ROLL:Zk Rollup如何成为Layer2终极赢家？

通常来说，实现网络安全和去中心化的同时，提高可扩展性是不可能的。这一挑战被称为三重困境，已被证明是区块链架构中最难解决的问题之一。要知道网络的去中心化和安全与分布式账本的节点数量有关——节点越多，区块链越去中心化和安全——但牺牲了可扩展性，即区块链每秒能处理的交易数量。在繁忙期间，由于每个节点都要验证交易，因此可扩展性会受到影响。

在过渡到权益证明之前，以太坊网络平均处理?15-45?笔交易每秒，坦率来讲，尚不足以为大多数以太坊用户创造良好的体验，他们有时面临网络拥堵、高费用和长时间等待。这些问题的解决方案是进一步增强网络可扩展性。

我们认为，ZK-Rollup?可以通过提高可扩展性为区块链技术，尤其是以太坊带来重大进步。这可以提供更好的用户体验，并增加该领域的兴趣，从而进一步令新项目吸引新的用户和支持者。这种指数级的正反馈循环可能是下一次加密牛市的核心。

区块链网络如何扩展

通常来说，可以通过网络层面或通过二层扩展解决方案来扩展区块链。

对于网络层面的扩展，这些解决方案可以从增加块大小到以太坊广受关注的分片，后者允许并行和同时处理大量交易。这些解决方案可能是有效的，但不容易实现。

第二种，更简单的扩展区块链的方法是采用各种扩展解决方案。这些方案可以从创建侧链到?Plasma?链，再到?StateChannels，以及?LightningNetwork?所采用的方案。

Polygonzk EVM日交易数超10万笔:8月1日消息，Polygon创始人Sandeep Nailwal发推称，Polygonzk EVM日交易数量达115144笔，首次超过10万笔。另据L2Beat数据显示，当前Polygonzk EVM锁仓量达5437万美元。[2023/8/1 16:10:49]

但最有前途的扩展解决方案可能是?Rollups，特别是?OptimisticRollups?和?ZK-Rollups，这些解决方案是将二层交易打包并发送到以太坊主网的解决方案。

和?OptimisticRollup?一样，ZKRollup提供了一种可行的方案来解决传统L1面临的可扩展性挑战。通过将大量交易离线打包处理并使用零知识证明在主链上处理，它们提供了更高的吞吐量和更低的交易费用，而无需像?OptimisticRollup?一样面临长时间的挑战期限。相比?OP?系?Rollup?动辄?7?天的提现等待期，ZK?系?Rollup?可以实现半小时内完成安全的提现。

ZK-Rollup?的工作原理

ZK-Rollup?是一种基于以太坊的Layer2?协议，可以实现高效率、低成本的交易。

在?ZK-Rollup?中，智能合约状态机被称为智能合约，是一种自我执行的编程合约。当我们需要更新Layer1?的状态时，ZK-Rollup?节点会向以太坊提交一个有效性证明，并显示交易的最终状态。这是因为?EVM?是确定性的，意味着我们可以确定执行智能合约的最终结果。

Polygon正在对zk rollups技术进行性能测试:1月14日消息，Polygon正在对零知识汇总 (zk rollups) 技术进行性能测试。这项名为Polygon zkEVM技术的开发已经由Polygon Hermez团队进行了三年多。通过在zkEVM测试网的主要版本中生成超过12,000个zk证明，该团队已经确认零知识证明在以太坊上是可行的。(Cointelegraph）[2023/1/14 11:12:10]

因此，ZK-Rollup?相比于OptimisticRollup?具有效率优势，因为它们只需要将有效性证明提交到?Layer1?。相比之下，optimisticrollup?需要将所有交易数据提交到?Layer1?，并等待网络进行“挑战”，这需要更长的时间。

对于L2到L1的通信，ZK-Rollup?协议的速度会更快，因为它们只需要证明一批交易的有效性，而不需要等待其他人验证这些交易。这样可以获得更高效和更有效的协议，主要体现在以下方面：

更好的可扩展性和更高效率

可扩展性是实现?ZK-Rollup?的关键动机。以太坊和其他区块链的性能问题在于带宽不足，无法支持如此多的用户和交易，使得处理过程非常低效。ZK-rollup?技术可以改善这一点。

更好的安全性

有效性证明充当了一种过滤器，严格将给定批次中的有效交易推送出来。这使我们能够在数学上证明它们的正确性，而不是概率性的、可变的置信度。

V神：ZK Rollup可能是以太坊顶级Layer2扩展武器:8月8日消息，以太坊创始人Vitalik Buterin在2022韩国区块链周KBW 2022峰会中就以太坊的各类问题进行发言，他表示，由于Layer2 Rollup，以太坊网络的交易成本将很快降至1美分，在将来所有效率改进后交易成本可能降至0.05美元，甚至可能低至0.02美元，随着成本的下降，区块链实际上可以启用和解锁全新的场景用例，这将完全改变游戏规则。另外，下一个十年对区块链技术至关重要，区块链应用需要证明它们的实用性， 所以ZK Rollup很可能是以太坊的顶级Layer2扩展武器。Vitalik还表示，量子计算将是未来的重要考虑因素，以太坊需要升级以保护自己免受未来的量子计算攻击，并考虑转向“新形式的密码学”，以抵抗潜在的攻击，但可能需要几十年的时间。[2022/8/8 12:10:08]

更低的交易成本

在链下处理交易和计算，只需向?Layer1?提交摘要数据和有效性证明，使交易和计算成本更低。这为更多的用户和应用程序打开了大门，最终加速了向Web3的转变。

ZK-Rollup?竞争激烈

如今，OptimisticRollup?和?ZKRollup?是最受欢迎的两种?Rollup。虽然?OptimisticRollup?以速度、良好的兼容性著称，但在提款方面存在一些限制。相比之下，ZKRollup?具有卓越的速度和安全性，成为区块链平台的理想解决方案。

ZK Rollup扩容方案StarkNet Alpha上线以太坊主网:11月29日消息，StarkWare推出的以太坊Rollup扩容方案StarkNet Alpha今日上线以太坊主网。StarkNet是一个无需许可的以太坊L2网络去中心化Rollup扩容方案。StarkNet允许任何dApp实现其计算规模，而不会影响可组合性和安全性，它依赖于安全和具可扩展性的加密证明系统——STARK。StarkNet建立在Cairo编程语言之上，Cairo和STARK均由 StarkWare内部开发，并为生产级应用程序提供支持。除其他功能外，StarkNet Alpha支持通用计算智能合约，支持与其他StarkNet合约以及通过 L1<>L2 消息与L1合约的可组合性。StarkNet Alpha在Rollup模式下运行，所有状态差异数据都在链上发送。

StarkNet Alpha上线以太坊主网意味着开发者可以在StarkNet上部署他们的合约，用户可以向这些合约发送交易，每个StarkNet区块都在链上被证明和验证，应用程序获得无限扩展并保持L1安全性。这是一个Alpha版本，该网络仍在开发中。团队不断添加功能、修复错误并对其进行改进。在接下来的几周和几个月内，团队将在以下功能上升级Alpha：合约升级机制；收费机制；添加系统调用（get_block_number、get_block_timestamp 等）。[2021/11/30 12:39:57]

但是，这些解决方案也存在一些缺点，例如它们是通过智能合约实现的，可能存在漏洞，由于?Rollup?在以太坊主网上的相对新颖，因此需要考虑这些缺点。此外，这些解决方案倾向于变得中心化，因为排序器技术上可以屏蔽或重新排列交易。

ZK Labs将对PlotX进行智能合约安全审计:调研机构CryptoDiffer发推特称，ZKLabs将在PlotX主网上线前对其进行智能合约安全审计。ZKLabs将会验证PlotX智能合约的安全性，然后将由PlotX社区开发人员重构。据此前报道，DeFi预测市场平台PlotX更新用户界面，允许用户查看包括预测接受与否、处理进程、奖励分配等各个阶段的进展，以及可以同时使用PLOT代币以及ETH来购买预测头寸，旨在为启动主网做准备。部分新的用户界面功能将很快PlotX测试版中实现，不过完整的功能将在PlotX的主网版本中实现。[2020/9/11]

理解这些优缺点可以帮助我们获得更客观的视角，支持分析和评估这些项目的潜力，并寻找良好的投资机会。在我看来，我们可以根据两个因素对?ZkRollup?项目进行分类：

数据存储方式

使用的零知识证明方案

选择链上或链下存储数据都有其自身的优劣。在所有情况下没有最佳选择；这是一个权衡去中心化和处理速度、运营成本的过程，取决于项目的发展方向，他们将提供适当的选择。

第二点需要注意的是使用零知识证明技术，类似于前面的情况，在每种情况下没有最佳解决方案，它是证明大小和安全性假设之间的平衡。

市场上的?ZKRollup?项目

StarkEX

Starkware是由?STARK?和?ZCash?的联合创始人?EliBenSasson?于?2018?年?1?月创立的公司。StarkWare通过使用?STARK?技术来实现和验证零知识证明，提高区块链的可扩展性和隐私。

StarkWare?的第一个产品?StarkEX?可以看作是一个特定的L2，应用仅限于简单的交易和支付交易，例如?AMM、现货交易、支付、NFT铸造和交易。StarkEX?允许?Dapps?以三种模式部署：

ZKRollup?模式：数据存储在链上。

Validium?模式：数据存储在链外。

Volition?模式：结合两者。

StarkEX?和?StarkNET?有自己的编程语言和虚拟机用于执行，不与以太坊的?EVM?兼容。因此，未来想在?StarkNET?上构建?Dapps?的开发人员将需要学习一种名为?Cairo?的新编程语言，这是?StarkEX?和?StarkNET?的本机智能合约语言。

zkSync

除了?Starkware，MatterLabs?也是一家同样著名的公司。MatterLabs?提供的?ZkRollup?产品使用?PLONK?实现和验证零知识证明。

第一版称为?zkSync，第二版称为?ZkPorter。它们之间的主要区别在于数据存储是在链上还是在链下。两个版本的共同目的仅是为支付交易服务，不如?StarkEX?那么多样化。

目前在使用的?zkSyncEra?主网，TLV?涨势很快。根据?DeFiLlama?显示，目前的?TVL?已经攀升到?1.1?亿美金规模，有超过?20?个项目完成了部署。

ZkEVM?是由?MatterLabs?开发的。与此同时，MatterLabs?也在推出与?EVM?兼容的?ZkRollup?版本。该版本的本机智能合约语言是?Zinc，并且它也有自己的虚拟机用于执行，具有与?EVM?高度兼容的特点。

Loopring

Loopring?是于?2019?年底推出的，使用了一组名为?SNARK?的算法来实现和验证零知识证明。Loopring?经历了多次升级，第一个版本仅支持DEX交易，第二个版本增加了对支付和转账的支持，第三个版本增加了对?AMMSwap?的支持，第四个版本于?2021?年?9?月推出，增加了对?NFT?的挖矿、转移和交易支持。与此同时，Loopring?也正在推出与?EVM?兼容的?ZkRollup?版本。

当然，相比一个网络，它更像一个应用。这是社区目前对于?Loopring?的固有印象。

这些领先的?Rollup?创新团队正在竞相确立其?ZKRollup?解决方案的领先地位，这种竞争将很可能推动该领域的进一步发展。

以太坊扩展和?ZK?技术的未来

ZK?技术是以太坊的未来。在?18?至?24?个月内，大多数大型Web3应用将建立在零知识证明的二层链上。然而，ZKRollup?也存在一些问题，例如需要高水平的开发、部署和审计技术。由于?ZK?技术专家较少，例如审计桥接等过程变得更加困难。

使用?ZK?证明进行验证的过程计算量较大，因此一些初创公司已经开发了专门的技术，如?FGPA?和?ASIC，以进一步加快?ZK?证明的生成速度。因此，ZK?技术可能需要数年时间才能真正成熟。

第三个问题是交易费用的问题。大多数?Rollup?平台的交易费用比?Ethereum?的?EVM?侧链更高。这是因为每个最终的?Rollup?块都必须发布到以太坊，将其费用与以太坊的费用联系起来。因此，每个?Rollup?平台只能将以太坊扩展到一定程度。

此外，之前?Ebunker?联合创始人?ToddMa?曾提到，相比于?OP?系，ZK?系想保持?EVM?兼容非常困难。每当主网的?EVM?更新时，OP?系可以以很小的工作量完成同步更新，继续保持?100%?EVM?兼容，而?ZK?系需要繁琐的重新电路设计和代码开发，这给研发?ZK?系L2的团队带来了不小的压力，而且无法实现一劳永逸。

ZkRollup?的发展方向

对于?ZkRollup?的发展方向，从长远来看，任何一个L1能做的事情，ZkRollup?都能更好地做到。基于这种思路，我认为想要成为终极赢家的?ZkRollup?解决方案必须保持L1的所有先进特征，例如以太坊这个L1的通用智能合约平台、无需许可的安全性以及更低的成本。

因此，我认为?StarkNET?和?ZkEVM?是有前途的方案。如果?ZkEVM?能在以太坊L1上保持类似的开发体验，那么它将具有重大优势。对于?ZkEVM，目前的设计思路实际上可以分为两种类型：

一种是拥有自己的语言和虚拟机的?ZkRollup?平台，例如?Starkware?的?StarkNET、MatterLabs?的?ZkEVM、Polygon?的?PolygonZkEVM，这些平台会使用编译器将其本机语言转换为可在?ZkEVM?虚拟机上执行的语言。这种解决方案有着不兼容的局限性。

另一种是与?ZkEVM?完全兼容，无需进行任何翻译，可以直接执行?solidity?代码。这种解决方案更为优化，但也更难实现。

总体而言，我非常期待?ZKRollup?和?OptimisticRollup?将领导区块链进入一个新的时代。新的创新将不再基于L1设计，而是在L2和L3上进行，从关联的L1中获取安全性，

同时实现在传统L1上不可能实现的可扩展性。市场上有足够的空间支持广泛的L2Rollup?解决方案，以最优化的方式迭代区块链，实现真正去中心化、可扩展和安全的区块链。我们期待看到更多优秀的项目和技术不断涌现，推动整个区块链技术的进一步发展。

Ebunker?官网：https://www.ebunker.io

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