Zk-Rollups：Layer 2扩容技术详解

区块链扩展性竞赛：零知识证明卷起风云

加密货币的普及带来了一个迫切需要解决的问题：区块链网络的可扩展性。拥挤的区块链导致速度变慢，交易费用飙升，用户体验极差。为了解决这个问题，我们主要有两个方案：第一层（Layer 1）和第二层（Layer 2）解决方案。

第一层解决方案直接改造区块链的基础架构，以提高整体系统的吞吐量。分片就是一个很好的例子。通过将区块链分割成不同的区块，它增加了系统的容量，并允许同时处理交易。 这就好比把一条高速公路拓宽成多车道，从而提高通行效率。

第二层解决方案则是在现有区块链的基础上构建一个框架。在第二层中，交易在链下处理，然后批量提交到基础链。关键技术包括状态通道、侧链和汇总（Rollups）。零知识证明汇总（Zk-rollups）是一种利用零知识证明技术的汇总方案。

零知识证明汇总（Zk-Rollups）详解

要理解Zk-rollups，首先需要了解汇总和零知识证明。

汇总允许区块链将交易数据捆绑在一起并在链下进行处理。处理完成后，最终结果会提交到基础链。同时处理大量交易可以避免区块链膨胀，实现更快、更便宜的计算。汇总分为两种：乐观汇总和零知识证明汇总。

乐观汇总假设所有汇总的交易都是合法的。在这些交易提交到区块链之前，它们会经历一个等待期。在此期间，网络会提出异议来挑战可疑的交易。 这就像先假设大家都诚实，如果有人作弊，再进行审查。

而零知识证明汇总则不同，它通过零知识证明验证每一笔交易。虽然实现起来更复杂，但零知识证明汇总旨在绕过乐观汇总中的争议解决阶段，理论上可以更快地处理交易。 这就像每笔交易都附带一个“身份证明”，无需额外的审查。

零知识证明是一种密码学工具，允许一方（证明者）向另一方（验证者）证明某个陈述是真实的，而无需透露关于该陈述的任何细节。这就好比证明你拥有某件东西，而不必展示它本身。 它需要满足三个条件：完整性、可靠性和零知识性。

那么零知识证明是如何工作的呢？它可以分解为三个步骤：见证、挑战和回应。 证明者提供秘密信息（见证），验证者提出随机问题（挑战），证明者回答问题（回应）来证明其可信度。

Zk-Rollups的工作原理

Zk-rollups有两个核心组成部分：链上合约和链下虚拟机。链上合约定义了zk-rollup协议运行的规则，包括主合约和验证者合约。链下虚拟机处理远离基础以太坊区块链的L2交易执行。

Zk-rollups与以太坊区块链紧密相连，但又处于独特的层次。它们不会将交易的每一个细节都塞进以太坊，而是巧妙地提供捆绑的摘要，确保基础层保持整洁高效。

Zk-Rollups的优缺点

Zk-rollups的优点包括：提高吞吐量、减少拥塞、降低费用、增强安全性以及加快交易挑战期。

然而，Zk-rollups也存在一些缺点：复杂性、受基础层限制以及流动性碎片化。

乐观汇总与Zk-Rollups的比较

下表比较了乐观汇总和Zk-rollups：

结语

可扩展性通常被誉为区块链技术的“圣杯”。如果一个系统不能最佳运行，那么使用它就没有意义。乐观汇总和零知识证明汇总都为这个长期存在的问题提供了一个优雅的解决方案。零知识证明汇总凭借其独特的方法，承诺提供更快的速度、更少的流量和强大的安全性。是的，它们有其复杂性，但它们的潜力巨大。对于任何对数字货币未来感兴趣的人来说，了解zk-rollups都是必须的。随着我们努力提高区块链性能，现在是时候熟悉zk-rollups及其对未来的承诺了。