什么是零知识 Rollup (ZK-rollups)？

由 Brady Werkheiser 审核

发布于 2022 年 3 月 3 日，阅读时长 4 分钟

在选择以太坊扩容方案时，Web3 开发者有很多选择。有像以太坊 2.0 这样的 Layer 1 改进，像 Optimism 和 Arbitrum 这样的 Layer 2 链，以及像 Polygon 或 xDai 这样的侧链。

即使在 Layer 2 以太坊扩容方案这一类别中，web3 开发者也需要在状态通道、乐观 Rollup 或零知识 (ZK) Rollup 之间做出选择。

ZK-Rollup 正在成为以太坊越来越受欢迎的扩容方案，并且有潜力大幅降低交易确认的成本和时间。为了帮助你为你的 dApp 选择合适的扩容方案，我们将解释 ZK-Rollup 与其他 Layer 2 方案之间的区别，并深入研究 ZK 技术。

什么是以太坊 Layer 2？

以太坊 Layer 2 是旨在比在以太坊主链上交易更快、更便宜的区块链，同时利用以太坊执行层的安全性。Layer 2 主要专注于解决以太坊在网络拥塞期间（当许多用户试图同时使用以太坊网络时）发生的高交易费用和低交易速度。

从宏观上看，大多数 Layer 2 方案都“链下”处理交易，即不在以太坊上处理，并将这些交易批量处理成更简单，因此更便宜的交易，并在以太坊区块链上发布。

但是，Layer 2 扩容方案用于安全地处理、批量处理和将链下交易发布到以太坊上的机制取决于它们使用的扩容技术。

让我们看看三种不同类型的 Layer 2 扩容技术。

存在哪些类型的以太坊 Layer 2？它们有什么不同？

有三种类型的以太坊 Layer 2 可以帮助解决以太坊的可扩展性问题：状态通道、乐观 Rollup 和零知识 Rollup。

让我们探讨这三种不同类型的 Layer 2 技术之间的区别。

1. 状态通道

状态通道是一种以太坊扩容方案，允许用户进行无限的链下交易，而只需向以太坊网络提交两笔交易：第一笔交易和最后一笔交易。

以下是它的工作原理：

1. 第一笔交易打开一个状态通道并“锁定”该状态。

2. 用户执行链下交易。

3. 链下交易完成后，剩余状态记录在第二笔“关闭”状态通道的交易中。

利用状态通道的以太坊 L2 示例包括：

• Connext - 一个用于快速、无需信任的跨链应用和通信的网络

• Kchannels - 为以太坊提供最小化信任的支付通道

• Perun - 为用户提供支持实时支付的链下框架

• Radien - 提供一种快速、廉价的方式来转移 ERC20 代币

2. 乐观 Rollup

乐观 Rollup 涉及处理大量交易，在链下处理计算，并将它们“Rollup”成一个更简单的交易，该交易会被发布到以太坊的执行层。

乐观 Rollup 被认为是“乐观的”，因为交易被假定为有效，直到被证明是错误的。

在乐观 Rollup 交易在以太坊主链上确认之前，有一段时间潜在的无效交易可以通过提交欺诈证明来质疑。

一旦该欺诈证明的争议期结束，所有剩余的交易都会在以太坊上确认。

由于乐观 Rollup Layer 2 旨在利用欺诈证明，因此与其他解决方案（如零知识 Rollup）相比，此确认窗口往往会增加交易确认时间。

利用乐观 Rollup 的以太坊 L2 示例包括：

• Arbitrum - 按 TVL（32 亿美元）和市场份额（54.7%）* 计算的最大乐观 Rollup

• Metis - 按 TVL（4.57 亿美元）和市场份额（7.84%）* 计算的第三大乐观 Rollup

• Optimism - 按 TVL（4.65 亿美元）和市场份额（7.97%）* 计算的第二大乐观 Rollup

• Boba Network - 按 TVL（1.87 亿美元）和市场份额（3.22%）* 计算的第四大乐观 Rollup

*Layer 2 TVL 和市场份额数据由 L2Beat 提供。

3. 零知识 Rollup

零知识 Rollup (ZK-Rollup) 与乐观 Rollup 类似，因为它们将大量链下执行的 Layer 2 交易合并为一笔交易，然后将其提交到以太坊上。

但是，ZK-Rollup 不是假设交易有效直到另有证明，而是使用有效性证明来立即证明交易是否有效。

与乐观 Rollup 相比，由于该技术的复杂性及其执行任意代码的能力，开发与 EVM 兼容的 ZK-Rollup 具有挑战性。在决定在 ZK-Rollup Layer 2 区块链上构建时，与另一个与 EVM 兼容的区块链相比，这是需要考虑的。

利用 ZK-Rollup 的以太坊 L2 示例包括：

• Starknet - 由 dYdX 和 ImmutableX 使用，ImmutableX 是以太坊上永续合约的领先去中心化交易所

• zkSync - 由 Yearn Finance、FRAX 和 Zerion 等 dApp 使用

ZK-Rollup 如何工作？

要了解 ZK-Rollup 的工作原理，我们首先需要了解基本概念：零知识证明 (ZKP)

ZKP 代表一种证明你知道某事的方式，而无需透露你知道的是什么。

例如，在最近流行的 Wordle 游戏中，我可以证明我有解决方案，而无需通过发送我的最终版面的屏幕截图来揭示解决方案是什么。在对实际答案一无所知的情况下，每个人都可以放心地同意我得到了正确的结果。这就是 ZKP 的本质。

Wordle 解决方案

ZK-Rollup 通过将大量 Layer 2 交易（链下）合并为一笔交易来使用 ZKP，然后该交易在以太坊主网上进行挖掘。

它们不是单独挖掘 100 多个交易，而是可以将它们 Rollup 到一笔交易中。

此单个交易采用有效性证明的形式，也称为简洁的非交互式知识论证 (SNARK) 或简洁的透明知识论证 (STARK)。

SNARK 和 STARK 与加密交易哈希的概念相同。即使典型的以太坊交易有很多组成部分，它们都可以表示在唯一的交易哈希中，而无需泄露交易数据，如下例所示。

来自 Etherscan 的示例交易哈希

最终，挖掘此一笔交易而不是数百笔以太坊交易是 ZK-Rollup 比使用以太坊 Layer 1 链便宜得多的原因。

与强制交易等待一段时间以进行欺诈证明的乐观 Rollup 不同，当 ZK-SNARK 发送到以太坊时，接收智能合约可以立即验证链上证明是否有效。

由于 ZK-SNARK 会立即验证，因此一旦 ZK-SNARK 交易在以太坊上挖掘（约 12 秒），资金就可以在 ZK-Rollup 上提取，而无需等待数天或数周才能结束争议期。

有效性证明可以防止欺诈，而无需像欺诈证明那样进行手动干预或验证，这使得 ZK-Rollup 的交易确认比乐观 Rollup 更快、更具可扩展性。

使用 ZK-Rollup 技术构建 dApp

有一些 ZK-Rollup 解决方案可供你探索构建，包括 StarkNet、ZKSync 和 Mina Protocol。

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