萬眾期待的ZK Rollup是什麼？
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當前市場上最主流的 Layer2 的解決方案是 Rollup 解決方案。而Rollup的解決方案又分成 Optimistic Rollup、ZK Rollup 兩種不同的解決方式。今天我們主要來探討下 ZK Rollup 這種解決方案。
1. 什麼是 ZK Rollup
ZK 即零知識證明 Zero Knowledge 的縮寫。零知識證明指的是允許用戶既不洩露敏感信息，又可向他人證明自己知道關鍵數據或擁有其所有權，如錢包私鑰。
Rollup 是一種 Layer2 解決方案，它通過打包多筆交易提高效率，交易完成後交易數據送回主網。 Rollup 專注於擴展提高交易性能，安全性依賴於主網。
ZK Rollup 是一種使用有效性證明來擴展計算的解決方案。它在鏈下運行計算並向主鏈提交有效性證明。
2. ZK 特性
ZK 的基本原理是證明者（Prover）和驗證者（Verifier）。證明者生成證明，驗證者在不獲取信息本身的前提下驗證該證明。基本特性包括：
1. 完備性：提交者若掌握答案，那他能找到方法向驗證者證明為真，即真的假不了。
2. 合理性：提交者未掌握答案，那他無法向驗證者證明為真，即假的真不了。
3. 零知識性：證明過程中，驗證者除了“證明”之外，不會獲得其他相關信息。
ZK Rollup 一般情況下只應用ZK的前兩個屬性，達到壓縮計算降低成本的目的。因此用戶的交易信息依舊是可查詢的。
3. ZK Rollup 解決方案優勢和劣勢
1. 資產轉移幾分鐘就可以實現。
相對於 Optimistic Rollup 需要 7 天左右的驗證時間而言方便了很多，這是由於兩種不同的Rollup驗證方式不同造成的。當交易數據在二層網絡處理完成後：
- ZK Rollup 向以太坊主網提交區塊時，生成一個零知識證明。主網全節點驗證該證明即可。這對於用戶來說基本沒有感知。
- Optimistic Rollup 會有一個等待的窗口期，在這 7 天時間內以太坊主網全節點都可以發起挑戰，證明某交易為假。
2. 低交易成本。ZK Rollup 在鏈下運行計算並向主鏈提交有效性證明，不需要將全部的交易數據送回主網，這樣會使交易成本更低。同時由於證明文件很小，驗證時間一定，因此證明本身不會隨著交易數量增加而變大。
3. 技術難度高。ZK Rollup 使用的零知識證明算法複雜，無法兼容以太坊虛擬機（EVM），開發者想要把以太坊應用部署在ZK Rollup方案下的二層網絡上，不僅要重新構建應用，還需要學習二層網絡的開發語言。
4. 為什麼 Zk gas 費會比較貴
用戶支付的 gas 費中，主要包括驗證者節點激勵費用，提交主網的 gas 費用以及存儲資源費用。
驗證者節點幫你確認、廣播交易，需要用戶提供激勵才會執行。提交主網 gas 費用會隨主網擁堵而不斷提高。
存儲資源費用屬於相對固定的成本。對於固定成本使用的人越多，意味著平均費用就會越低。而當前 ZK Rollup 還沒有處於大規模應用階段，所以 gas 費用會比 Optimistic Rollup 費用高很多。
5. 目前市面上的 Zk Rollup 分類
現有兼容 EVM 的解決方案中，StarkNet、zkSync、Polygon 和 Scroll 在市場上的關注度相對較高。
5.1 StarkNet
StarkNet 由 StarkWare 團隊開發。和其他ZK解決方案不同，StarkNet 使用 STARK證明，而其他解決方案使用的是SNARK 證明。對於這兩種證明方式，簡單來說：
- STARK 減少對中心化的依賴，而且更安全。
- SNARK 能夠更快完成驗證，手續費更低。
5.2 zkSync
zkSync 由 Matter Labs 團隊開發，目前正在運行 zkSync Era 網絡。 zkSync 網絡當前的優勢在於：
- 數據壓縮：zkSync 可以改善數據可用性，並降低具有大量輸入數據的交易的成本。
- 賬戶抽象：最新引入的功能，用於改善用戶和開發者的體驗。這一功能最初的用例僅限於以任何選擇的貨幣支付汽油費。
5.3 Polygon
Polygon 除了採用 Bytecode-level 的 EVM 兼容性方法外，還實現了一種新的共識機制 Proof Of Efficiency（POE），能夠提高去中心化程度同時增加網絡的安全性。
5.4 Scroll
Scroll 今年2月份才剛剛推出，目前處於 Pre-Alpha 測試網階段。 Scroll 目標是在字節碼級別上與以太坊虛擬機（EVM）完全兼容，換句話說開發人員可以使用任何兼容 EVM 的語言創建智能合約並部署到 Scroll 上。
一圖簡單對比四種解決方案：
測試階段 | 編程語言 | EVM兼容 | SNARK or STARK | 手續費 | |
Polygon | 公開測試 | Solidity | 完全等同於EVM | SNARK+STARK | ETH |
Scroll | Pre-Alpha 測試 | Solidity | 完全等同於EVM | SNARK | ETH |
zkSync Era | 公開測試 | Solidity、Vyper、LLVM | 僅語言兼容 | SNARK | 所有erc20代幣 |
StarkNet | Alpha 主網 | Cairo、Solidity（通過編譯器） | 僅語言兼容 | STARK | STRK 或 ETH |
6. 潛力和未來
ZK Rollup 方案在效率和隱私方面取得很好的平衡，具有更高的 TPS 和更低的費用。在當前階段製約其發展的主要原因還是技術因素，在兼容EVM方面。目前不同的技術團隊已經拿出各自的解決方案並開始測試，當這些團隊項目的主網上線時，或許 ZK Rollup 的大規模使用場景也將到來。