Zk Rollup如何成為Layer2終極贏家

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：

• 數據存儲方式（鏈上或鏈下）

• 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。

Ebunker 官網：https://www.ebunker.io

來源：星球日報