ARK:簡析 ZK-Rollup 為何是以太坊最佳擴容方案?

原文標題：《StarkNetAlpha——以太坊最強擴容之路》

作者：Thonee

ZKRollup擴容方案StarkNetAlpha上線以太坊主網，該解決方案有助于緩解以太坊當前高昂的手續費使用環境。

目前已經有好幾個擴展解決方案被實際采用，但ZK-Rollup技術始終被視為是擴容解決方案的最佳解答，原因究竟為何呢？

以太坊可擴展性問題

高昂的gasfees已經成為以太坊的主要問題，由于交易費用是以ETH支付，當資產價格上漲時，使用網絡的成本也隨之上升，ETH今年上漲了460%，這意味著以美元計算的交易成本也增加了460%。

另外，交易費用也取決于網絡擁堵程度，由于目前的鏈上應用項目對以太坊區塊空間有著極大的需求，但是區塊空間是有限的，導致其網絡很容易變得擁擠，使交易確認速度變慢及gasfee變高。

使用網絡的高成本成為用戶參與DeFi和NFT的阻礙，甚至失去參與DAO的機會，許多加密貨幣愛好者已經遷移到其他第一層區塊鏈上，如Solana和Avalanche。

以太坊交易gas價格中位數

Arbitrum：“Sequencer資金用完”報道不實:金色財經報道，Arbitrum Sequencer（排序器）今日凌晨出現Bug，導致該網絡批量提交交易的功能短暫中斷，交易無法在主鏈上得到確認，目前問題已得到解決。Arbitrum Developer官推在社交媒體就相關問題進行了澄清，表示網絡臨時暫停只是為了完成交易排序，而Sequencer服務本身沒有中斷，有報道稱Sequencer資金用完是不正確的。Arbitrum Developer官推進一步解釋稱，Arbitrum資金機制由兩個錢包組成，分別是：“Sequencer”錢包和“gas-refunder”錢包，只有當Sequencer可以成功發布批次時才會被退款，Arbitrum網絡沒有就此故障向Sequencer退款，相關問題也不是因為Sequencer資金耗盡所致。[2023/6/8 21:23:34]

在過去的幾年里，幾個擴展解決方案已經被開發出來，以幫助緩解以太坊的網絡擁堵及交易成本問題。

Polygon在2019年推出，可以說是第一個獲得巨大吸引力的以太坊擴容解決方案，該網絡使用一個名為Plasma的擴容方案。

它將交易從主要的以太坊區塊鏈轉移到一個專用的側鏈，許多以太坊原生的DeFi應用已經在Polygon上推出，如Curve和Aave。

年初至今浮盈的長期比特幣持有者轉賬量增長近2000%至4.89億美元:5月28日消息，Glassnode數據顯示，今年有利可圖的長期比特幣持有者轉賬量（Transfer Volume）急劇增加，增長近2000%。這些目前處于浮盈狀態的持有者的轉賬金額已從年初的2500萬美元急劇增加到目前的4.89億美元。

盡管這一數字出現了大幅增長，但仍較2021年牛市期間17.4億美元的峰值低了71.4%。其中，持有比特幣6至12個月的投資者似乎是最活躍的群體，他們的交易量是持有比特幣至少一年的所有其他長期持有者的三倍。[2023/5/28 9:47:18]

雖然Polygon網絡透過低交易成本成功吸引用戶使用，但它常被質疑安全性和中心化問題，而被認為不是一個真正的擴展解決方案。

該網絡使用其自身的節點驗證者管理PoS共識機制，這意味著它不使用以太坊主網來驗證交易。

根據截稿前的Polygonscan的數據，只有100個驗證者管理Polygon網絡，最大的驗證節點地址占其整體網絡驗證區塊的27%以上。

Polygon網絡前25大區塊驗證占比

Rollup擴展解決方案

美SEC：Jump Trading曾通過與Terraform Labs的秘密交易賺取10億美元:5月16日消息，美國證券交易委員會(SEC)上周五公布的法庭文件顯示，加密貨幣做市商Jump Trading在TerraUSD加密貨幣崩盤前一年簽訂了一項秘密協議，突顯了Jump Trading與Do Kwon之間的關系。該文件是針對Do Kwon及其公司Terraform Labs的欺詐訴訟的一部分。

這些文件證實，Jump Trading通過與Terraform Labs的交易賺取了約10億美元的利潤。2020年 1月的電子郵件揭示了一項交易：“Jump將提高Terra和Luna的流動性，并將獲得在未來三年內以30美分、40美分和50美分的價格收購Luna。”Luna在2021年末和2022年初飆升至90美元以上。SEC還發布了2021年7月秘密協議的修訂版，其中Terraform Labs承諾每月向Jump轉賬6150萬枚Luna。（華爾街日報）[2023/5/16 15:04:57]

近期Rollup擴展解決方案在以太坊社群引起了一陣熱議，Rollup方案顧名思義就是一種將計算數據“打包”并將有效性證明送回以太坊主網的方式。

Arbitrum網絡總鎖倉量達24.4億美元，創歷史新高:金色財經報道，據DefiLlama數據顯示，Arbitrum網絡總鎖倉量達24.4億美元，創歷史新高。其中，GMX占比24.41%。[2023/5/7 14:47:59]

這種做法可節省區塊空間，進一步減少提交給主網的數據量，由于交易被捆綁在一起，Gasfee就能讓許多用戶分攤。

Rollup為用戶提供了近乎即時的交易速度，可以將費用減少50到200倍，同時保持以太坊主網的安全性和去中心化。

目前Rollup方案的兩種類型分別為：

Optimistic?Rollup和Zero-KnowledgeRollup。

什麼是OptimisticRollup？

OptimisticRollup方案假設發回主鏈的交易是合法的，只有當驗證人能夠透過提交詐欺證明來證明交易是詐騙性的，交易才會被拒絕。

換句話說，OptimisticRollups采取“在證明有罪之前是無罪的”的方法來驗證交易。

目前OptimisticRollup已經能看到實際采用情形，部分原因是開發者在該網絡上開發應用程式較容易。

被Etherscan標記為“Fake_Phishing11666”的EOA賬戶地址0x6BEa出現異動:金色財經消息，據CertiK監測，被Etherscan標記為“Fake_Phishing11666”的EOA賬戶地址 0x6BEad068A21Acec03c0f5E81A0A4a9636420Bcfc 出現異動。請用戶及時撤銷該錢包的代幣花費權限，以防資產損失。[2023/2/22 12:21:22]

OptimisticRollup可以直接支援完整的智能合約功能，開發人員可以使用以太坊的程式語言Solidity編寫應用程式。

根據L2beat的數據顯示，目前最大的OptimisticRollup網絡Arbitrum已經在DeFi應用當中吸引了超過25億美元的總鎖倉價值，它承載了以太坊上許多受歡迎的DeFi應用。

然而，由于OptimisticRollup驗證交易的方法，它們面臨一些挑戰，傳送回以太坊主網的資金要經歷長達一周的挑戰期，這給用戶帶來了不便，并破壞了可組合性。

雖然OptimisticRollups已經改進了基于Plasma的解決方案。

如Polygon，但他們通常被認為是不如ZK-Rollups的，OptimisticRollups提供高達77倍的可擴展性提升，而ZK-Rollups提供了高達500倍的提升，并且無挑戰期。

什么是ZK-Rollup？

ZK-Rollup方案在交易打包至主網時產生加密證明以證明交易是合法的，只有在加密證明被驗證后，交易才會在以太坊上被接受，與OptimisticRollup不同，ZK-Rollup采取了“在證明無罪之前有罪的”的驗證方式。

然而，ZK-Rollup還沒有達到與OptimisticRollup同類產品相同的兼容性水平，因為ZK-Rollup在每筆交易中要伴隨著有效性證明。

所以它們在技術發展上更難，目前ZK-Rollup的開發上已經能執行一些簡單的任務，例如直接轉帳和交易，雖然整合智能合約功能是有可能的，但比OptimisticRollup更加困難。

就在今年，以太坊聯合創始人VitalikButerin預測，開發完全可組合的ZK-Rollup將需要幾年時間。

然而，開發人員已經提前完成了計劃，幾個ZK-Rollups項目正在準備部署解決方案，這些解決方案是兼具可組合性和互操作性，甚至能讓多個Rollups互通。

ZK-Rollups的發展將允許以太坊主網和多個第2層網絡之間共享通訊框架，網絡可以共享流動性并克服第1層區塊鏈面臨的最大的采用挑戰。

基于ZK-Rollup的網絡將不需要為了讓去中心化交易所上擁有高效率交易而爭奪流動性，而是能夠以合作的方式擴展以太坊。

ZK-Rollup還具有另一個獨特的功能，越多人交易會使交易費用變得更便宜，發送一個批次的費用不會有太大的變化。

隨著更多的交易被打包在一個批次中，交易成本可以在更多的用戶中分攤，ZK-Rollups可以打包幾乎無限量的交易。

因此當有足夠的用戶時，交易的gasfee可以減少到只要幾分錢，這個功能被稱為“有效性證明攤銷”。

雖然以太坊仍然面臨著可擴展性問題，但一些開發者已經在部署第二層ZK-Rollup網絡，承諾在智能合約、其他第二層解決方案和以太坊虛擬機之間實現完全可組合性和兼容性。

ZK-Rollup的類型

目前有兩種不同類型的ZK-Rollup被用于以太坊的擴展解決方案中，第一種是最被廣泛使用的類型ZK-SNARKs，全名為簡潔的非交互式知識論證，也是第一個被發現的零知識證明類型。

專注于隱私保護的區塊鏈項目Zcash早在2016年就采用ZK-SNARKs，該技術構成了ZK-Rollup大部分開發者的資料庫和代碼，并被認為是以太坊擴展項目的一個強有力的選擇。

但SNARKs有一個缺陷，它們需要一個初始創建事件的密鑰，這些密鑰用于創建交易所需的證明，如果可信設置事件中的密鑰沒有被銷毀，它們可以被用來憑空創造新的代幣或偽造交易。

目前備受矚目的SNARK擴展解決方案是MatterLab的zkSync，該項目于2020年6月啟動。

在其目前的迭代中宣稱每秒可處理2000筆交易，并希望在未來實現更高的吞吐量，該平臺開始致力于在兼容EVM的環境中部署智能合約，推出了zkEVM測試網。

zkSync目前著重于讓Ethereum主網的過渡盡可能容易，那些想在zkEVM上開發的人可以使用以太坊語言Solidity編寫智能合約。

MatterLabs最近在a16z領投的B輪融資中籌集了5000萬美元，以幫助zkSync的發展，此外，該公司已與幾個以太坊DeFi應用合作，如Curve、Aave和1inch。

另一種ZK-Rollup方案為STARKs，全名為可擴展的透明知識論證，STARKs比SNARKs更有優勢。

因為STARKs完全依賴哈希函數，不需要可信的設置，這意味著STARKs在理論上比SNARKs更安全。

StarkWare是第一家使用STARKs來擴展以太坊的公司，是目前開發基于STARK技術的主要推動者。

該公司的兩位聯合創始人EliBen-Sasson和MichaelRiabzev共同發明了這項技術。

StarkWare為基于STARK的ZK-Rollups創造了一種圖靈完備的編程語言，稱為Cairo，“StarkEx協議”是以Cairo語言創造的第一個產品。

StarkEx是一種針對特定應用的擴展解決方案，目前正被幾個以太坊項目使用，包括dYdX、ImmutableX、Sorare和DeversiFi。

StarkWare即將發布的StarkNet是一個無權限的ZK-Rollup網絡，可以讓開發者直接在第二層建構并啟動應用程式。

StarkNet的目標是成為一個真正去中心化的多應用擴展解決方案。

StarkNet發展示意圖

ZK-Rollup即將改變加密貨幣社群使用以太坊的方式，隨著zkSync和StarkNet等高速、低成本網絡的實現。

更多以太坊主網上的交易將被外包至第二層，這應該會讓以太坊更接近其成為一個可擴展、安全和去中心化的區塊鏈網絡的愿景。

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