Rollup：zkSync v2.0和ZK-Rollup的未來_ROLL

簡介

“ZK-Rollup”可能是今年最熱門的網絡流行語。隨著zkSync2.0版本“babyalpha”主網的推出，這種興奮情緒已經達到了頂峰。但在所有這些流行語背后，“ZK-Rollup”真正指的是什么?zkSync會在哪里發揮作用呢？在本文中，我將努力深入研究ZK-Rollup的原理和實踐，解釋作為一個項目的zkSyncv2.0的關鍵技術特征，并探索這一期待已久的技術的潛在未來影響。

ZK-Rollup的原理

為什么我們需要ZK-Rollup？以太坊很棒，但在目前的狀態下，該網絡從根本上來說是一種規模不經濟。隨著網絡活動的增加，gas價格昂貴得令人望而卻步。隨著以太坊在過去幾年中越來越受歡迎，其目前有限的可擴展性已成為該網絡的致命弱點。

這就是“Rollup”發揮作用的地方——以太坊的Rollup本質上是一個“插件”，為以太坊提供了額外的可擴展性，從而解決了其固有的規模不經濟問題。這個想法的背后邏輯是比較簡單的。假設你有5件物品需要從A點搬運到B點。“常規”方式是依次搬運第1件、第2件等。但這顯然是緩慢和繁瑣的。“Rollup”本質上是將所有5件物品“打包”到一個包中，這樣你就可以只搬運1次而不是5次。

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但有兩點需要注意：

我們如何確保Rollup能夠“適合”所有內容?我們如何確保Rollup沒有被欺騙?ZK-Rollup是一種主要的Rollup技術(另一種是OptimisticRollup)，它利用“零知識證明”來解決這兩個問題。為了解決這些問題，ZK-Rollup將一定數量的交易捆綁在一起，在L2上進行計算，并向L1上的驗證者提交狀態更改和“有效性證明”，以表明計算是完整的。這種“有效性證明”是以“零知識證明”的形式進行的，這是一種數學方法，告訴別人你知道某件事，而不告訴他們你知道什么。

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零知識證明的一個簡單例子是代碼自動評分程序(用于CS作業)。自動評分程序是一個“驗證者”，它為我們提供一堆隨機生成的測試用例，而我們是一個“證明者”，必須能夠通過所有的測試用例，以證明自己有正確的代碼。一直以來，我們都不會直接與自動評分程序共享代碼。剛剛我們就進行了一個“零知識證明”，證明我們知道一些事情，而不用說出知道什么。

代碼自動評分程序——零知識證明的簡單示例。資料來源：Gradescope。

上面的代碼自動評分程序使用“交互式零知識證明”，自動評分程序和代碼提供者直接“交互”。相比之下，大多數ZK-Rollup使用數學上更復雜的非交互式證明(如zk-SNARK)，這與交互式證明相比節省了時間和空間。雖然zk-SNARK的技術細節超出了本文的范圍，但是測試用例傳遞的基本原則是相同的。

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ZK-Rollup的圣杯是零知識以太坊虛擬機(zkEVM)，允許開發人員在不修改的情況下將任何以太坊智能合約移植到ZK-Rollup鏈上。但這很難。因為每個“問題”都需要不同的“測試用例”集，開發一個可以解決每個想象得到的測試用例的“證明算法”是零知識證明和ZK-Rollup的技術瓶頸。

正如VitalikButerin所說：

總的來說，我個人的觀點是，在短期內，OptimisticRollup可能會在通用EVM計算中勝出，而ZK-Rollup可能會在簡單的支付、交換和其他特定于應用程序的用例中勝出，但從中長期來看，隨著zk-SNARK技術的改進，ZK-Rollup將在所有用例中勝出。

Optimism和Arbitrum交易量穩定走高:10月16日消息，作為以太坊Layer 2解決方案推出的平臺，Optimism和Arbitrum平臺近期交易量持續穩定走高，并在9月份達到了開放以來的最高峰。兩者之間的一個關鍵區別是Arbitrum沒有代幣，Optimism則在今年4月底宣布推出其代幣，并于5月正式發布，之后平臺交易額激增。9月26日，Arbitrum單日交易額達到22.8萬美元。短短一天后，Optimism單日交易額突破26.6萬美元。市場占有率上，Arbitrum目前在所有Layer 2 Protocols中擁有最高的TVL，占有50%的市場份額；根據L2Beat的數據，Optimism的市場占有率約為30%。

相比之下，排在Optimism 和 Arbitrum之后的Metis，市場份額僅為2.71%。7月26日，Metis宣布了一項為期26周的激勵計劃，隨后TVL也增長了60%。然而，自那以后，該指數已逐漸回落到稍高于聲明發布前的水平。[2022/10/16 14:29:10]

因此，從歷史上看，ZK-Rollup只是針對特定應用程序的用例建立的技術，其中“測試用例”的定義明確且范圍有限。然而，一些項目正在迅速朝著“山上城堡”的方向發展——一種與EVM兼容的通用ZK-Rollup算法。

Brelyon完成1500萬美元A輪融資:金色財經報道，桌面元宇宙體驗技術開發公司Brelyon宣布完成1500萬美元A輪融資，麻省理工學院旗下基金E14 Fund和Lockheed Martin Ventures領投，Corning Incorporated、LG Technology Ventures、UDC Ventures和ranklin Templeton參投。Brelyon利用其專利光場技術構建桌面元宇宙體驗，可以支持游戲、虛擬辦公室、虛擬活動和協作空間等多種應用。（martechseries）[2022/9/21 7:09:25]

zkSyncv2.0

zkSyncv2.0是目前開發zkEVM的眾多項目中的一個(其他項目包括StarkNet、PolygonHermez和Scroll)。zkSyncv1.0它要求用戶重新構建大部分代碼庫以從EVM移植到zkSync，在zkSyncv2.0中，程序員可以在幾乎不做任何更改的情況下部署他們的應用程序。

在實踐中，并非所有zkEVM都是一樣的。在可組合性(它與原始EVM合約的接近程度)和性能(ZK-Rollup的運行速度)之間存在明顯的權衡。在這種權衡中，zkSync選擇完全優化性能，從而犧牲了組合性。

在VitalikButerin看來，zkEVM有四種不同的類型，歸納如下表：

zkEVM的類型

注釋和改編自https://vitalik.ca/general/2022/08/04/zkevm.html

正如Vitalik所言，zkSyncv2.0目前的狀態是Type4zkEVM，它能夠使用自己的編譯器編譯Solidity和高級語言編寫的合約，這與EVM不同。因為zkSync可以完全控制編譯器的設計，所以他們能夠積極地優化速度和吞吐量。這樣做的代價是，一些dApp和EVM調試工具鏈可能與zkSyncv2.0不兼容。本質上，zkSync是與以太坊相同的汽車外殼，但更換了引擎。

事實上，在其開發人員文檔中，MatterLabs聲稱，雖然智能合約的“讀”操作可以在不改變任何代碼的情況下集成，但智能合約的“寫”操作需要“額外的代碼”，因為“L1和L2之間有根本差異”。實際上，這有點誤導人。這與其說是由于L1和L2之間的“根本差異”，不如說是由于MatterLabs決定追求的ZK-Rollup的類型——Type?4Rollup。因為zkSync基本上是使用不同編譯器和字節碼的Type4Rollup，這意味著智能合約有不同的地址，依賴字節碼分析的調試器基礎設施可能無法在zk-Syncv2.0上工作。

未來，zkSync可能會添加更多對EVM字節碼的本地支持，允許系統慢慢過渡到支持更廣泛的“邊緣情況”的Type3Rollup。但zkSync的Type4或Type3ZK-Rollup要想與PolygonHermez和ScrollLabs的Type2Rollup更成功，就必須滿足兩個重要的先決條件。首先，只有一小部分不重要的項目與zkSync的自定義編譯器不兼容。其次，與Type2zkEVM相比，zkSync的執行速度存在質的差異。

但是，任何高級的開發生態系統都依賴于成熟的“腳手架”基礎設施，包括方便的、模塊化的、調試和測試工具。如果正如Vitalik所假設的那樣，由于字節碼的差異，大部分EVM本地調試工具將無法移植到zkSync，那么zkSync將不得不開發自己的測試和調試工具套件。與更可組合的Type2zkEVM競爭對手(如PolygonHermez和Scroll)相比，這是額外的開銷，可能最終會阻礙zkSync作為L2解決方案的采用速度。

ZK-Rollup的未來

在zkEVM的競爭中有許多競爭對手，可以說，我們看到一個功能齊全的zkEVM只是一個時間問題。但接下來呢？ZK-Rollup的長期優勢來自于使用該解決方案的項目。

目前，DeFi、GameFi和移動應用程序是ZK-Rollup基礎設施的主要受益者。DeFi和GameFi從根本上來說都是規模經濟，因為它們在有很多人使用它們的環境中蓬勃發展。像移動錢包這樣的移動應用程序也給大眾消費者打開了閘門。因此，在這些情況下使用ZK-Rollup非常有意義。

但這絕不是ZK-Rollup用途的極限。現在這僅僅是一個開始。ZK-Rollup之于以太坊，就像5G之于互聯網。正如5G可以實現物聯網應用和系統的新世界一樣，ZK-Rollup也可能打開“區塊鏈物聯網”的閘門，允許我們物理世界的數字設備——冰箱、手表、紅綠燈等——與以太坊上的智能合約集成。

反對物聯網的最大論點之一是，它將允許大型科技公司越界進入我們的日常生活。但是有了“區塊鏈物聯網”，我們就可以享受物聯網帶來的便利，而不用擔心我們的智能設備在一個集中的數據庫中被泄露。我們可以擁有便利和隱私，而不是方便或隱私。這就是ZK-Rollup向我們承諾的世界。

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