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什麼是 Zero-Knowledge Rollups(ZK-rollups)?你需要知道的一切

為您的 dApp 選擇正確的擴展解決方案可以使用 ZK-rollups 顯著降低成本和交易時間。我們將解釋 ZK-rollup 是什麼,它們與其他第 2 層解決方案有何不同,以及 ZK 技術是如何工作的。

在選擇一個時,Web3 開發人員有許多以太坊擴展解決方案選擇。以太坊 2.0 等第 1 層改進、Optimism 和 Arbitrum 等第 2 層鏈以及 Polygon 或 xDai 等側鏈都可用。

Web3 開發人員在第 2 層以太坊擴展解決方案類別中有三種選擇:狀態通道、樂觀匯總或零知識 (ZK) 匯總。

ZK-rollups 是一種以太坊擴展解決方案,越來越受歡迎,並有可能顯著降低成本和交易時間。我們將描述 ZK-rollups 與其他第 2 層解決方案相比的優勢,並深入討論 ZK 技術。

什麼是以太坊 Layer 2?

以太坊第 2 層是一種比以太坊主鏈更便宜、更快的區塊鏈,同時保持相同的安全級別。第 2 層旨在減少網絡使用率高時以太坊上典型的高費用和緩慢性能(Mansouri,2019 年)。

通常,第 2 層解決方案處理“鏈下”交易,而不是在以太坊上,並將它們批處理成更簡單、更便宜的交易,並在以太坊區塊鏈上發布。

但是,第 2 層擴展解決方案安全處理、批處理和發布鏈下交易到以太坊的方式取決於它們採用的擴展技術。

讓我們來看看三種不同類型的第 2 層擴展解決方案。

是否有不同類型的以太坊 Layer 2,它們是什麼?

狀態通道、樂觀匯總和零知識匯總是三個以太坊第 2 層,有助於解決以太坊的可擴展性問題。

讓我們看看不同類型的第 2 層解決方案。

狀態通道

狀態通道是以太坊的一種擴展解決方案,它允許用戶進行無限數量的鏈下交易,而只需將兩個交易發佈到以太坊網絡:初始交易和最後一個交易。

這很簡單:

以下是它的工作原理:

  • 第一個事務打開一個狀態通道並“鎖定”該狀態。
  • 用戶在鏈下執行交易。
  • 鏈下交易完成後的剩餘狀態記錄在“關閉”狀態通道的第二個交易中。

利用狀態通道的以太坊 L2 示例包括:

  • Connext – 一個用於快速、無需信任、跨鏈應用程序和通信的網絡
  • Kchannels – 為以太坊提供信任最小化的支付渠道
  • Perun – 為用戶提供支持實時支付的鏈下框架
  • Radien – 提供一種快速、廉價的 ERC20 代幣轉移方式

Optimistic Rollups

處理大量交易,處理鏈下計算,並將它們“匯總”在一個更簡單的交易中,然後發佈到以太坊的執行層,這就是樂觀匯總所涉及的內容。

樂觀匯總被認為是樂觀的,因為在被證明為假之前,假定事務是有效的。

在以太坊主鏈上確認樂觀匯總交易之前,可以通過提交欺詐證明來對無效交易提出爭議。

一旦欺詐證明的爭議期結束,所有剩餘的交易都會在以太坊上得到確認。

Optimistic Layer 2 旨在利用欺詐證明,這意味著交易確認時間可能比零知識匯總等解決方案更長。

利用樂觀匯總的以太坊 L2 示例包括: 

  • 仲裁 – TVL ($3.2B) 和市場份額 (54.7%) 的最大樂觀匯總*
  • 梅蒂斯 – TVL ($457M) 和市場份額 (7.84%) 的第三大樂觀匯總*
  • 樂觀 – TVL ($465M) 和市場份額 (7.97%) 的第二大樂觀匯總*
  • 波霸網絡 – TVL ($187M) 和市場份額 (3.22%) 的第四大樂觀匯總*

*第 2 層 TVL 和市場份額數據由 L2Beat 提供。

零知識匯總

ZK-rollups 類似於樂觀匯總,因為它們結合了大量在鏈下執行的第 2 層交易,並將它們作為一個交易提交到以太坊。

另一方面,ZK-rollups 會立即驗證交易的有效性,而不是假設它們是有效的,除非另有證明。

由於技術的複雜性和執行任意代碼的能力,ZK-rollup 比樂觀匯總更難開發。在評估是否構建 ZK-rollup Layer 2 區塊鏈與另一個 EVM 兼容區塊鏈時,需要牢記這一點。

利用 ZK-rollups 的以太坊 L2 示例包括: 

  • 星網 – 被使用 dYdX ImmutableX 是以太坊上領先的永續合約去中心化交易所 
  • zkSync – 被 Yearn Finance、FRAX 和 Zerion 等 dApp 使用

ZK-rollups 是如何實現的?

如果不首先了解零知識證明 (ZKP),就很難掌握 ZK-rollups 背後的概念。

擁有知識並在不透露實際知識的情況下證明它是 ZKP 的全部意義所在。

關於最近流行的 Wordle 遊戲,我可以通過發送我的最終板的圖片來驗證我有答案而不洩露它。在沒有正確解決方案的先驗知識的情況下,任何人都可能同意我做對了。這就是 ZKP 的意義所在。

鏈下第 2 層交易被聚合到一個以太坊主網挖掘的交易中,以創建 ZK-rollups。

單個事務可用於一次處理 100 多個事務。

單個交易形成有效性證明,它是非交互的、簡潔的知識論證(SNARK)或透明知識的論證(STARK)。

加密交易哈希可用於表示以太坊交易的組成部分,而不會洩露交易數據,如下例所示。儘管典型的以太坊交易有很多組件,但它們都可以用唯一的交易哈希表示,而不會洩露交易數據。 SNARKs 和 STARKs 是同一個概念。

與使用以太坊的第 1 層鏈相比,僅挖掘一筆交易而不是數百個以太坊交易使得 ZK-rollups 便宜得多。

發送到以太坊的 ZK-SNARK 的鏈上驗證不同於樂觀匯總,後者強制交易等待欺詐證明。接收智能合約可以立即驗證證明是否有效。

由於 ZK-SNARK 是即時驗證的,因此只要在以太坊上挖掘 ZK-SNARK 交易(約 12 秒),就可以在 ZK-rollups 上提取資金,而不是等待數天或數週的爭議期結束。

與樂觀匯總不同,零知識匯總無需人工干預或驗證即可防止欺詐,從而使交易確認更快且可擴展。

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