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。
Risc Zero发布Zeth证明技术以在以太坊上开发ZK rollups:金色财经报道,总部位于西雅图的加密初创公司Risc Zero发布了 Zeth,这是一种开源证明技术,旨在帮助开发基于以太坊的第2层解决方案(称为ZK rollups)和相关客户端软件,开发人员可以在该团队提供的特定框架(称为 Risc Zero zkVM)上利用Zeth来完成这一过程。Risc Zero表示,以太坊区块的证明可以在短短几分钟内生成,并使用Zeth在链上进行验证。
据悉,Risc Zero于7月筹集了4000万美元的A轮融资,Blockchain Capital领投。[2023/8/23 18:16:11]
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。
ZigZag 开始搭建基于 Mimblewimble 的 ZK rollup 支付系统:3月16日消息,ZigZag 开始搭建基于 Mimblewimble 的 ZK rollup 支付系统 ZigZag InvisibL3。该项目由 0xonurinanc 带领,旨在突破零识技术的极限,包括将现有的隐私技术扩展到更广泛的应用程序并构建 L3, 使现有的 ZK 支持系统更强大。
据悉,官方团队表示,ZigZag InvisibL3 的最终目标是成为最好的隐私 DEX。[2022/3/16 13:59:25]
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。
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:
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]
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。
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
以太坊ZK Rollup扩容方案Hermez上线USDT:Hermez Network上线USDT稳定币。通过在Hermez上推出USDT,以太坊上的Gas费压力有望减轻。此前消息,以太坊ZK Rollup扩容方案Hermez Network正式上线。这意味着Hermez的主网已经启动,用户现在可以以更低的Gas成本转账。(Cointelegraph)[2021/4/19 20:36:52]
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。
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。
以太坊ZK Rollup扩容方案Hermez Network正式上线:3月24日消息,以太坊ZK Rollup扩容方案Hermez Network正式上线。这意味着Hermez的主网已经启动,用户现在可以以更低的Gas成本转账。Hermez的技术主管Jordi Baylina表示,用户可以因此节省大约90%的Gas成本。目前每笔交易的平均Gas费约为16美元,如果能节省90%的费用,每笔交易的成本将降至1.5美元。(Theblockcrypto)[2021/3/24 19:14:17]
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。
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