通常來說，實現網絡安全和去中心化的同時，提高可擴展性是不可能的。這一挑戰被稱為三重困境，已被證明是區塊鏈架構中最難解決的問題之一。要知道網絡的去中心化和安全與分佈式賬本的節點數量有關——節點越多，區塊鏈越去中心化和安全——但犧牲了可擴展性，即區塊鏈每秒能處理的交易數量。在繁忙期間，由於每個節點都要驗證交易，因此可擴展性會受到影響。
在過渡到權益證明之前，以太坊網絡平均處理15-45筆交易每秒（TPS），坦率來講，尚不足以為大多數以太坊用戶創造良好的體驗，他們有時面臨網絡擁堵、高費用和長時間等待。這些問題的解決方案是進一步增強網絡可擴展性。
我們認為，ZK-Rollup可以通過提高可擴展性為區塊鏈技術，尤其是以太坊帶來重大進步。這可以提供更好的用戶體驗，並增加該領域的興趣，從而進一步令新項目吸引新的用戶和支持者。這種指數級的正反饋循環可能是下一次加密牛市的核心。
區塊鍊網絡如何擴展
通常來說，可以通過網絡層面或通過二層擴展解決方案來擴展區塊鏈。
對於網絡層面的擴展，這些解決方案可以從增加塊大小（如比特幣）到以太坊廣受關注的分片，後者允許並行和同時處理大量交易。這些解決方案可能是有效的，但不容易實現。
第二種，更簡單的擴展區塊鏈的方法是採用各種擴展解決方案。這些方案可以從創建側鏈（如Polygon）到Plasma鏈（慢慢失去市場），再到State Channels（幾乎就像一個託管解決方案），以及Lightning Network所採用的方案。
但最有前途的擴展解決方案可能是Rollups，特別是Optimistic Rollups和ZK-Rollups，這些解決方案是將二層交易打包並發送到以太坊主網的解決方案。
和Optimistic Rollup一樣，ZK Rollup提供了一種可行的方案來解決傳統L1面臨的可擴展性挑戰。通過將大量交易離線打包處理並使用零知識證明在主鏈上處理，它們提供了更高的吞吐量和更低的交易費用，而無需像Optimistic Rollup一樣面臨長時間的挑戰期限。相比OP系Rollup動輒7天的提現等待期，ZK系Rollup可以實現半小時內完成安全的提現。
ZK-Rollup的工作原理
ZK-Rollup是一種基於以太坊的Layer 2協議，可以實現高效率、低成本的交易。
在ZK-Rollup中，智能合約狀態機被稱為智能合約，是一種自我執行的編程合約。當我們需要更新Layer 1的狀態時，ZK-Rollup節點會向以太坊提交一個有效性證明，並顯示交易的最終狀態。這是因為EVM是確定性的，意味著我們可以確定執行智能合約的最終結果。
因此，ZK-Rollup相比於Optimistic Rollup具有效率優勢，因為它們只需要將有效性證明提交到Layer 1。相比之下，optimistic rollup需要將所有交易數據提交到Layer 1，並等待網絡進行“挑戰”，這需要更長的時間（平均為7天）。
對於L2到L1的通信，ZK-Rollup協議的速度會更快，因為它們只需要證明一批交易的有效性，而不需要等待其他人驗證這些交易。這樣可以獲得更高效和更有效的協議，主要體現在以下方面：
- 更好的可擴展性和更高效率
可擴展性是實現ZK-Rollup的關鍵動機。以太坊和其他區塊鏈的性能問題在於帶寬不足，無法支持如此多的用戶和交易，使得處理過程非常低效。 ZK-rollup技術可以改善這一點。
- 更好的安全性
有效性證明充當了一種過濾器，嚴格將給定批次中的有效交易推送出來。這使我們能夠在數學上證明它們的正確性，而不是概率性的、可變的置信度。
- 更低的交易成本
在鏈下處理交易和計算，只需向Layer 1提交摘要數據和有效性證明，使交易和計算成本更低。這為更多的用戶和應用程序打開了大門，最終加速了向Web3的轉變。
ZK-Rollup競爭激烈
如今，Optimistic Rollup和ZK Rollup是最受歡迎的兩種Rollup。雖然Optimistic Rollup以速度、良好的兼容性著稱，但在提款方面存在一些限制。相比之下，ZK Rollup具有卓越的速度和安全性，成為區塊鏈平台的理想解決方案。
但是，這些解決方案也存在一些缺點，例如它們是通過智能合約實現的，可能存在漏洞，由於Rollup在以太坊主網上的相對新穎，因此需要考慮這些缺點。此外，這些解決方案傾向於變得中心化，因為排序器技術上可以屏蔽或重新排列交易。
理解這些優缺點可以幫助我們獲得更客觀的視角，支持分析和評估這些項目的潛力，並尋找良好的投資機會。在我看來，我們可以根據兩個因素對Zk Rollup項目進行分類：
1.數據存儲方式（鏈上或鏈下）。
2.使用的零知識證明方案。
選擇鏈上或鏈下存儲數據（也稱為Validium）都有其自身的優劣。在所有情況下沒有最佳選擇；這是一個權衡去中心化和處理速度、運營成本的過程，取決於項目的發展方向，他們將提供適當的選擇。
第二點需要注意的是使用零知識證明技術，類似於前面的情況，在每種情況下沒有最佳解決方案，它是證明大小和安全性假設之間的平衡。
市場上的Zk Rollup項目
StarkEX
Starkware（也稱為Starkware Industries）是由STARK和ZCash的聯合創始人Eli Ben Sasson於2018年1月創立的公司。 StarkWare通過使用STARK技術來實現和驗證零知識證明，提高區塊鏈的可擴展性和隱私。
StarkWare的第一個產品StarkEX可以看作是一個特定的L2，應用僅限於簡單的交易和支付交易，例如AMM、現貨交易、支付、NFT鑄造和交易。 StarkEX允許Dapps以三種模式部署：
- ZK Rollup模式：數據存儲在鏈上。
- Validium模式：數據存儲在鏈外。
- Volition模式：結合兩者。
StarkEX和StarkNET有自己的編程語言和虛擬機用於執行，不與以太坊的EVM兼容。因此，未來想在StarkNET上構建Dapps的開發人員將需要學習一種名為Cairo的新編程語言，這是StarkEX和StarkNET的本機智能合約語言。
zkSync
除了Starkware，Matter Labs也是一家同樣著名的公司。 Matter Labs提供的Zk Rollup產品使用PLONK實現和驗證零知識證明。
第一版稱為zkSync（v1），第二版稱為ZkPorter（v2）。它們之間的主要區別在於數據存儲是在鏈上還是在鏈下。兩個版本的共同目的僅是為支付交易服務，不如StarkEX那麼多樣化。
目前在使用的zkSync Era主網，TLV漲勢很快。根據DeFiLlama顯示，目前的TVL已經攀升到1.1億美金規模，有超過20個項目完成了部署。
ZkEVM是由Matter Labs開發的。與此同時，Matter Labs也在推出與EVM兼容的Zk Rollup版本（ZkEVM）。該版本的本機智能合約語言是Zinc，並且它也有自己的虛擬機用於執行，具有與EVM高度兼容的特點。
Loopring
Loopring是於2019年底推出的，使用了一組名為SNARK的算法來實現和驗證零知識證明。 Loopring經歷了多次升級，第一個版本僅支持DEX（訂單簿）交易，第二個版本增加了對支付和轉賬的支持，第三個版本增加了對AMM Swap的支持，第四個版本於2021年9月推出，增加了對NFT的挖礦、轉移和交易支持。與此同時，Loopring也正在推出與EVM兼容的Zk Rollup版本（ZkEVM）。
當然，相比一個網絡，它更像一個應用。這是社區目前對於Loopring的固有印象。
這些領先的Rollup創新團隊正在競相確立其ZK Rollup解決方案的領先地位，這種競爭將很可能推動該領域的進一步發展。
以太坊擴展和ZK技術的未來
ZK技術是以太坊的未來。在18至24個月內，大多數大型Web3應用將建立在零知識證明的二層鏈上。然而，ZK Rollup也存在一些問題，例如需要高水平的開發、部署和審計技術。由於ZK技術專家較少，例如審計橋接等過程變得更加困難。
使用ZK證明進行驗證的過程計算量較大，因此一些初創公司已經開發了專門的技術，如FGPA和ASIC，以進一步加快ZK證明的生成速度。因此，ZK技術可能需要數年時間才能真正成熟。
第三個問題是交易費用的問題。大多數Rollup平台的交易費用比Ethereum的EVM側鏈更高。這是因為每個最終的Rollup塊都必鬚髮佈到以太坊，將其費用與以太坊的費用聯繫起來（Zk Rollup通過只發布證明來節省費用）。因此，每個Rollup平台只能將以太坊擴展到一定程度。
此外，之前Ebunker聯合創始人Todd Ma曾提到，相比於OP系，ZK系想保持EVM兼容非常困難。每當主網的EVM更新時，OP係可以以很小的工作量完成同步更新，繼續保持100%EVM兼容，而ZK系需要繁瑣的重新電路設計和代碼開發，這給研發ZK系L2的團隊帶來了不小的壓力，而且無法實現一勞永逸。
Zk Rollup的發展方向
對於Zk Rollup的發展方向，從長遠來看，任何一個L1能做的事情，Zk Rollup都能更好地做到。基於這種思路，我認為想要成為終極贏家的Zk Rollup解決方案必須保持L1的所有先進特徵，例如以太坊這個L1的通用智能合約平台、無需許可的安全性以及更低的成本。
因此，我認為StarkNET和ZkEVM是有前途的方案。如果ZkEVM能在以太坊L1上保持類似的開發體驗，那麼它將具有重大優勢。對於ZkEVM，目前的設計思路實際上可以分為兩種類型：
- 一種是擁有自己的語言和虛擬機的Zk Rollup平台，例如Starkware的StarkNET、Matter Labs的ZkEVM、Polygon的Polygon ZkEVM，這些平台會使用編譯器將其本機語言轉換為可在ZkEVM虛擬機上執行的語言。這種解決方案有著不兼容的局限性。
- 另一種是與ZkEVM完全兼容，無需進行任何翻譯，可以直接執行solidity代碼。這種解決方案更為優化，但也更難實現。
總體而言，我非常期待ZK Rollup和Optimistic Rollup將領導區塊鏈進入一個新的時代。新的創新將不再基於L1設計，而是在L2和L3上進行，從關聯的L1中獲取安全性，
同時實現在傳統L1上不可能實現的可擴展性。市場上有足夠的空間支持廣泛的L2 Rollup解決方案，以最優化的方式迭代區塊鏈，實現真正去中心化、可擴展和安全的區塊鏈。我們期待看到更多優秀的項目和技術不斷湧現，推動整個區塊鏈技術的進一步發展。
