UPS:深度解读zk-Sync2.0和zk-Rollups的未来

简介

"zk-Rollups"可能是今年最热门的Web3流行用语。近期，随着zk-Sync的v2.0"babyalpha"的主网上线，这种热度已经达到峰值。但在所有流行语的背后，"zk-Rollups"到底指的是什么？zk-Sync的作用在哪？在本文，我将努力深入探讨zk-Rollups的工作原理和实际用例，并阐述zk-Syncv2.0的关键技术特征，探索这项被期待已久的技术，进一步地分析它对未来影响。zk-Rollups的工作原理

为什么我们特别需要zk-Rollups？虽然以太坊很有用，但目前以太坊网络，从根本上看是一种无法规模化的经济。因为随着以太网络活动的增加，GAS价格会变的非常昂贵，尤其是在以太网络处理量突发激增的时候，这种效应就愈发明显。随着以太网络的不断发展，以太网络有限的可拓展性已成为它进一步发展的致命弱点。"Rollups"的出现就是为了解决以太坊网络的拓展性问题。以太坊Rollups本质上是一种"插件"，为以太坊提供指数级别的可扩展性，从而修复它高Gas的现状。这个想法背后的逻辑很简单。想象一下，你需要从A点到B点携带5件物品。"常规"的方式是携带物品1、物品2等，一个接一个地携带。但这显然效率缓慢且繁琐，"Rollups"本质上是将5件物品“打包”到一个袋子中，因此你可以一次就把它们都携带完成，而不是分开5次来携带。在这个过程中，有两点是需要注意的：1.如何确保"Rollups"能够"容纳"所有的东西？2.如何确保"Rollups"不被？zk-Rollups是利用"零知识证明"来解决这两个问题的领先rollup技术类型之一。为了解决这些问题，Zk-Rollups会将一定数量的交易捆绑在一起，在Layer2上进行计算，并将状态变更，且将"有效性证明"提交给Layer1上的验证者，以表明计算是完整完成的。这个"有效性证明"是以"零知识证明"的形式出现的，这是一种告诉他人你知道什么而不告诉他人你怎么知道的数学方法。

全国人大代表张学群：要大力推进区块链等与司法工作深度融合:全国人大代表、辽宁省高级人民法院院长张学群表示，要大力推进互联网、大数据、云计算、人工智能、区块链、5G等科技创新成果与司法工作深度融合，加快推进智慧审判、智慧执行、智慧服务、智慧管理，充分利用现代科技智能化、精准化、可视化等特点，有效解决长期制约人民法院的深层次矛盾问题。（人民日报）[2020/7/2]

简化的ZK-Rollup架构Source：https://immutablex.medium.com/ground-up-guide-zkevm-evm-compatibility-rollups-787b6e88108e零知识证明的一个简单例子是一个代码自动生成器。自动生成器是一个"验证者"，给你一堆随机生成的测试代码，而你是一个"证明者"，必须能够通过所有的测试代码来证明你有正确的代码。同时，你不会直接与自动交易器分享你的代码。你看，你刚刚就进行了一次"零知识证明"，你证明了你知道的东西，但你没有说你是怎么知道的。

四川省将推进区块链等与国有企业生产经营深度融合:近日，四川省政府办公厅印发《关于构建全省国资监管大格局协同推进国有企业改革发展的指导意见》。指导意见要求充分发挥国有企业在技术创新中的引领带动作用，加快推进产业数字化、数字产业化，协同推进5G、区块链、大数据、人工智能与国有企业生产经营深度融合。（金融界）[2020/4/24]

零知识证明案例，Source：Gradescope上面的代码自动生成器是使用"交互式零知识证明"的方式，自动生成器和代码提供者直接"交互"。相比之下，大多数zk-Rollups使用的是数学上更复杂的非交互式证明。与交互式证明相比，非交互式证明既节省时间又节省空间。虽然zk-SNARKs的技术细节超出了本文的范围，但测试代码通过的基本原理是相通的。zk-Rollups的圣杯在于零知识以太坊虚拟机(zk-EVM)，它允许开发人员在不修改以太坊智能合约的情况下对DApps进行转移。但这是存在一定难度的，因为每个"问题"都需要不同的"测试代码"，所以开发一个"证明算法"来解决所有可以想象的测试代码的“证明算法”，是零知识证明和zk-Rollups的技术瓶颈。正如Vitalik所说的：总的来说，我认为在短期内optimisticrollup可能会在通用的EVM计算中胜出，而ZKRollup可能会在简单的支付、交易和其他特定应用案例中胜出。但从中长期来看，随着ZK-SNARK技术的改进，ZKRollup将在所有案例中胜出。因此，从历史上看，zk-Rollups仅是针对特定应用用例的技术，其中“测试用例”定义明确且范围有限。但是一些项目正在迅速向“山上的城堡”推进，一种通用的EVM兼容zk-Rollup算法。zk-Sync2.0

黄奇帆：区块链可以通过新的信任机制拓展人类协作的广度和深度:中国国际经济交流中心副理事长黄奇帆今日在北京日报刊文《数字化为何具有颠覆性？》。文章指出，数字化主要包含大数据、云计算、人工智能以及区块链技术。通常称为ABCD：A——人工智能（Artificial Intelligence)，B——区块链（Block Chain），C——云计算（Cloud），D——大数据（Big Data）。区块链是一种特殊的互联网技术，是对“共识人群的一种管理方式”。如果说云计算、人工智能带来了生产力的提升，大数据让生产资料分发更高效，那么区块链就是对生产关系的变革。在此基础上，区块链技术也可以通过新的信任机制大幅拓展人类协作的广度和深度。[2020/3/1]

zk-Sync2.0是目前在开发zk-EVM的众多项目之一。zk-Sync1.0要求用户重新构建其代码库的大部分内容，以便从EVM迁移到zk-Sync。与zk-Syncv1.0不同，在zk-Sync2.0中，程序员可以在几乎没有变化的情况下部署其应用程序。实际上，并非所有的zk-EVM都是等效的。它们在可组合性和高性能之间存在着明显的权衡。在这种权衡中，zk-Sync选择了高性能，从而牺牲了可组合性。在Vitalik看来，目前主要有四种不同类型的zk-EVM，这四种类型如下图所示：

声音 | 经济日报：推进区块链健康稳步发展，必须引导区块链技术与实际应用场景深度融合:\u202811月8日，经济日报刊文“区块链：脚踏实地走向光明未来”。文章表示，当前，区块链的关注热度起来了，但区块链行业的发展还需要静下心来，踏踏实实进行技术探索，才能实现区块链技术和产业创新发展，实现区块链在数字经济时代应有的价值，占据以区块链为代表的新时代互联网科技制高点。推进区块链健康稳步发展，必须继续严厉打击投机行为，必须引导区块链技术与实际应用场景深度融合。[2019/11/8]

zk-EVMs的类型，改编自：https://vitalik.ca/general/2022/08/04/zkevm.html正如Vitalik所述，在目前的状态下，zk-Sync2.0是第4类zk-EVM。与EVM不同，zk-Sync2.0能够使用自己的编译器编译，可以使用Solidity和高级语言编写智能合约。由于zk-Sync可以完全控制其编译器的设计，因此他们能够积极优化速度和吞吐量。但这样做的代价是，一些DApps和EVM调试工具链可能与zk-Sync2.0不兼容。从本质上看，zk-Sync与Ethereum有相同的“汽车外壳”，但换了一个引擎。事实上，在zk-Sync开发者文档中，MatterLabs声称，虽然智能合约"读取"操作可以在不改变代码的情况下集成，但智能合约的"写入"操作需要"附加代码"，因为"Layer1和Layer2之间存在根本差异"。实际上，这略有误导。与其说是由于Layer1和Layer2之间的"根本差异"，不如说是由于MatterLabs所追求的第4种Rollups。因为zk-Sync本质上是使用不同的编译器和字节码，基于第4种的Rollups意味着智能合约有不同的地址，但依赖于字节码分析的调试器基础设施可能无法在zk-Sync2.0上运行。在未来，zk-Sync可能会加入更多对EVM字节码的本地支持，允许系统慢慢过渡到支持更广泛的"边缘情况"，也就是指第3类的Rollups。但是，对于zk-Sync的第3类和第4类的zk-Rollup来说，与PolygonHermez和ScrollLabs的第2类的Rollups相比，必须有两个重要的前提条件才能成功。首先，只有一小部分不重要的项目与zk-Sync的自定义编译器不兼容。其次，与第2类zk-EVM相比，zk-Sync的执行速度需要有质的区别。不幸的是，我个人认为这种情况不太可能发生。任何先进的开发生态系统都依赖于成熟"框架"的基础设施，包括便捷性、模块化、调试和测试工具。如果像Vitalik假设的那样，由于字节码的不同，大部分EVM原生调试工具将无法移植到zk-Sync，那么zk-Sync将不得不开发自己的测试和调试工具套件。与PolygonHermez和Scroll等可组合性更强的第2类zk-EVM相比，这是会增加额外的开销，最终可能会影响zk-Sync作为Layer2解决方案的采纳进度。zk-Rollups的未来

公告 | 阿里巴巴集团与香港运营商将在区块链等领域深度合作:6月26日，阿里巴巴集团与香港运营商“3香港”在杭州签署战略合作协议，阿里巴巴方面表示，阿里云经过多年的发展，希望通过物联网以及新零售、新金融、智慧环保、智慧商超、智能楼宇、智慧供应链、智能物流、区块链等领域和香港深度合作，通过普惠科技推动香港企业转型和社会进步。[2018/6/26]

目前，zk-EVM竞争已经白热化，我们看到一个全功能的zk-EVM只是时间问题。但下一步是什么？一条路只有在路上有建筑物时才有用；zk-Rollups的长期力量来自使用该解决方案的项目。目前，DeFi、GameFi和移动应用是zk-Rollups基础设施的主要受益者。DeFi和GameFi从根本上说都是规模经济，因为它们在有很多用户使用的环境中发展。移动钱包等移动应用，也为懒惰或买不起台式电脑的用户打开了闸门。因此，基于这些实现情况，使用zk-Rollups有很大的实际意义。但这绝不是zk-Rollups使用的极限，这仅仅是开始，zk-Rollups之于以太坊的意义就如5G之于互联网。正如5G可以实现物联网应用和系统的新世界一样，zk-Rollups也可能打开通往"物联网"的闸门，让我们物理世界的数字设备如冰箱、手表、交通信号灯等，与以太坊上的智能合约集成。反对"物联网"的最大观点之一是，它将允许大科技公司越权进入我们的日常生活。但有了"物联网"，我们可以享受物联网带来的便利，而不必担心我们的智能产品在集中数据库受到损害。我们可以同时拥有便利和隐私，而不是只能选择其一。这就是Zk-Rollups可以向我们承诺的世界。参考资料：https://blog.matter-labs.io/baby-alpha-has-arrived-5b10798bc623Adaptedfromhttps://pages.cs.wisc.edu/~mkowalcz/628.pdfhttps://vitalik.ca/general/2021/01/05/rollup.htmlhttps://www.coindesk.com/tech/2022/07/20/the-sudden-rise-of-evm-compatible-zk-rollups/https://cryptobriefing.com/the-race-scale-ethereum-zkevm-rollups/https://docs.zksync.io/dev/contracts/#porting-smart-contractshttps://vitalik.ca/general/2022/08/04/zkevm.html

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