Ethereum的区块链虽然具有革命性，但由于其日益普及，也遇到了重大的扩展挑战。 然而，像 ZK-Rollups 这样的创新解决方案现在使 Ethereum 能够每秒处理更多交易，减少 Gas 费用并提高整体可扩展性。
本文深入探讨了在 Ethereum 网络上使用 ZK-Rollups 的一些最令人兴奋的项目。 这些项目中的每一个都带来了独特的属性，展示了 ZK-Rollups 作为第 2 层扩展解决方案的多功能性和潜力。
什么是 ZK Rollup？
ZK-Rollups 是一种 Ethereum 第 2 层扩展解决方案，它使用零知识证明将多个交易捆绑到单个证明中，然后将其发布在 Ethereum 主网上。 ZK-Rollup 中的每笔交易都是完全有效的， Ethereum 主网可以信任这一点，而无需单独验证每笔交易，从而减少所需的计算资源量。 这大大增加了 Ethereum的吞吐量，减少拥塞并降低交易费用。
本质上，ZK-Rollups 将计算移至链下，仅将必要的数据留在链上，这导致 Gas 费用大幅下降。 重要的是，该技术通过维护链上数据可用性层来帮助保持高水平的安全性。 这保证了即使ZK-Rollup层离线，用户仍然可以提取资金。
与其他 Layer-2 解决方案相比，ZK-Rollups 的主要优势之一是它们保持完全的 Ethereum 兼容性，这意味着开发人员可以利用他们现有的知识和工具。 此外，它们还提供最终性，这意味着一旦交易包含在 ZK-Rollup 中，它就是最终的并且无法逆转。
总体而言，ZK-Rollups 被视为解决 Ethereum可扩展性问题最有前途的解决方案之一，提供更快、更便宜的交易，同时保持高度的安全性和去中心化。
2023年顶级ZK Rollup项目
一些协议，例如借贷协议和去中心化交易所（DEX），已经成为多链的。 这意味着它们支持多个基于 ZK-Rollup 的 Layer-2，为用户提供各种选择来降低交易费用并实现更快的交易时间和最终结果。
我们列出了一些市场上使用 ZK-Rollup 技术进行扩展的领先项目。
多边形
Polygon 最初于 2017 年以 Matic Network 的名称推出，是 Ethereum 开发人员 Sandeep Nailwal、Anurag Arjun、Jaynti Kanani 和 Mihailo Bjelic 的创意。
尽管传统的 ZK-Rollups 存在某些限制（例如需要大量时间），但 Polygon 利用 ZK-Rollups 来增强可扩展性。 Polygon 巧妙地应用递归证明缓解了这一挑战。 与一次为单个交易生成证明的普通基于 ZK-Rollup 的区块链不同，Polygon 能够在将批次分派到 Ethereum 主网之前为批次中的每笔交易创建证明。
Polygon 的 ZK-Rollups 的独特结构使网络比大多数其他 ZK-Rollup 扩展补救措施更快、更具成本效益，从而无需验证者拥有专门的设备。 事实上，正在开发的网络 Polygon Zero 上的一些证明紧凑至 45kb，与其他扩展解决方案相比，对区块链性能的压力显着减轻。
Polygon 的 ZK-Rollups 与大多数 Layer-2 对应方案不同，因为它们完全兼容 Ethereum ，因此开发人员不需要掌握新语言来编写 Polygon 智能trac脚本，这与 StarkNet 等 Layer-2 替代方案不同。
Polygon 通过生成多个“提交链”来运作，有点类似于侧链，但具有独特的功能，从 Ethereum 主网获取更大比例的安全性。
斯塔克网络/斯塔克交易所
StarkNet 和 StarkEx 都是 Starkware 公司的创建，该公司由 Alessandro Chiesa 和 Eli Ben-Sasson 于 2017 年创立。
StarkNet 是另一个基于 ZK-Rollup 的去中心化第 2 层区块链。 然而，与 Polygon 不同的是，冒险进入 StarkNet 的开发人员必须掌握 Cairo 编程语言而不是 Solidity，这可能会使新开发人员的入职变得复杂。 尽管如此，为了克服这一障碍，从 Solidity 到 Cairo 和其他流行编程语言的转译器正在开发中。
StarkNet 与其他基于 ZK-Rollup 的链类似，将多个 Layer-2 交易打包到单个 Ethereum 交易中，从而提高交易速度，同时减少 Gas 费用。
开发 StarkNet 的同一团队还创建了另一个独特的区块链 StarkEx。 StarkNet 促进公共 dApp 开发，而 StarkEx 则作为专门为去中心化加密货币交易所 (DEX) 量身定制的 SaaS（软件即服务）可扩展性解决方案，使交易所能够削减成本，同时提高速度和流动性。
Starkex将支持ETH，ERC-20代币和代币扩展到其他兼容EVM兼容链以及全球流行的ERC-721 NFT上。它还致力于为ERC-11155半填充动态NFT提供链枝铸造的支持。Ethereum上推出的StarkexTVL （总价值锁定）最大的第2层解决方案之一目前，它为广泛的DAPP和协议提供动力。
中控同步
ZKSync 背后的大脑是来自 Matter Labs 的 Alexandr Vlasov 和 Alex Gluchowski，他们于 2020 年推出了该解决方案。
ZKSync 是一种 Ethereum 第 2 层扩展解决方案，旨在提供高速交易（2,000+ TPS），同时保持低汽油费和高安全性。 与众多 Layer-2 不同，ZKSync 提供几乎即时的资金提取到 Ethereum Layer-1 主网。 值得注意的是，ZKSync 是迄今为止唯一具有完全 EVM 兼容性的 zk-rollup 协议，使开发人员能够轻松地从 Ethereum 重新部署实时智能trac，而无需为 ZKSync 重写或定制它们。 这大大提高了互操作性并缩短了开发时间。
ZKSync 在某些方面与 StarkNet 和 StarkEx 相似，主要区别在于所使用的校对协议类型。 ZKSync 采用 SNARK（简洁非交互式知识论证），而 StarkEx 利用 STARK（可扩展透明知识论证）。
ZK-SNARK 需要一次性设置，其中需要信任少数开发人员才能正确、安全地创建代码，从而提高中心化程度并减少不信任性。 相比之下，ZK-STARK 使用公开可验证的随机性来建立无需信任的可验证系统。 STARK 也被认为具有量子抗性，而 SNARK 则不然。 STARK 进一步承诺增强可扩展性。 因此，与 StarkNet 相比，ZKSync 确实存在一些缺点。
部署在 ZKSync 区块链上的一些著名项目包括 Argent、Gitcoin、Yearn Finance、Gnosis Safe、Snapshot、Tally 和 1inch Network。
不可变的X
Immutable 是一个提供基于 Ethereum第 2 层解决方案的平台。 为开发者提供API和开发者工具，方便开发二层应用。
开发人员可以利用 Immutable X 为不可替代代币 (NFT) 和区块链游戏创建快速、可扩展且安全的应用程序。 例如，游戏开发者可以利用 Immutable X 来实现复杂的游戏内经济，确保游戏内资产的真正所有权。 他们还可以利用免费铸造游戏资产、快速且经济实惠的游戏内交易、让用户拥有游戏内物品所有权的自我托管钱包以及用于交易游戏内物品的全球订单簿等功能。公开市场。
此外，Immutable X 通过在用户之间实现快速、安全且经济高效的交易来满足代币和资产交易平台的需求。 它提供了确保最大流动性的全球订单簿。 此外，区块链交易分析工具可以访问 Immutable X 的 API，以轻松获取有关过去交易、交易和用户行为的数据。
Immutable 选择在 Ethereum 上构建其解决方案，因为以太坊被誉为最去中心化、最安全且使用最广泛的区块链，从而产生了显着的网络效应。 Ethereum 允许创建和执行智能trac和去中心化应用程序，而不会出现任何停机、欺诈、控制或第三方干扰。
Immutable X 提供两个执行层，均利用 ZK rollup 批处理机制。 ZK roll up 由两个主要组件组成：一个链下批处理机制（虚拟机），用于从一批交易、先前状态根和新状态根生成压缩密码证明；以及一个链上trac，用于存储当前状态根并验证批次的一致性。
以下是 ZK rollups 在 Immutable X 中的工作原理：第 2 层交易的集合被发送到批处理机制，该机制根据交易、先前的状态根和新的状态根生成加密证明。 然后该证明被发送到第 1 层智能trac进行验证。 智能trac检查证明中的先前状态根是否与其当前状态根匹配。 如果它们匹配，智能trac会将其当前状态根更新为批次的新状态根。
Immutable 目前提供两种第 2 层解决方案：StarkEx，它为 Starkware 创建和维护的特定类型的交易提供批处理服务；Immutable zkEVM，一个智能trac平台，允许任何开发人员编写智能trac并将其部署到 zkEVM 。 开发人员可以通过注册或利用 Immutable X 提供的 API 端点来访问这些解决方案。Immutable zkEVM 专为游戏设计，在 EVM zk-rollup 框架内提供低成本、高吞吐量、与 Ethereum兼容的智能trac。
Loopring
Loopring 是建立在 Ethereum 区块链上的第 2 层扩展协议，专为去中心化交易所 (DEX) 设计。 它每秒可以结算数千笔交易，同时提供各种功能。 除了充当去中心化交易所的协议层之外， Loopring 还提供 Loopring 交易所，这是一个非托管交易平台，可促进安全、高速交易，无需支付手续费。
Loopring 背后的关键技术是零知识证明（ZKP），这是一种将交易捆绑在一起以提高效率的区块链创新。 通过利用 ZKP， Loopring 可以开发高吞吐量、非托管 DEX。 该协议还引入了其原生 LCR 代币，用于奖励零知识汇总（zk-Rollup）运营商和流动性提供者。
Loopring的方法涉及实施零知识汇总（zk-Rollups），这是一种通过与 Ethereum 网络一起工作来增强可扩展性的第 2 层解决方案。 zk-Rollups 可以将大量交易整合为一个轻量级的零知识证明，然后在 Ethereum 网络上作为批次进行确认。 与 Ethereum的独立功能相比，这大大增加了交易吞吐量。 zk-Rollup 计算过程发生在链外，而底层数据和交易保留在 Ethereum 区块链上。 通过将 zk-Rollups 与 DEX 协议集成， Loopring 可以实现复杂的计算，从而降低交易费用并显着提高流动性。
与传统的基于订单簿的中心化交易所（CEX）相比，DEX 通常提供较低的交易费用并支持更广泛的数字资产。 然而，中心化交易所在流动性和交易速度方面仍然优于 DEX。 Loopring 旨在通过整合 zk-Rollups 来弥补这一差距，将中心化交易所的优势带入去中心化生态系统。
在 Ethereum 网络中，zk-Rollups 提供更快、更具成本效益的交易区块验证。 它们涉及的数据较少，只需要智能trac来验证最终的密码证明，从而提高了效率。 通过 zk-Rollups 处理的交易作为调用参考数据存储在 Ethereum 区块链上，与从网络检索数据相比，这需要更少的计算。 通过将这些功能组合到一个开放协议中， Loopring 通过提高整个 Ethereum 生态系统的效率来加速区块链技术的采用。
结论
Ethereum区块链的可扩展性问题正在通过 ZK-Rollups 等创新技术来解决。 正如我们所探索的，几个著名的项目已经在利用这项技术来提高交易速度、降低成本并确保 Ethereum 网络的安全。
随着这些解决方案的不断发展和成熟，它们有望释放 Ethereum的全部潜力，使其对用户和开发人员来说更容易访问和更高效。 看来， Ethereum的未来必然与ZK-Rollups的演进和应用交织在一起。
