区块链有望彻底改变从金融服务（DeFi）到互联网（Web3）等各个领域。但就目前而言，大多数区块链的速度仍然太慢、成本太高，难以被主流用户接受。Visa 的交易处理速度快、费用固定，只需几分之一秒即可完成，而以太坊的交易在网络拥堵时段可能需要几分钟才能处理完毕，而且费用难以预测。
幸运的是，区块链开发者们正在努力寻找克服这些瓶颈的方法。诸如以太坊 2.0 之类的 Layer 1 改进方案有望加快交易速度。同时，诸如 Rollup 和状态通道之类的 Layer 2 扩容方案，通过将交易从主区块链转移到其他区块链进行处理，从而消除拥堵，实现更快、更经济高效的交易处理。
由于其去中心化的方法和对隐私的关注，ZK-rollups 已成为加密社区的热门选择——随着 zkEVM 的兴起，它们可能会变得更加流行。
可扩展性 101
Vitalik Buterin 将区块链的挑战描述为“区块链困境这个术语指的是安全性、可扩展性和去中心化之间的权衡。简而言之，其核心思想是，任何对可扩展性的改进都会牺牲去中心化或安全性。例如，中心化的中介机构可以加快交易速度，但会损害去中心化。
以太坊和其他区块链希望通过改变共识机制并引入“分片”等概念来应对这些挑战。例如，分片会将区块链分割成称为“分片”的独立部分。每个分片都有自己的状态和交易历史，从而实现交易的并行处理。
除了这些“第一层”的改动之外，“第二层”解决方案还引入了链下处理能力。例如，乐观交易和零知识汇总（zk-rollups）会在链下处理一批交易，然后再将它们合并成一笔“汇总”交易重新提交。状态通道则利用参与者之间的双向通信通道来确认交易。
什么是 ZK-Roll Ups？
零知识（ZK）汇总将交易捆绑在一起，以提高区块链的吞吐量并降低交易成本。该方法支持即时、安全和去中心化的转账，解决了区块链的可扩展性问题，同时避免了区块链三难困境（尽管其计算成本高于其他方法）。
以下是更详细的工作原理：
- 用户向以太坊主网上的 zk-rollup 智能合约发送交易。
- zk-rollup 操作者在链下环境中执行交易。
- 操作员生成加密证明，验证交易是否正确执行，但不会泄露实际交易数据。
- 运营商向 zk-rollup 智能合约提交证明。
- 如果有效，则更新 zk-rollup 合约以反映新的状态。
它的成功秘诀在于密码学证明。虽然数学原理很复杂，但你可以把整个方法想象成一系列测试。假设有人自称是世界上最好的面包师，但却不肯提供食谱来验证。他可以通过一系列品尝测试来证明自己是最好的面包师，而无需透露食谱。
zkEVMs加速应用
ZK-rollups 仅代表 〜1亿美元 的 30亿美元以上 以太坊总锁定价值 (TVL) 约占总市值的 3%。最流行的解决方案包括 zkSync Era 和 dYdX，但 Starknet、Loopring 和其他协议仍然很受欢迎。
然而，零知识汇总技术要想得到更广泛的应用，仍面临一些障碍。首先，许多加密货币爱好者希望…… 以太坊2.0 这将消除对这类解决方案的需求（尽管这些变化对 gas 价格的影响甚微）。其次，直到最近，大多数 zk-rollup 解决方案都与 EVM 不兼容，这使得它们对于大多数以太坊用例来说用处不大。
zkEVM（零密钥交换虚拟机）或与 EVM 兼容的 zk-rollups 的兴起，有望帮助 zk-rollups 占据更大的市场份额。这些解决方案支持智能合约和去中心化应用（dApp），同时降低 gas 成本并提升以太坊网络吞吐量。最重要的是，开发者无需完全重写应用程序，即可轻松将智能合约迁移到 zkEVM。
目前正在开发几种类型的零密钥执行虚拟机 (zkEVM)：
- 第1类型 – 第一类 zkEVM 力求在不修改以太坊核心的前提下，与以太坊完全兼容。然而，这种纯粹性是以更高的证明时间为代价的，使其效率低于其他类型。例如：Scroll zkEVM。
- 第2类型 – 第二类 zkEVM 在兼容性和改进证明器速度之间取得了平衡。虽然大多数以太坊 dApp 都能与之兼容，但可能需要进行一些细微的调整才能提升性能。例如：Optimism。
- 第2.5类型 – 2.5 型零密钥交换验证模型（zkEVM），也称为等效于 Gas 的 zkEVM，通过增加某些操作的 Gas 成本来缩短最坏情况下的供应商响应时间。虽然成本更高，但这种方法比对 EVM 进行更深层次的更改风险更小。
- 第3类型 – 第 3 类 zkEVM 在缩短证明器运行时间方面做出了一些妥协，并且更容易开发。虽然大多数应用程序仍然可以运行，但有些应用程序可能需要重写才能与 zkEVM 兼容。例如：Polygon zkEVM。
- 第4类型 – 第 4 类 zkEVM 直接将智能合约源代码编译为 ZK-SNARK，从而实现极快的证明速度。然而，这会导致与某些应用程序的兼容性问题，因为合约地址可能与 EVM 上的地址不匹配，并且可能无法完全支持 EVM 字节码。例如：zkSync Era。
Polygon 和 zkSync 于 2023 年 3 月下旬推出了首批 zkEVM 解决方案。虽然这两款解决方案都吸引了众多加密项目计划进行迁移，但双方团队都提醒用户谨慎使用这些早期版本。在成为完全可行的解决方案之前，它们可能会经历开发初期的一些问题以及安全升级。
ZK-Rollups 的替代方案
ZK-rollups 可能是安全性和隐私性的首选方法，但它们并非唯一选择。 区块链扩展方法 乐观汇总仍然是一种可行的替代方案。
乐观汇总机制假定所有二层交易都是有效的，除非受到验证者的质疑并被证明是错误的——因此得名“乐观”。它内置了争议期，质疑者有几天时间提交欺诈证明来质疑一组交易。如果欺诈证明有效，则会作废该交易并对恶意验证者处以处罚。
虽然乐观汇总技术在技术上更为成熟，但与零知识汇总相比，它存在一些关键缺陷。依赖第三方验证节点意味着，如果没有诚实节点对无效交易提出质疑，恶意行为者就可以窃取资金。此外，交易本身必然是透明的，这会牺牲一定的隐私性。
底线
可扩展性仍然是区块链技术更广泛应用的关键障碍。虽然许多区块链正在进行结构性改进，但二层解决方案可能是近期最有效的解决方案。而零知识共享（zk-rollups）是目前最符合加密货币理念的选择，它优先考虑并维护了去中心化和安全性。
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