什麼是 Zk-Rollups？Layer-2 可擴展性技術解析

原文標題：什麼是 Zk 匯總？第 2 層可擴展性技術

編譯：GaryMa，吳說區塊鏈

摘要

• 區塊鏈的低可擴展性導致速度變慢、交易費用提高和用戶體驗不佳。這個問題可以通過 Layer 1（例如分片）和 Layer 2（例如 rollups）等對應的解決方案來潛在修復。
• Layer 1 解決方案旨在升級區塊鏈本身，而 Layer 2 解決方案則在現有鏈的基礎上創建一個框架。
• Rollups 是一種流行的 Layer 2 解決方案，它們在鏈下打包交易以進行更快的計算。
• Zk-rollups 是一種使用零知識證明的 rollup 實現。
• 零知識證明允許驗證而無需透露底層數據，確保交易隱私和安全。

區塊鏈可擴展性的競賽

隨著加密貨幣的廣泛應用，解決區塊鏈網絡的可擴展性問題變得至關重要。擁擠的區塊鏈會導致速度變慢和交易費用提高。為了解決這個問題，我們有兩個主要的框架：Layer 1 和 Layer 2 解決方案。

• Layer 1 解決方案：這些解決方案直接改進區塊鏈的基礎結構，以使整個系統能夠獲得更高的吞吐量。分片就是一個典型例子。通過將區塊鏈劃分為不同的區塊，它增加了系統的容量並允許同時處理交易。
• Layer 2 解決方案：這些解決方案在底層區塊鏈之上運行。在 Layer 2 中，交易在鏈下進行處理，並一起提交到底層鏈上。關鍵技術包括狀態通道、側鏈和 rollups。Zk-rollups 是利用零知識證明的 rollups 形式。

什麼是 Zk-Rollups？

要理解 Zk-rollups，了解 rollups 和零知識證明是很重要的。

什麼是 rollups？

Rollups 允許區塊鏈將交易數據打包在一起並在鏈下進行處理。在處理後，最終結果將被提交到底層鏈上。同時處理如此多的交易消除了區塊鏈膨脹的可能性，並實現了更快、更便宜的計算。Rollups 分為兩類：Optimistic 和 Zk-rollups。

• Optimistic rollups：Optimistic rollups 在一種假設下運作：它打包的所有交易都是合法的。在這些交易提交到區塊鏈之前，它們要經過一個等待期。在這個等待期間，網絡提出異議來質疑可疑的交易。Optimism、Arbitrum 和 opBNB 是Optimistic rollups 的實例。
• Zk-rollups：與Optimistic rollups 不同，zk-rollups 通過零知識證明驗證每一筆交易。儘管實施起來更為複雜，zk-rollups 旨在繞過Optimistic rollups 中看到的爭議解決期，理論上更快地處理交易。

現在，讓我們來了解零知識證明。

什麼是零知識證明？

零知識證明（ZKP）是一種密碼工具，允許一方（證明者）向另一方（驗證者）證明某個陳述是真實的，而不透露有關該陳述的任何詳細信息。

ZKP 必須具備三個特質：

• 完備性：如果陳述是真實的，並且雙方都是真實的，證明將始終確認其真實性。
• 可靠性：不真實的證明者不應該能夠在極少數情況下說服一個誠實的驗證者該虛假陳述是有效的。
• 零知識：最具決定性的特徵。在過程結束時，驗證者只能了解陳述的有效性，而無法深入了解其內容。

那麼，ZKP 是如何工作的呢？該方法可以分為三個步驟：

• 見證（Witness）：在第一階段，證明者向驗證者提供一段秘密信息，或"見證"。這裡的想法是向驗證者證明證明者可以訪問特定數據，而不明確提及它。見證建立了一組只有合法證明者才能回答的關於信息的問題。
• 挑戰：在此階段，驗證者通過從集合中選擇隨機問題向證明者發出挑戰。
• 響應：證明者成功地回答了驗證者的問題，以證明他們的可信度。

現在我們知道了 rollups 和 ZKP 是什麼。讓我們將它們放在一起，了解 zk-rollups 是如何工作的。

Zk-Rollups 如何工作？

Zk-rollups 有兩個核心組成部分：

• 在鏈上的智能合約：智能合約定義了zk-rollup 協議的操作規則。它包括主合約和驗證合約。主合約存儲 rollup 區塊，跟蹤存款並進行重要的更新。驗證合約驗證生成的 ZKP。
• 鏈下虛擬機：這些機器負責處理 L2 中的交易執行。鏈下虛擬機獨立於以太坊主鏈運作。

Zk-rollups 與以太坊區塊鏈緊密交織在一起，儘管處於一個獨特的層次。它們不會用每一筆交易的細節淹沒以太坊。相反，它們巧妙地提供打包摘要，確保底層鏈保持清爽高效。

Zk-Rollups 使用的利弊

那麼，使用 zk-rollups 有什麼好處呢？讓我們來看看。

zk-rollups 的優勢

• 增加吞吐量：zk-rollups 將交易執行從底層鏈轉移到更高效的計算環境中。由於交易不是在鏈上逐個處理的，它提高了整體吞吐量。
• 減少擁堵：通過減少區塊鏈膨脹，zk-rollups 有助於實現高效的 Layer 1 操作。此外，全節點只需存儲零知識證明而不是整個數據。
• 降低費用：由於減少了擁堵，zk-rollups 有助於降低總體費用。
• 安全措施：zk-rollups 包含安全措施，允許用戶在 rollup 網絡出現問題時提取資金，這是與側鏈相比的一個明顯優勢，後者可能在網絡故障期間損害資金。
• 更快的交易挑戰期：使用 zk-rollups，只需驗證 rollups 內的有效性證明，加速交易挑戰期。

zk-rollups 的缺點

• 複雜性：zk-rollups 的最大缺點是它們的內在複雜性。它們執行起來比optimistic rollups 更為複雜。
• 受底層鏈限制：儘管它們效率高，zk-rollups 仍受到底層基礎層的限制。
• 流動性碎片化：任何 Layer 2 都會導致生態系統中流動性的分散。底層鏈協議中流動性較淺可能導致潛在問題。

Optimistic Rollups vs Zk-Rollups

總結

可擴展性經常被吹捧為區塊鏈技術的"聖杯"。如果系統不能運行得最佳，那就沒有使用它的意義。Rollups，包括 optimistic 和 zk，為這個長期存在的問題提供了一個優雅的解決方案。Zk-Rollups 以其獨特的方法承諾更快的速度、更少的流量和強大的安全性。是的，它們有複雜性，但它們的潛力是巨大的。對於任何關心數字貨幣未來的人來說，了解 zk-rollups 是必不可少的。隨著我們不斷推動更好的區塊鏈性能，現在是時候熟悉 zk-rollups 及其對未來的承諾了。