ROL:Zk Rollup如何成为Layer2终极赢家？-ODAILY

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。

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]

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。

基于ZK Rollup的DEX ZigZag上线zkSync与Polygon跨链桥测试版:3月14日消息，基于 ZK Rollup 的订单簿式 DEX ZigZag 宣布上线 zkSync 与 Polygon 跨链桥的测试版。该测试版现已支持 zkSync 上 ETH 和 Polygon 上 WETH 的小额跨链转账测试，待代码稳定后会增加测试额度并进行 UI 开发。[2022/3/14 13:55:10]

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。

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。

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]

更好的安全性

StarkWare推出ZK Rollup扩容方案StarkNet Alpha 1版本:StarkWare推出ZK Rollup扩容方案StarkNet Alpha 1版本，该版本更新包括实现了L1、L2交互功能、实现了L1链上数据可用性，可通过L1数据构建StarkNet的状态等，此外，StarkNet还发布了StarkNet操作系统的代码，包括合约部署、交易执行等细节。[2021/7/20 1:03:37]

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。

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。

StarkWare推出ZK Rollup扩容解决方案StarkNet:1月27日消息，零知识证明研发机构StarkWare表示，其二层扩容解决方案ZK Rollup“StarkNet”目前已经完成基础构建（阶段0），即图灵完备框架Cairo、STARK 软件堆栈和二层扩容引擎StarkEx，之后将进行构建阶段一至阶段三，其中，阶段一将支持单一应用Rollup“Single-App Rollup”，将使开发人员能够在StarkNet上构建和部署自己的可扩展性应用程序；阶段二将支持多应用Rollup“Multi-App Rollup”，支持在同一StarkNet实例上运行并访问多个应用程序，这将实现不同应用程序之间的互操作性，以及降低 Gas 成本；阶段三将支持去中心化Rollup“Decentralized Rollup”。

StarkWare预计将在近几个月内部署阶段一，并在2021年底之前顺利进入阶段二和阶段三。StarkWare构建的StarkNet是一种由STARK驱动的去中心化二层ZK Rollup，可支持以太坊的通用计算。[2021/1/27 13:37:48]

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。

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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