollup 領域中兩大領先的相互競爭的團隊是Matter Labs 和StarkWare。 Matter labs 團隊的競爭砝碼是其zkSync 1.0 和zkSync 2.0；而StartWare 團隊的競爭砝碼是其StarkEx 和StarkNet。讓我們深入研究和對比一下這些項目。但首先，我們快速了解一下什麼是Rollups。 ️注意！隨著網絡的不斷發展和進一步使用，本文提及的有關各個網絡的信息將會有所變化。
01. Rollups 背景知識
Rollups 是一種可擴展性解決方案，即通過在Rollups (L2) 網絡中將交易捆綁在一起並進行壓縮，然後將它們發送到一個共識層(比如以太坊L1 主網) 進行驗證。通過一次性驗證多筆交易，這就增加了網絡效率，同時通過增加可被執行的交易數量，從而實現了擴容。基於這種方式，突然之間以太坊可以在不犧牲安全性的情況下從15 TPS (每秒交易量) 提升到3000+ TPS。特別是，相比於Optimistic Rollups，zkRollups 尤為獨特，因為它們能夠使用零知識證明技術來將隱私性整合進Rollup 中。零知識證明技術通過允許一方向另一方證明某件事而不透露證明它所必需的信息，從而實現隱私性。然而，並非所有的zkRollups 方案都會利用零知識技術的隱私屬性。 zkRollups 利用了規模經濟效應，即更多的交易用戶使得網絡的使用成本更加便宜。這與典型的L1 區塊鍊網絡(比如當前的以太坊網絡) 相反，以太坊網絡會隨著網絡使用的增加而變得更加昂貴。這種Rollups 和以太坊之間相結合的全新創新動態被稱為「模塊化的區塊鏈」。 02. 主網上線的zkRollups
1) StarkEx
StarkEx 是StarkWare 團隊在2020 年6 月推出的一個zkRollup 方案，支持通用智能合約(這裡的通用是指智能合約具有運行任意邏輯的功能)。應用程序可以部署在StarkEx 上，從而利用zkRollup 帶來的可擴展性優勢，同時提供與以太坊網絡類似(如果不是更好) 的用戶體驗。截至目前，StarkEx 已經處理了4,200 萬筆交易，其託管的四個協議—— dYdX、Immutable X、DeversiFi 和Sorare —— 的累計交易量達1850 億美元。
上圖：Sorare 是一個NFT 市場，允許足球愛好者交易他們最喜歡的球星的NFTs 卡牌。
借助於StarkEx 上部署的應用程序的大量使用，StarkEx 網絡已經證明了自身的交易速度超過了9,000 TPS，轉賬速度達到了18,000 TPS。鑑於以太坊主網的交易速度約為15 PTS，這意味著StarkEx 的可擴展性增加了約600 倍。除此之外，StarkEx 在峰值時的單個交易批次中包含了高達13,500 筆交易。
由於Rollups 部署在以太坊上面，這意味著它們的交易批次需要支付的交易費也受到了以太坊L1 局限性的限制。因此，除了zkRollup 模式，StarkEx 還推出了一種名為Validium 的新系統，為使用該系統的應用程序和用戶提供了更加便宜的選擇。
Validium 的機制非常類似於zkRollup，唯一的區別在於zkRollup 的數據可用性是放在鏈上，而Validium 的數據可用性放在鏈下。這允許Validium 實現相當高的交易吞吐量。 — Alex Gluchowski
在採用StarkEx 擴容方案的項目中，dYdX 選擇zkRollup 模式(鏈上數據可用性)，而DeversiFi、Immutable X 和Sorare 選擇Validium 模式(鏈下數據可用性)。
上圖：以太坊聯合創始人Vitalik 在表格中對各大L2 方案及其數據可用性進行了概述。
Validium 的交易費更加便宜，實際上這些交易費已經被StarkEx 上的協議抽離出去了。比如，採用了StarkEx 方案Validium 模式的Immutable X 就是這樣一個例子，在Immutable X 上鑄造和交易NFTs 的Gas 費用都是0 美元；而相比之下，在以太坊上交易NFT 的Gas 成本從20 美元到50 美元不等。同樣，去中心化交易所DiversiFi 也提供了0 美元的Gas 費用，這使得該交易所提供了類似於中心化交易所的費用結構。
StarkEx 還提供SHARP 功能，即允許來自多個應用程序的Rollup 交易批次聚合為單個交易批次，並一次性地發佈到以太坊上。目前，該功能已經在DeversiFi 和Sorare 這兩個協議中可以使用，允許二者能夠進一步降低用戶的成本。
2) zk同步
zkSync 是Matter Labs 團隊推出的一個zkRollup 可擴展性支付方案，用戶可以將資金存入該網絡中並與其他zkSync 賬戶之間進行低成本轉賬，其成本僅為以太坊網絡上的一小部分。自2020 年6 月主網上線以來，zkSync 網絡已經處理了400 萬筆交易，轉賬費用低至0.20 美元。
zkSync 的交易可以使用任何受支持的代幣(比如ETH、DAI、RAI 等) 來支付交易費，也可以使用正在被轉移的這種代幣來支付，從而使用戶無需為了支付交易費而持有某種特定的代幣。截至撰文時，zkSync 網絡中存入的TVL (總鎖倉價值) 為2400 萬美元。
截至目前，zkSync 網絡最高的交易量是在一次Gitcoin 贈款輪期間，峰值時該網絡負載為每小時20,000 筆交易，也即5.6 TPS。儘管這比起StarkEx 的18,000 TPS 要少得多，但這持續了整整一個小時。
今年7 月，zkSync 還增加了針對NFTs 的功能，包括NFT 的鑄造、兌換、轉移以及撤回至以太坊網絡上。
雖然zkRollups 不需要像Optimistic Rollups 那樣存在一個提款至以太坊L1 主網的等待期，但zkRollups 確實需要等待區塊被填滿之後才會發送到L1。在實踐中，這意味著如果交易量較低，那麼zkRollups 的提款可能需要幾個小時。上表對比了zkSync 和StarkEx 的累計交易量、總鎖倉價值以及週交易量(10月1至7日這一周)。
上表對比了zkSync 和StarkEx 的累計交易量、總鎖倉價值以及週交易量(10月1至7日這一周)。
03. 部署在測試網的zkRollups
1) 斯塔克網
StarkNet 是StarkWare 團隊致力於推出的下一個zkRollup 迭代，計劃在本月發布一個alpha 主網。這將使得StarkNet 成為首個支持通用智能合約的完全可組合的zkRollup 網絡，而原本這被認為是好幾年之後才能實現的事情。
可組合性(composability) 是指應用程序之間相互協作、構建在相互之上和相互連接的能力。到目前為止，具有智能合約功能的zkRollups，比如StarkEx，並不具備使應用程序可組合的能力。
StarkNet 的測試網從今年6 月開始上線並支持通用智能合約，並從8 月份開始支持可組合性。在該測試網上部署應用程序是無須許可的，因此任何人都可以使用Cairo 語言編寫智能合約並將之發佈在該測試網上，Cairo 是StarkNet 網絡的本地編程語言。 StarkWare 團隊還與dOrg 合作提供了一個簡單的DEX (去中心化交易所) 來展示StarkNet 的功能，如下圖所示：
截圖：https://amm-demo.starknet.starkware.co/swap
為了提供一個與以太坊類似的開發者體驗，以太坊客戶端Nethermind 的Nubia 團隊已經著手致力於Warp (一個將以太坊Solidity 智能合約轉譯為Cairo 合約的轉譯器) 的開發工作，該團隊已經演示了通過Warp 將以太坊EVM 代碼轉譯為StarkNet 合約的能力。
StarkNet 測試網無須許可的環境已經使得該網絡實現了富有成效的試驗。 Twitter 用戶Guiltygyoza 也在StarkNet 測試網上演示了物理模擬(見下圖)，開啟了構建原語來支持遊戲的大門。
推文：https://twitter.com/guiltygyoza/status/1450161069058560000?s=20 2) zkSync 2.0
2) zkSync 2.0
zkSync 2.0 是最初的zkSync 網絡的下一個版本，目標是在zkRollup 上支持完全可組合的智能合約。 zkSync 2.0 的測試網已經在今年10 月初上線，最初在該測試網上部署的應用是Curve Finance。見下圖：
zkSync 2.0 還首次引入了一個zkEVM 測試網。 zkEVM 是一個模擬以太坊環境的虛擬機，允許以太坊智能合約部署到zkRollup 上面。今年10 月份，zkEVM 測試網宣布了首個遷移至該測試網的應用UniSync (Uniswap V2 的分叉版本)，從而展示該網絡的功能。
自10 月份上線以來，UniSync 已經在該測試網上處理了超過590,000 筆交易。不過，zkSync 的所有測試網目前都處於封閉測試階段，只允許被列入白名單的應用進行部署。
04. 路線圖
路線圖對於項目在定義未來目標和簡化旅程方面很重要。 StarkNet 和zkSync 2.0 都有一個展示各自目標的路線圖，二者的路線圖都是朝著成為一個完全去中心化的系統並為用戶提供安全性和穩定性的最終目標前進。
1) 斯塔克網
StarkNet 的路線圖主要有四步： Step 0：基礎階段(已完成)
Step 1：Platnets (行星)：單應用Rollup (已完成)
Step 2：Constellations (星群)：多應用Rollup
Step 3：Universe (宇宙)：成為一個去中心化的Rollup 網絡
如下圖所示：
最初的步驟是為StarkNet 的構建奠定基礎，這包括Cairo 編程語言和SHARP 功能，從而允許開發者能夠使用一種專門針對zkRollup 優化語言來構建智能合約，同時還能分攤成本。
Step 2 是StarkWare 團隊當前正在構建的階段，這一階段將隨著11 月份StarkNet 主網的發布而完成，這也將標誌著StarkNet 作為一個支持通用智能合約的完全可組合的zkRollup 網絡的發布。
最後一步是StarkNet 成為完全去中心化的、無須許可的Rollup 網絡。 StarkNet 在主網上線時不會完成這一步，因為其主網在11 月份上線時該系統將仍處於alpha 測試階段，以確保任何bugs 都能夠在不會在損害系統的情況下得到緩解。
StarkNet 是尖端技術，其安全性需要時間進行實戰測試。在最初的主網版本中，StarkNet 將運行唯一的定序器(sequencer)，並且存在需許可的智能合約部署。但一旦StarkWare 團隊認為StarkNet 網絡已經足夠安全，那麼該網絡將實現去中心化，這樣先前僅由StarkWare 團隊運行的任何部件都將轉變為無須許可准入。
2) zk同步
zkSync 路線圖的第一個階段始於zkSync 1.0 的部署，也即部署一個專注於可擴展性支付的zkRollup 網絡。
zkSync 路線圖的第二階段是計劃在一個稱為zkSync 2.0 的全新網絡上支持可組合的智能合約，預計將在未來幾個月的某個時間在主網上發布。此外，一種稱為Zinc 的新編程語言將作為zkSync 2.0 智能合約的本地語言。
zkSync 2.0 還將引入zkPorter，這是一條允許zkSync 2.0 用戶將交易數據發佈在zkPorter (鏈下) 而非以太坊(鏈上) 的PoS 鏈，從而能夠實現更高的交易吞吐量。由於zkPorter 交易並不會受到以太坊交易費的限制，因此預計zkPorter 將成為一個成本更加低廉的替代選擇。
第三階段將引入隱私性，這將解鎖zkRollups 的另一個知名屬性。這將會在零知識證明(zk proofs) 不會給該系統增加大量成本的時候完成。最後的階段涉及到將zkSync 2.0 過渡到具備抗審查性，這將要求該系統實現去中心化，並通過消除Matter Labs 對該網絡的任何控制來使其成為無須許可的網絡。
05. 總結
StarkWare 團隊和Matter Labs 團隊都致力於以zkRollups 的形式提供具備尖端技術的網絡，他們的zkRollups 網絡都正在區塊鏈可擴展性、隱私性和高效密碼學方面突破邊界。
就目前你可以使用的網絡而言，StarkEx 已經上線了四個應用：DyDx 和DiversiFi 用於交易，ImmutableX 和Sorare 用於NFTs；zkSync 則適用於簡單支付，並通過ZKNFT 市場推出了NFT 功能。
儘管在這兩個方案中，StarkEx 的使用量和性能都明顯優於zkSync。鑑於StarkEx 處理的累計交易量已經達到1850 億美元，並提供了可驗證的9,000 TPS 的交易能力，這使得StarkEx 不僅成為使用量最高的zkRollup，同時也是交易量最高的Rollup —— 其交易量超過了zkSync、Optimism 和Arbitrum 逾10 倍。隨著StarkNet 即將於本月主網上線，StarkWare 團隊將推出一個支持通用智能合約的完全可組合的zkRollup，而很多人原本認為這要好幾年之後才會發生。
最後，請關注StarkNet 和zkSync 2.0 的主網版本，因為這是我們所知道的區塊鏈擴容的未來
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