什么是 Zk-Rollups？Layer-2 可扩展性技术解析

原文标题：什么是 Zk 汇总？第 2 层可扩展性技术

摘要

• 区块链的低可扩展性导致速度变慢、交易费用提高和用户体验不佳。这个问题可以通过 Layer 1（例如分片）和 Layer 2（例如 rollups）等对应的解决方案来潜在修复。
• Layer 1 解决方案旨在升级区块链本身，而 Layer 2 解决方案则在现有链的基础上创建一个框架。
• Rollups 是一种流行的 Layer 2 解决方案，它们在链下打包交易以进行更快的计算。
• Zk-rollups 是一种使用零知识证明的 rollup 实现。
• 零知识证明允许验证而无需透露底层数据，确保交易隐私和安全。

区块链可扩展性的竞赛

随着加密货币的广泛应用，解决区块链网络的可扩展性问题变得至关重要。拥挤的区块链会导致速度变慢和交易费用提高。为了解决这个问题，我们有两个主要的框架：Layer 1 和 Layer 2 解决方案。

• Layer 1 解决方案：这些解决方案直接改进区块链的基础结构，以使整个系统能够获得更高的吞吐量。分片就是一个典型例子。通过将区块链划分为不同的区块，它增加了系统的容量并允许同时处理交易。
• Layer 2 解决方案：这些解决方案在底层区块链之上运行。在 Layer 2 中，交易在链下进行处理，并一起提交到底层链上。关键技术包括状态通道、侧链和 rollups。Zk-rollups 是利用零知识证明的 rollups 形式。

什么是 Zk-Rollups？

要理解 Zk-rollups，了解 rollups 和零知识证明是很重要的。

什么是 rollups？

Rollups 允许区块链将交易数据打包在一起并在链下进行处理。在处理后，最终结果将被提交到底层链上。同时处理如此多的交易消除了区块链膨胀的可能性，并实现了更快、更便宜的计算。Rollups 分为两类：Optimistic 和 Zk-rollups。

• Optimistic rollups：Optimistic rollups 在一种假设下运作：它打包的所有交易都是合法的。在这些交易提交到区块链之前，它们要经过一个等待期。在这个等待期间，网络提出异议来质疑可疑的交易。Optimism、Arbitrum 和 opBNB 是Optimistic rollups 的实例。
• Zk-rollups：与Optimistic rollups 不同，zk-rollups 通过零知识证明验证每一笔交易。尽管实施起来更为复杂，zk-rollups 旨在绕过Optimistic rollups 中看到的争议解决期，理论上更快地处理交易。

现在，让我们来了解零知识证明。

什么是零知识证明？

零知识证明（ZKP）是一种密码工具，允许一方（证明者）向另一方（验证者）证明某个陈述是真实的，而不透露有关该陈述的任何详细信息。

ZKP 必须具备三个特质：

• 完备性：如果陈述是真实的，并且双方都是真实的，证明将始终确认其真实性。
• 可靠性：不真实的证明者不应该能够在极少数情况下说服一个诚实的验证者该虚假陈述是有效的。
• 零知识：最具决定性的特征。在过程结束时，验证者只能了解陈述的有效性，而无法深入了解其内容。

那么，ZKP 是如何工作的呢？该方法可以分为三个步骤：

• 见证（Witness）：在第一阶段，证明者向验证者提供一段秘密信息，或“见证” 。这里的想法是向验证者证明证明者可以访问特定数据，而不明确提及它。见证建立了一组只有合法证明者才能回答的关于信息的问题。
• 挑战：在此阶段，验证者通过从集合中选择随机问题向证明者发出挑战。
• 响应：证明者成功地回答了验证者的问题，以证明他们的可信度。

现在我们知道了 rollups 和 ZKP 是什么。让我们将它们放在一起，了解 zk-rollups 是如何工作的。

Zk-Rollups 如何工作？

Zk-rollups 有两个核心组成部分：

• 在链上的智能合约：智能合约定义了zk-rollup 协议的操作规则。它包括主合约和验证合约。主合约存储 rollup 区块，跟踪存款并进行重要的更新。验证合约验证生成的 ZKP。
• 链下虚拟机：这些机器负责处理 L2 中的交易执行。链下虚拟机独立于以太坊主链运作。

Zk-rollups 与以太坊区块链紧密交织在一起，尽管处于一个独特的层次。它们不会用每一笔交易的细节淹没以太坊。相反，它们巧妙地提供打包摘要，确保底层链保持清爽高效。

Zk-Rollups使用的利弊

那么，使用 zk-rollups 有什么好处呢？让我们来看看。

zk-rollups的优势

• 增加吞吐量：zk-rollups 将交易执行从底层链转移到更高效的计算环境中。由于交易不是在链上逐个处理的，它提高了整体吞吐量。
• 减少拥堵：通过减少区块链膨胀，zk-rollups 有助于实现高效的 Layer 1 操作。此外，全节点只需存储零知识证明而不是整个数据。
• 降低费用：由于减少了拥堵，zk-rollups 有助于降低总体费用。
• 安全措施：zk-rollups 包含安全措施，允许用户在 rollup 网络出现问题时提取资金，这是与侧链相比的一个明显优势，后者可能在网络故障期间损害资金。
• 更快的交易挑战期：使用 zk-rollups，只需验证 rollups 内的有效性证明，加速交易挑战期。

zk-rollups的缺点

• 复杂性：zk-rollups 的最大缺点是它们的内在复杂性。它们执行起来比optimistic rollups 更为复杂。
• 受底层链限制：尽管它们效率高，zk-rollups 仍受到底层基础层的限制。
• 流动性碎片化：任何 Layer 2 都会导致生态系统中流动性的分散。底层链协议中流动性较浅可能导致潜在问题。

OptimisticRollupsvsZk-Rollups

总结

可扩展性经常被吹捧为区块链技术的“圣杯”。如果系统不能运行得最佳，那就没有使用它的意义。Rollups，包括 optimistic 和 zk，为这个长期存在的问题提供了一个优雅的解决方案。Zk-Rollups 以其独特的方法承诺更快的速度、更少的流量和强大的安全性。是的，它们有复杂性，但它们的潜力是巨大的。对于任何关心数字货币未来的人来说，了解 zk-rollups 是必不可少的。随着我们不断推动更好的区块链性能，现在是时候熟悉 zk-rollups 及其对未来的承诺了。

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