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Home Layer 2

ZK Rollup 是什麼?生態項目整理、如何成為以太坊L2贏家

Foresight News by Foresight News
2023-04-20
in Layer 2, 以太坊
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ZK Rollup 是什麼?生態項目整理、如何成為以太坊L2贏家
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競爭激烈的 Layer 2 賽道,許多專家認為 ZK Rollup 會是長期來說更好的解決方案、可以提供以太坊更好的使用者體驗,本文為讀者說明 ZK Rollup 是什麼、賽道項目整理…。原文作者:Ebunker 由 Foresight News 翻譯整理。
(前情提要:觀點|以太坊Layer 2賽道分析:中短期Optimistic Rollup,長期Zk Rollup)
(背景補充:V神點名:ZK Rollups或成以太坊主要Layer 2方案!比Optimistic快)

本文目錄

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  • 區塊鏈網路如何擴充套件
  • ZK-Rollup 的工作原理
  • ZK-Rollup 競爭激烈
  • 市場上的 Zk Rollup 專案
    • StarkEX
    • zkSync
    • Loopring
  • 以太坊擴充套件和ZK技術的未來
  • Zk Rollup的發展方向

 

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通常來說,實現網路安全和去中心化的同時,提高可擴充套件性是不可能的。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。

要知道網路的去中心化和安全與分散式帳本的節點數量有關——節點越多,區塊鏈越去中心化和安全——但犧牲了可擴充套件性,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,因此可擴充套件性會受到影響。

在過渡到權益證明之前,以太坊網路平均處理 15-45 筆交易每秒(TPS),坦率來講,尚不足以為大多數以太坊使用者創造良好的體驗,他們有時面臨網路擁堵、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路可擴充套件性。

我們認為,ZK-Rollup 可以通過提高可擴充套件性為區塊鏈技術,尤其是以太坊帶來重大進步。這可以提供更好的使用者體驗,並增加該領域的興趣,從而進一步令新專案吸引新的使用者和支援者。這種指數級的正回饋迴圈可能是下一次加密牛市的核心。

區塊鏈網路如何擴充套件

通常來說,可以通過網路層面或通過二層擴充套件解決方案來擴充套件區塊鏈。

對於網路層面的擴充套件,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,更簡單的擴充套件區塊鏈的方法是採用各種擴充套件解決方案。這些方案可以從建立側鏈(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。

但最有前途的擴充套件解決方案可能是 Rollups,特別是Optimistic Rollups和ZK-Rollups,這些解決方案是將二層交易打包併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 面臨的可擴充套件性挑戰。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。

延伸閱讀:Optimism為何能成「超級鏈」:統一全部Layer2,打造Rollup鏈工廠

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,智慧合約狀態機被稱為智慧合約,是一種自我執行的程式設計合約。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慧合約的最終結果。

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 需要將所有交易資料提交到Layer 1,並等待網路進行「挑戰」,這需要更長的時間(平均為7天)。

對於 L2 到 L1 的通訊,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:

更好的可擴充套件性和更高效率

可擴充套件性是實現 ZK-Rollup 的關鍵動機。以太坊和其他區塊鏈的效能問題在於頻寬不足,無法支援如此多的使用者和交易,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提交摘要資料和有效性證明,使交易和計算成本更低。這為更多的使用者和應用程式打開了大門,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、良好的相容性著稱,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,成為區塊鏈平臺的理想解決方案。

但是,這些解決方案也存在一些缺點,例如它們是通過智慧合約實現的,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遮蔽或重新排列交易。

理解這些優缺點可以幫助我們獲得更客觀的視角,支援分析和評估這些專案的潛力,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 專案進行分類:

1.資料儲存方式(鏈上或鏈下)。

2.使用的零知識證明方案。

選擇鏈上或鏈下儲存資料(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,取決於專案的發展方向,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 專案

StarkEX

Starkware(也稱為Starkware Industries)是由 STARK 和 ZCash 的共同創辦人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,提高區塊鏈的可擴充套件性和隱私。

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:資料儲存在鏈上。
Validium 模式:資料儲存在鏈外。
Volition 模式:結合兩者。

StarkEX和StarkNET有自己的程式語言和虛擬機器用於執行,不與以太坊的EVM相容。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的新程式語言,這是StarkEX和StarkNET的本機智慧合約語言。

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資料儲存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個專案完成了部署。

ZkEVM是由Matter Labs開發的。與此同時,Matter Labs也在推出與EVM相容的Zk Rollup版本(ZkEVM)。該版本的本機智慧合約語言是Zinc,並且它也有自己的虛擬機器用於執行,具有與EVM高度相容的特點。

Loopring

Loopring是於2019年底推出的,使用了一組名為SNARK的演算法來實現和驗證零知識證明。Loopring經歷了多次升級,第一個版本僅支援DEX(訂單簿)交易,第二個版本增加了對支付和轉帳的支援,第三個版本增加了對AMM Swap的支援,第四個版本於2021年9月推出,增加了對NFT的挖礦、轉移和交易支援。與此同時,Loopring也正在推出與EVM相容的Zk Rollup版本(ZkEVM)。

當然,相比一個網路,它更像一個應用。這是社群目前對於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。

以太坊擴充套件和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 平臺的交易費用比 Ethereum 的 EVM側鏈更高。這是因為每個最終的Rollup塊都必須釋出到以太坊,將其費用與以太坊的費用聯絡起來(Zk Rollup通過只發布證明來節省費用)。因此,每個Rollup平臺只能將以太坊擴充套件到一定程度。

此外,之前Ebunker共同創辦人Todd Ma曾提到,相比於OP系,ZK系想保持EVM相容非常困難。每當主網的EVM更新時,OP系可以以很小的工作量完成同步更新,繼續保持100%EVM相容,而ZK系需要繁瑣的重新電路設計和程式碼開發,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的通用智慧合約平臺、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型別:

一種是擁有自己的語言和虛擬機器的Zk Rollup平臺,例如Starkware的StarkNET、Matter Labs的ZkEVM、Polygon的Polygon ZkEVM,這些平臺會使用編譯器將其本機語言轉換為可在ZkEVM虛擬機器上執行的語言。這種解決方案有著不相容的侷限性。

另一種是與ZkEVM完全相容,無需進行任何翻譯,可以直接執行solidity程式碼。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充套件性。市場上有足夠的空間支援廣泛的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、可擴充套件和安全的區塊鏈。我們期待看到更多優秀的專案和技術不斷湧現,推動整個區塊鏈技術的進一步發展。

延伸閱讀:L2熱潮》zkSync Era鎖倉突破1.4億鎂!生態最大DEX SyncSwap宣佈發幣

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Tags: layer2LoopringStarkExZK RollupzkSync

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