原文标题：《ZKandtheFutureofEthereumScaling》
原文作者：BrendanFarmer，Polygon工程师
编译：海尔斯曼，链捕手
上个月，OffchainLabs发表了一篇名为《为什么说OptimisticRollup比ZKRollup更能代表以太坊扩容的未来？》的文章，比较了ZKRollups和OptimisticRollup两个扩容技术。1月19日，Polygon的零知识证明工程师BrendanFarmer发文回应了OR社区的文章，表示要“友好辩论”，通过这两篇文章，我们可以更加客观、辩证地比较两者的优缺点。
Arbitrum最近发布了一篇很棒的文章，认为OptimisticRollups(OR)代表了以太坊的未来，因为与ZKRollups(ZKR)相比，OptimisticRollups提供了自身固有的可扩展性和成本优势。文章写得很好，值得一读。
本着友好辩论的精神，我们想提出不同的观点。Polygon已向ZK投入了10亿美元，这足以说明，我们坚信它是以太坊扩容方案中最有希望的途径。
虽然OptimisticRollups具有“准备就绪”的优势，但ZK扩展解决方案具也有两个结构优势：
英特尔：需将计算力提升1000倍才能实现元宇宙:12月20日消息，近日英特尔提出了关于元宇宙的危险信号，警告需要更多的处理能力来支持这一愿景。英特尔公司高级副总裁兼加速计算系统和图形事业部总经理Raja Koduri表示，沉浸式计算，规模庞大，可供数十亿人实时访问，需要将计算能力从目前最先进水平再提高1000倍，他解释说：“你需要在不到一毫秒的时间内访问 petaflops “1000 teraflops”的计算，实时使用响应必须少于十毫秒，你的个人电脑、你的手机、你的边缘网络、你的具有一些计算能力的基站和你的云计算需要像管弦乐队一样协同工作。”据英特尔透露，他们正在开发专门支持元宇宙的芯片并计划在明年初发布一系列新的图形处理器，其他关键组成部分包括元宇宙专用算法和元宇宙架构，以及开放的软件开发工具和库。[2021/12/20 7:50:41]
1、ZKRollups支持使用链上和链下数据模式进行扩展，后者提供比任何Rollup更高的吞吐量和更低的费用；2、用户可在与以太坊桥接往返的过程中没有延迟，并且不依赖流动性提供者。
2021年有一点很明显，即不同的用户更喜欢在安全性和交易成本之间进行不同的权衡，部分由于Polygon的快速增长。OptimisticRollups提供了安全性，但交易费用远高于侧链或alt-L1。
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ZK不要求用户在安全性和成本之间做出特定的权衡。当用户选择rollup模式时，相对于Optimisticrollup，ZK提供同等的安全性和更高的资本效率。当数据在链下时，ZK提供比侧链和alt-L1更高的可扩展性和安全性，而且费用相同。?
我们相信，ZK的可扩展性、低成本和资本效率，将会是以太坊扩容到十亿用户的最佳选择。
Rollups概述
Rollups是一种扩展以太坊的方法，即将交易执行移出链外，但由以太坊来保证每笔交易的有效性。实际上，我们可以将资金存入智能合约，并在汇总时与这些资金进行低价交互，从而保证我们的资金与在以太坊上交易一样安全。?
这是可行的，因为rollup使用以太坊进行数据可用性和交易验证。恢复rollup的最新状态和添加新交易所需的全部数据都发布到以太坊，并且交易会通过欺诈或有效性证明进行验证。
动态 | 英特尔获得比特币节能挖矿专利:据coindesk报道，美国专利商标局授予英特尔一项比特币节能挖矿专利。该专利概述了一种处理器，在挖比特币时更节能、更高效。[2018/11/30]
OR中使用的防欺诈机制要求资金在争议期内锁定。如果rollup中包含无效交易，任何人都可以在争议期间提交欺诈证明并将其还原。相比之下，ZKrollup包含一个有效性证明，以加密方式保证所有交易都是有效的，从而消除了任何延迟的需要。
ZK?的状态
首先，要承认ZKrollup还没有完全达到大肆传播的程度。我们仍在等待支持通用智能合约的ZKrollup投入生产，目前使用的证明系统效率还较为低下。
然而，如果我们放眼未来，ZK密码学正在以难以置信的速度发展。递归证明是可扩展和去中心化ZKrollup的重要原语，在十年前，它还只停留在理论层面。两年前，递归证明需要两分钟才能生成。但今天，多亏了plonky2，一个由PolygonZero团队创建的突破性的证明系统，我们能够以毫秒为单位测量证明时间。在笔记本电脑上生成递归证明仅需170ms，而且我们预计证明时间和成本将继续减少。
Arbitrum的文章认为，证明生成会产生巨大的成本，而这部分将由用户承担，因为它涉及数千次昂贵的椭圆曲线运算，因此需要大规模并行识别或昂贵的硬件。但是，plonky2根本不使用椭圆曲线，我们的基准测试是在笔记本电脑上执行的。
Orion Protocol通过集成Moonbeam Network扩展至Polkadot:交易所聚合平台Orion Protocol宣布，通过将Orion Terminal与以太坊兼容的智能合约平台Moonbeam Network集成，扩展至Polkadot区块链。Orion的代码已通过Moonbeam被移植到Polkadot，从而可以立即访问Polkadot生态系统。团队正在构建UI/UX以集成到Orion Terminal。[2021/4/14 20:18:55]
实际上，rollup成本主要由CALLDATA的成本决定。我们可以从Arbitrum当前的交易费用中看出这一点，其中代币交换成本约为4美元。作为比较，即使假设需要10分钟来证明在具有32个内核和64gbRAM的c6g.8xlarge实例上进行交换，增加的成本仅为0.18美元。
与CALLDATA相比，这不是一个特别大的成本，正如我们将看到的，它被ZK的其他优势所抵消。零知识技术还在迅速发展，现在轻视零知识扩容方案是很短视的。
Validia
不同的用户在区块链的成本和安全性之间做出不同的权衡。数以百万计的人使用PolygonPoS链来获得低费用和高吞吐量，即使交易有效性不能像rollup一样得到保证。
BiKi平台POLS连续3日上涨 累计涨幅62.83%:据BiKi行情数据显示，截止今日10:50（GMT+8），平台内币种POLS连续3日上涨，累计涨幅62.83%，现价0.5916USDT。行情波动较大，请注意风险控制。[2020/12/30 16:03:52]
我们相信，数百万用户面临扩展解决方案时，多会选择将使用数据放在链外而不是rollup。Validium?与ZK-rollup类似，将有效性证明发布到以太坊以保证交易有效性，但数据保持在链外以节省CALLDATA成本。Validium有很多好处：?
不再受CALLDATA块大小的限制，因此可以扩展到比rollup高100倍以上的吞吐量费用要低得多费用波动性应该更低，因为Validia消耗的gas要少得多，因此用户不至于陷入关于区块空间的rollup竞价战ZK扩展为L2的设计空间打开了包含Validia的空间，它提供了比Optimism和ZKrollup更高的吞吐量，并提供资金不会被盗的加密保证。?
对Validia的假设性攻击
ZK怀疑论者会注意到，理论上，即使Validium上的验证者不能直接窃取用户资金，他们也可以对用户发起攻击，从而扣留链的最新状态并拒绝处理新交易。因此，验证者可以劫持用户资金。然而，我们觉得这个问题被夸大了。
首先，“数据扣押攻击”需要三分之二的验证者参与，这意味着大量的质押资产将面临风险。攻击将使代币价格崩盘，降低攻击者自己质押代币的价值，并抵消所未来的费用收入。由于验证者不能直接窃取用户资金，他们需要协调受影响用户的赎金支付，因此支付是不确定的。此外，鲸鱼可能会保持rollup模式，因此攻击者需要成功地从大量用户中提取赎金以弥补权益损失。很难看出，在实际中这种攻击如何做到有利可图。
进一步的可扩展性优势
除了Validia提供的巨大可扩展性优势之外，ZKrollup还比OR更具可扩展性，因为它们为开发人员提供了降低费用的选项，即在不牺牲安全性的情况下减少CALLDATA使用。所有rollup都需要发布重建最新状态所需的最少数据，但OR必须将验证每个单独交易所需的全部数据发布到以太坊。相比之下，ZKR可以将每批交易的最小状态增量发布到以太坊，只发布恢复账户最终状态所需的信息。这对于压缩AMM池等合约的状态更新非常重要。
OR党?的一个回应是，这种压缩实际上隐藏了重要的链数据，并且rollup应该提供对每笔交易历史的去信任可见性。我认为这个论点忽略了一个重要的观点，虽然ZKR上的开发人员可以选择为少数需要它的应用程序发布未压缩的CALLDATA，但大多数应用程序和用户会更喜欢较低的费用，这是只有ZKR才能提供的折衷方案。?
因此，ZK为链上和链下数据可用性提供了扩展优势。如果我们要将以太坊带给10亿人，我们必须让用户能够做出成本和安全权衡。
资本效率
OR有一个持续一周的争议期，这会对想退出rollup的用户造成提款延迟。关于提款延迟有很多恶评，包括以太坊矿工或验证者假设的为期一周的审查攻击，当然这极不可信。
但是，提款延迟确实会导致资本效率低下。提前提款是可实现的，但做市商无法完全消除资本效率低下，尤其是在规模上。当面临加密波动时，一周的时间其实非常长，如果流动性进入和退出OR之间存在不平衡，那么流动性提供者将需要承担在提款期间持有锁定资金的风险。虽然流动性提供者将竞相为快速提款提供低费用，但他们将面临必须转嫁给用户的锁定资金的巨大机会成本。
相比之下，ZK扩容解决方案允许用户在向以太坊发布证明时提取资金，从而消除了对流动性提供者的需求并提高了资金效率。Arbitrum的文章声称ZKrollups仅在桥接到以太坊L1时具有优势，但事实上，ZKrollups也可以在其他链上检查有效性证明，保证交易有效性和快速提款。
ZK?的缺点
ZKrollups确实面临几个缺点。PolygonHermez团队在完整的zkEVMrollup方面取得了令人瞩目的进展，其中，?EVM字节码的执行可直接通过有效性证明进行验证。其他专注于将Solidity编译为ZK友好字节码的团队，例如我们在PolygonZero或PolygonMiden、StarkWare和zkSync的团队，可能会在使用现有以太坊开发人员工具时面临挑战。
但在实践中，绝大多数Solidity代码的行为应该相同，因为我们从EVM转移到ZK字节码所做的修改并不会影响功能，主要涉及到替换在算术电路中计算成本高昂的原语，如Keccak-256，具有算术电路友好的原语。
最终，零知识扩容提供的结构优势，应该提供足够的激励来改进和调整开发人员工具，使其更易于在ZKL2上部署。
结论
总之，我们相信零知识扩容是以太坊的未来。Optimisticrollups是一项了不起的技术，它们为困扰以太坊的高gas费用提供了直接的解决方案。但是，Optimisticrollups让用户不得不面临特殊的权衡，即安全性是以更高的费用和资本效率低下为代价的。
相比之下，ZK可容纳更多不同类型的用户，不论是以rollup模式进行交易、对费用不敏感的鲸鱼，还是以验证模式进行低价交易的用户。ZK提供了将以太坊带给10亿用户的最佳途径。
此外，ZK还具有可扩展性和资本效率之外的优势。OR受限于L1上的可能性，因为欺诈证明必须能够在以太坊上执行。ZK没有这个限制，可使用不同的签名方案和L1不支持的原语。用户可以在L2上私下进行批量交易，以更低的成本获得L1的流动性，这是Aztec开创的一种方法。?
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