簡介

近年來，區塊鏈已成為一項關鍵技術，重新定義了數字環境中的價值和信息交換。然而，隨著以太坊等新平台的出現，可擴展性和每秒處理交易數量的問題也隨之出現。在這種情況下，Layer-2等解決方案，特別是ZK-rollups，成為了完美的解決方案。

本文描述了ZK-rollups的作用、匯總技術的進展以及以太坊Layer-2和匯總的未來。文章強調了它們在超越Layer-1交易量方面的可能性，以及在區塊鏈應用場景中的可擴展性和速度。

什麼是ZK-Rollups

ZK-rollup是一種Layer-2擴展方法，使用零知識證明（ZKPs）來合併鏈下的多個交易，並向以太坊主網證明其有效性。這種技術大大減輕了基礎層的計算負擔，實現了更大的交易容量和更低的燃料費用。

零知識證明，即zk-SNARKs（零知識簡潔非交互式知識論證），是ZK-rollups的基礎。這些加密方法使證明者能夠向驗證者證明某個陳述的真實性，而無需披露除陳述有效性之外的任何其他信息。

在ZK-rollups框架內，這意味著匯總運營商可以證明一組交易的有效性，而無需向主網披露這些交易的具體細節。這提高了隱私性，並減少了必須存儲在以太坊區塊鏈上的數據量。

ZK-Rollups的關鍵組成部分：

零知識證明（ZKPs）： 在密碼學中，這些是一方（證明者）可以向另一方（驗證者）證明某個陳述為真的方法，而無需傳達除陳述確實為真之外的任何信息。在ZK-rollups中，ZKPs用於檢查鏈下交易的完整性，而無需在區塊鏈上揭示交易的具體細節。
匯總合約： 在Layer-1上，智能合約存儲匯總的狀態並驗證Layer-2運營商發送的證明。
鏈下計算： 大多數交易在鏈下執行，這減輕了Layer-1區塊鏈的壓力，提高了Layer-2的效率。

ZK-Rollups如何運作？

ZK-rollups的工作原理是將大量交易打包成一批，並提供一個稱為zk-SNARK的加密證明。這個證明檢查所有受影響的交易，並確認後狀態根中不包含任何操縱。通過這種方式，ZK-rollups可以處理更高吞吐量的交易，並且與直接在 Layer-1 上執行相比，成本更低。

安全性和效率

ZK-rollups的優勢在其語義中顯而易見：它們利用Layer-1鏈的安全性，同時將計算和狀態轉移到更具可擴展性的環境中。這反過來提高了智能合約環境中的整體交易吞吐量，同時保持了抗審查和最小信任等基本特性。

匯總技術的演進

1. 早期Layer-2解決方案

Layer-2擴展解決方案的歷史始於狀態通道和側鏈，為新興的區塊鏈可擴展性鋪平了道路。狀態通道為一系列交易提供鏈下環境，最終的淨變化被放置在區塊鏈上。而側鏈是通過雙向掛鉤與主區塊鏈相連的其他區塊鏈，這意味著它們與主區塊鏈是分開的。

2. 匯總的引入

Layer-2匯總成為Layer-2方法的改進解決方案，提供了將多個交易一次性打包成批次並發送到主鏈的能力。匯總主要有兩種類型：樂觀匯總和ZK-rollups。樂觀匯總假設所有交易都是合法的，只有在出現爭議時才會執行計算，而ZK-rollups在主鏈外進行計算驗證的交易，並向主鏈發送證明。

3. ZK-rollup技術的進步

ZK-rollup開發的最新趨勢涉及提高其性能、安全級別和與其他系統的兼容性。例如，ZK-rollups可以即時提款，而樂觀匯總需要時間來進行提款以允許仲裁。此外，ZK-rollups更可能具有更好的隱私性，因為它們保留了有關鏈下交易的額外信息。然而，zk-SNARKs的構建和驗證仍然成本高昂且耗時。因此，ZK-rollups的使用僅限於一般的以太坊虛擬機（EVM）交易。

ETH Layer-2s和匯總的預期增長

目前以太坊Layer-1的概況： 目前，以太坊Layer-1的結算速度約為20-30 TPS，遠低於Solana和Avalanche每秒處理數千筆交易的能力。因此，出現了高交易費用和處理時間慢的問題，使以太坊網絡無法擴展。
Layer-2解決方案的潛力： 在以太坊上開發的L2匯總解決方案，如Arbitrum、Optimism、zkSync Era等，完全能夠處理約40,000 TPS，交易費用相對於以太坊Layer-1來說更便宜。觀察到這些解決方案在過去一年中因為對區塊鏈技術使用的實際高效和低成本解決方案的需求而獲得了更多動力和使用。
未來升級和創新： 以太坊社區正在進行項目以解決影響Layer-1和Layer-2解決方案的一些問題。其中一個稱為"danksharding"的升級可以降低Layer-2s上的交易成本，這將使以太坊突破100,000 TPS。此外，"proto-danksharding"計劃還包括一種新型的高效臨時存儲稱為"blob"，僅供匯總使用。
可擴展性和速度的可能性： 以太坊Layer-2s和匯總的可擴展性和速度增長潛力巨大。因此，通過將大部分重計算從基礎層轉移出去，並通過批處理操作分配Layer-1成本，匯總有助於實現顯著降低的費用和幾乎無限的TPS。這提升了用戶體驗並緩解了網絡流量，使以太坊適合日常使用。

結論

ZK-rollups代表了解決以太坊等區塊鏈網絡面臨的可擴展性挑戰的有前途的解決方案。通過將計算和狀態轉移到鏈下，同時維持基礎層網絡的安全性，ZK-rollups顯著提高了交易吞吐量並降低了成本。

匯總技術的持續創新，加上以太坊上的Layer-2預計將進一步擴展，可能很快在交易數量上超越Layer-1，並徹底改變區塊鏈應用程序的可擴展性和速度。隨著技術的穩步發展，區塊鏈可擴展性變得更好的選擇為這些解決方案在實際上任何領域的適用性帶來了積極的展望。

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