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）
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。
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