被以太坊创始人 Vitalik Buterin 视作 Layer2 终极之选的 ZK Rollup 发展如何了？
撰文：汤圆
L2Beat 的数据显示，zkSync 网络锁仓的加密资产总额（TVL）已超过 1.4 亿美元，7 日内增幅为 38%。zkSync 是基于 ZK Rollup 扩容方案实现的以太坊 Layer2 网络，目前，它的 TVL 增幅在众多 Layer2 网络中排名第一，这说明越来越多资金和用户正在体验 zkSync 网络及其应用。
以太坊主网在正式升级为 2.0 之前，解决链上拥堵的方式之一是构建一个可以在链外执行大部分活动的 2 层网络（Layer2），以缓解对主网的计算及存储压力，增加以太坊的可扩展性。
在各种构件 Layer2 网络的技术中，Rollup 逐渐被认为是最优解，因为它能将智能合约的实际计算和存储在链下完成，并将交易数据通过一系列压缩技巧批量提交并保存在以太坊主网上，无需单一数据一一验证。如此一来，layer2 网络的安全性不但能由以太坊主网保障，且不破坏网络的去中心化，还能增加网络的可扩展性和效率。更重要的是，Rollup 可以让以太坊主网的应用程序便捷地迁移至 Layer2。
利用 Rollup 技术实现 Layer2 网络的构建，又因密码学的验证算法不同而形成了多种路径，Optimistic Rollup、ZK Rollup、Arbitrum Rollup 成为主流方案。目前，应用各种方案的 Layer2 网络均有所建树，各个流派分别在研发和实践中发展。
其中，ZK Rollup 是利用「零知识证明」验证方式来落实 Rollup 的扩容方案，被以太坊创始人 Vitalik Buterin 视作 Layer2 的终极之选。
zkSync 网络近期的 TVL 激增进一步验证了 x 的可行性，尤其是今年 2 月 zkSync 上线了 2.0 版本的公共测试网络以来，支撑它的 ZK Rollup 扩容技术方案也越来越受区块链技术社区关注。
那么，ZK Rollup 扩容方案究竟是什么？与 Optimistic Rollup、Arbitrum Rollup 有何区别？除了 zkSync2.0，还有哪些网络使用了 ZK Rollup 技术？本期 DeFi 蜂窝将一一解答。
简介
ZK Rollup 是基于「零知识证明」验证方式落实 Rollup 技术的 layer2 解决方案，「ZK」正是「Zero Knowledge」（零知识）的字母简称，该方案起源于 2018 年下半年，最早由区块链技术研究员 Barry Whitehat 提出。
保留了 Rollup 技术的原理，ZK Rollup 可以在链下完成复杂计算，生成证明，传输回主网进行证明校验，并存储部分数据来保证数据可用性，且共享主网的安全性。
ZK Rollup 的特点正是那个「ZK」部分，「零知识证明」算法能让证明者在不向验证者提供任何有用信息的情况下，使验证者相信某个结果的正确性。
举个例子，A 要向 B 证明自己拥有某个房间的钥匙，假设该房间只能用钥匙开锁，而其他任何方法都打不开。这时有 2 个方法：要么，A 把钥匙出示给 B，B 用这把钥匙打开房间的锁，从而证明 A 拥有该房间的正确钥匙；或者 B 确定该房间内有某一物体，A 用自己拥有的钥匙打开房门，然后把物体拿出来出示给 B，从而证明自己确实拥有该房间的钥匙。
后面的方法就类似于零知识证明。它的优点在于，在整个证明的过程中，B 始终不能看到钥匙的样子，从而避免了钥匙的泄露。
「零知识证明」对于强调隐私性的区块链来说是重要的技术手段，比特币网络就是应用之一。除了隐私性，技术研究人员也开始将其应用在提升区块链的性能方面，ZK Rollup 就是其一，它主张，若某个区块需要大量数据验证才能完成打包、开启下一个区块，不妨由一人验证并生成证明，而其他人来验证这个证明无误即可，这样就避免了每个人都要花很长时间来验证一个证明，从而提高数据验证的效率。
在 ZK Rollup 方案下，Layer2 网络上的多个交易数据打包之后，会创建一个链下计算的「零知识证明」结果，主网（Layer1）验证者可以快速检查此证明是否正确。而且，正因为 Layer2 到 Layer1 的交易数据能即时验证，因此，它也能实现 Layer2 资产转移到 Layer1 时可以即时结算。
ZK Rollup 与其他 Rollup 方案的区别
ZK Rollup 是利用 Rollup 技术构建以太坊 Layer2 网络的一种实现方式，另一个主要是 Optimistic Rollup，二者的区别主要在于使用的验证算法不同。
Optimistic Rollup 使用了「欺诈证明」验证算法，它的前提是验证者要在 Layer2 网络上质押一定数量 ETH「押金」，作为「不撒谎」的背书，如此前提下，它假设 Layer2 网络的交易均有效，提交到 layer1 (以太坊主网) 的数据都正确，如果有人对任何一笔交易提出异议，这个时候，数据才需要在以太坊主网上进行一一验证，哪个验证者提交的数据有问题，就会被网络判定为欺诈，那么这个验证人的押金被没收。
在这样的验证算法原理下，当 Layer2 上汇总的每批交易提交到 Layer1 时，会有一个 7 天的异议提交周期。这也造成用户从 Optimistic Rollup 方案下的网络中提取或退出加密资产时，增加了一个 7 天的等待期。
这不但造成了 Optimistic Rollup 相关网络的体验不友好，更麻烦的是，一旦出现异议数据，所有交易数据都要在主网上重新验证，反而增加了主网负担。
于是，针对这个痛点，Arbitrum Rollup 在 Optimistic Rollup 上进行了改善，它主张把异议部分先进行划块处理，找出争议最大的部分，以太坊主网只对争议部分进行验证，以此缓解主网的验证负担。
除此之外，Arbitrum Rollup 的进步还在于实现了与 EVM 的兼容，这就使得应用该技术的 layer2 网络可以承载以太坊主网上的应用无缝迁移，于是，不少 DeFi 应用选择部署「Arbitrum 版」。相较之下，Optimistic Rollup 扩容方案还没有做到 100% 兼容 EVM。
可见，Arbitrum Rollup 方案算是 Optimistic Rollup 的「改进版」。尽管如此，资金从 Arbitrum Rollup 相关网络的退出时还是需要一个等待期，这个痛点还有待改善。
而在与 EVM 的兼容方面，ZK Rollup 也此前一直难有突破。以太坊创始人 Vitalik Buterin（花名 V 神）曾在公开演讲中表示，ZK Rollup 由于底层技术较为复杂，想要做到完全兼容以太坊虚拟机可能需要几年时间，短期内，Optimistic Rollup 是以太坊扩容方案的可行之选，但长期而言会更倾向于 ZK Rollup。
V 神这么一点评，ZK Rollup 被认为是以太坊扩容方案的「圣杯」。
令人意外的是，ZK Rollup 兼容 EVM 的开发进度比预期快了许多。今年 2 月份，使用 ZK Rollup 方案的 zkSync 2.0 公测网上线，它兼容了 EVM。这意味着，在不久的将来，ZK Rollup 方案不再被束之高阁，基于它的网络将迎来应用的迁移。
目前，ZK Rollup 方案的 Layer2 落地的主要选手是 StarkWare 和 zkSync。
zkSync 不断升级完成 EVM 兼容
2019 年，MatterLabs 团队开始利用 ZK Rollup 扩容方案开发 zkSync 网络。2020 年 6 月，zkSync1.0 版本上线，主要聚焦于支付。作为 Layer2 扩容层，zkSync1.0 链上的转账手续费用极低，处理交易快速，且手续费不仅限于 ETH，利用该网络转账的其他以太坊标准资产也能用作手续费，资产进出以太坊主网一般在几分钟到几小时不等。
zkSync 官网
目前，用户可以通过授权以太坊钱包激活 zkSync 网络账户，ETH、ERC-20 标准下的 USDT 等资产可自由进出该网络，资产可与其他 zkSync 账户进行转移。
zkSync1.0 由于不兼容 EVM，网络的可用性受到限制，能支持的应用场景非常有限，但由于转账费用低，到账即时，zkSync1.0 最主要的应用方向还是支付。
今年 2 月，zkSync 2.0 版本的公共测试网上线，实现了 EVM 兼容，也因此成为首个利用 ZK Rollup 方案并兼容 EVM 的区块链网络。
zkSync2.0 支持开发人员使用以太坊原生编程语言 Solidity 在网络上部署去中心化应用程序，以太坊主网上现有的 DeFi 应用也可以集成至 zkSync2.0 网络上，开发者和用户都低费用、高效率地使用这个 Layer2 网络。
应用代表
去中心化交易应用（DEX）ZigZag
ZigZag 没有采纳 DEX 常用的自动做市商（AMM）机制，而是采用去中心化订单簿模型，这正是 ZK Rollup 技术底层天然的「汇总性」带来的便利，它允许交易者以最小的滑点和高流动性订单进行现货交易，试图成为中心化交易所（CEX）在链上的替代方案。
Layer2 跨链桥 Orbiter Finance
Orbiter Finance 是为 Layer2 网络搭建的跨链桥，它支持 zkSync、Arbitrum、Optimism 等 Layer2 网络间的资产跨链转移，也支持 Layer2 和 Layer1 之间的资产互转。
StarkWare 系统化创建 Layer2
StarkWare 可以视作一个公司，它创建于 2018 年，有一套完整的 Layer2 系统解决方案，特别是它在「零知识证明」基础上创新出 zkSTARK 算法，用以进一步增强网络的扩展性，并将这一算法进行了产品化，形成了 StarkNet（Layer2 扩容网络）和 StarkEx（扩容技术）两个落地模块。
StarkNet
它是搭建在以太坊上的 Layer2 网络，测试网已经于 2021 年 11 月上线，支持开发者进行应用部署，用户可以将交易发送到网络上，所有交易将定期进行批量处理，生成 STARK 证明，然后在以太坊主网验证这些证明。由于验证所需的计算内容很少，从而提升了链上的处理效率。
由于 StarkNet 还未兼容 EVM，因此，它一直没有获得以太坊头部 DeFi 应用的迁移。目前，该 Layer2 上主要应用为去中心化交易应用（DEX）Myswap 和一站式交易应用 JediSwap
StarkEx
它是一套可扩容引擎技术，专门为以太坊应用提供扩容方案和程序服务，已经用于不少知名去中心化应用，包括去中心化永续合约交易应用 dYdX、去中心化交易应用 DeversiFi、NFT 生态系统 Immutable X。
作为期货交易平台，dYdX（DYDX）需要高速结算， StarkEx 帮助它大大提高了结算速度，增强了用户体验。
DeversiFi 是首个采用 StarkEx 扩容引擎的 DEX，它使用的是订单簿模式，实现方式是链下处理交易、链上完成结算。以往，链上结算的方式对链的性能要求较高，Layer1 类型的网络对此存在制约。现在，StarkEx 引擎解决了这一点，它为非托管式交易提供了即时结算、高流动性、低滑点等保障。此外，DeversiFi 使用了 zkSTARK 算法的隐私层，很好地保证了用户的交易隐私。
Immutable X 是以太坊针对 NFT 资产设置的 Layer2 扩容方案，它基于 StarkEx 引擎搭建，该网络上的资产及交易数据均由以太坊保障，用户无需担心安全问题。更重要的是，StarkEx 支持提取资产到以太坊链上即时到账，没有 7 天的间隔期。目前，卡牌游戏 Gods Unchained（GODS）、战斗类角色扮演游戏 Illuvium (ILV) 等已选择与 Immutable X 集成，为用户提供快速的、0 Gas 费的交易体验。