区块链:从技术原理解读：zk-Sync 2.0和zk-Rollups的未来_GENS

简介

"zk-Rollups"可能是今年最热门的Web3流行用语。近期，随着zk-Sync的v2.0"babyalpha"的主网上线，这种热度已经达到峰值。但在所有流行语的背后，"zk-Rollups"到底指的是什么？zk-Sync的作用在哪？在本文，我将努力深入探讨zk-Rollups的工作原理和实际用例，并阐述zk-Syncv2.0的关键技术特征，探索这项被期待已久的技术，进一步地分析它对未来影响。

zk-Rollups的工作原理

为什么我们特别需要zk-Rollups？虽然以太坊很有用，但目前以太坊网络，从根本上看是一种无法规模化的经济。因为随着以太网络活动的增加，GAS价格会变的非常昂贵，尤其是在以太网络处理量突发激增的时候，这种效应就愈发明显。随着以太网络的不断发展，以太网络有限的可拓展性已成为它进一步发展的致命弱点。

"Rollups"的出现就是为了解决以太坊网络的拓展性问题。以太坊Rollups本质上是一种"插件"，为以太坊提供指数级别的可扩展性，从而修复它高Gas的现状。这个想法背后的逻辑很简单。想象一下，你需要从A点到B点携带5件物品。"常规"的方式是携带物品1、物品2等，一个接一个地携带。但这显然效率缓慢且繁琐，"Rollups"本质上是将5件物品“打包”到一个袋子中，因此你可以一次就把它们都携带完成，而不是分开5次来携带。

工信部电子五所相里朋：从技术角度看 区块链监管需从三个方面实现:工信部电子第五研究所区块链创新团队负责人、高级工程师相里朋表示，关于区块链的有效监管，应形成区块链系统柔性监管平台，实现对各类区块链系统的实时态势感知，监控非法交易、欺诈行为、非法信息发布等各类非法行为。从技术角度看，区块链监管需从以下三个方面实现：一是整合链上链下数据，以及不同区块链系统的数据，形成统一的综合性区块链信息库，并实现高效智能的信息检索查询管理；二是实现对区块链系统中各种交易模式的识别，进一步分析识别出非法的交易行为；三是分析区块链链上数据中的非法舆情信息，以及链下的互联网和现实中的区块链相关舆情信息，实现全面的区块链舆情感知。（证券日报）[2021/3/26 19:19:11]

在这个过程中，有两点是需要注意的：

1.如何确保"Rollups"能够"容纳"所有的东西？

2.如何确保"Rollups"不被？

zk-Rollups是利用"零知识证明"来解决这两个问题的领先rollup技术类型之一。为了解决这些问题，Zk-Rollups会将一定数量的交易捆绑在一起，在Layer2上进行计算，并将状态变更，且将"有效性证明"提交给Layer1上的验证者，以表明计算是完整完成的。这个"有效性证明"是以"零知识证明"的形式出现的，这是一种告诉他人你知道什么而不告诉他人你怎么知道的数学方法。

火币论坛对话汪弘彬：从技术层面来说，区块链将在金融领域发挥领先作用:新加坡时间12月30日下午，欧洲货币机构投资者集团大中华区CEO汪弘彬做客火币论坛，以“回顾与展望，从疫情到复苏”为主题，与火币商务副总裁Ciara探讨在疫情的持续影响下，企业该如何进行数字化转型。

汪弘彬认为，疫情推动了数字浪潮的发展，从技术层面来说，区块链和加密货币行业将在金融领域发挥领先作用，并且会迅速成长为不同于大数据、人工智能和物联网的另一种新技术，未来势必会有很大的发展空间。比特币在2020年表现突出。但如果比特币要成长为更成熟的资产类别的话，必须要经历一系列的周期，比特币至今还没有一个完整的周期。成熟的机构投资者要了解这一点，然后再进入这个市场。

“据我个人观察，比特币的资产类别变得愈来愈清晰了，这会吸引越来越多的机构进入这个市场，但我们还是要从宏观角度来看比特币整体周期的发展。但从长远来看，我对这类资产很乐观。”汪弘彬最后总结道。[2020/12/31 16:08:51]

简化的ZK-Rollup架构Source：https://immutablex.medium.com/ground-up-guide-zkevm-evm-compatibility-rollups-787b6e88108e

V神：从技术角度来看 ETH 2.0的实施比预期困难得多:8月17日消息，以太坊联合创始人Vitalik Buterin最近在播客节目中表示，他承认从技术角度来看，Ethereum 2.0的实施“比他预期的要困难得多”。他称，“我绝不认为我们有任何根本的缺陷，我认为它会完成，只是时间问题，实际上最近进展很快。”在谈到他对项目发展的预期时，Buterin指出，有些以太坊应用程序会失败，而有些则会成功。（Cointelegraph）[2020/8/17]

零知识证明的一个简单例子是一个代码自动生成器。自动生成器是一个"验证者"，给你一堆随机生成的测试代码，而你是一个"证明者"，必须能够通过所有的测试代码来证明你有正确的代码。同时，你不会直接与自动交易器分享你的代码。你看，你刚刚就进行了一次"零知识证明"，你证明了你知道的东西，但你没有说你是怎么知道的。

零知识证明案例，Source：Gradescope

上面的代码自动生成器是使用"交互式零知识证明"的方式，自动生成器和代码提供者直接"交互"。相比之下，大多数zk-Rollups使用的是数学上更复杂的非交互式证明。与交互式证明相比，非交互式证明既节省时间又节省空间。虽然zk-SNARKs的技术细节超出了本文的范围，但测试代码通过的基本原理是相通的。

声音 | 王春蕊：区块链已从技术构想走入现实 在智慧城市建设中将大有作为:新京报智慧城市研究院研究员王春蕊今日发表题为“智慧城市和区块链能擦出怎样的火花？”评论文章。文章中提到，区块链在智慧城市建设中将大有作为。区块链实现信息共享，保障数据安全；“区块链+政务”，为数字社会增信；“区块链+民生”，能够提供更智能的公共服务。区块链作为核心技术，已经从技术构想走入现实，在智慧城市领域特别是信息共享方面彰显出了巨大应用潜力。（新京报）[2019/11/5]

zk-Rollups的圣杯在于零知识以太坊虚拟机(zk-EVM)，它允许开发人员在不修改以太坊智能合约的情况下对DApps进行转移。但这是存在一定难度的，因为每个"问题"都需要不同的"测试代码"，所以开发一个"证明算法"来解决所有可以想象的测试代码的“证明算法”，是零知识证明和zk-Rollups的技术瓶颈。

正如Vitalik所说的：总的来说，我认为在短期内optimistic?rollup可能会在通用的EVM计算中胜出，而ZKRollup可能会在简单的支付、交易和其他特定应用案例中胜出。但从中长期来看，随着ZK-SNARK技术的改进，ZKRollup将在所有案例中胜出。

因此，从历史上看，zk-Rollups仅是针对特定应用用例的技术，其中“测试用例”定义明确且范围有限。但是一些项目正在迅速向“山上的城堡”推进，一种通用的EVM兼容zk-Rollup算法。?

声音 | 李晓枫：建议从技术方面推进区块链标准化评测:新华财经消息，4月10日，“2019中国国际区块链技术与应用大会”在深圳会展中心召开，中国人民银行科技司原副司长李晓枫在本次活动上表示，金融和区块链有着天然的联系，目前区块链领域一链一应用、一链一联盟现象愈发明显，信息孤岛将成为区块链治理的重大挑战。因此，建议从技术方面推进区块链标准化评测，强化监管、完善法律法规，逐步建立适应区块链金融产业发展的长效机制。[2019/4/10]

zk-Sync2.0

zk-Sync2.0是目前在开发zk-EVM的众多项目之一。zk-Sync1.0要求用户重新构建其代码库的大部分内容，以便从EVM迁移到zk-Sync。与zk-Syncv1.0不同，在zk-Sync2.0中，程序员可以在几乎没有变化的情况下部署其应用程序。

实际上，并非所有的zk-EVM都是等效的。它们在可组合性和高性能之间存在着明显的权衡。在这种权衡中，zk-Sync选择了高性能，从而牺牲了可组合性。

在Vitalik看来，目前主要有四种不同类型的zk-EVM，这四种类型如下图所示：

zk-EVMs的类型，改编自：https://vitalik.ca/general/2022/08/04/zkevm.html

正如Vitalik所述，在目前的状态下，zk-Sync2.0是第4类zk-EVM。与EVM不同，zk-Sync2.0能够使用自己的编译器编译，可以使用Solidity和高级语言编写智能合约。由于zk-Sync可以完全控制其编译器的设计，因此他们能够积极优化速度和吞吐量。但这样做的代价是，一些DApps和EVM调试工具链可能与zk-Sync2.0不兼容。从本质上看，zk-Sync与Ethereum有相同的“汽车外壳”，但换了一个引擎。

事实上，在zk-Sync开发者文档中，MatterLabs声称，虽然智能合约"读取"操作可以在不改变代码的情况下集成，但智能合约的"写入"操作需要"附加代码"，因为"Layer1和Layer2之间存在根本差异"??。实际上，这略有误导。与其说是由于Layer1和Layer2之间的"根本差异"，不如说是由于MatterLabs所追求的第4种Rollups。因为zk-Sync本质上是使用不同的编译器和字节码，基于第4种的Rollups意味着智能合约有不同的地址，但依赖于字节码分析的调试器基础设施可能无法在zk-Sync2.0上运行。

在未来，zk-Sync可能会加入更多对EVM字节码的本地支持，允许系统慢慢过渡到支持更广泛的"边缘情况"，也就是指第3类的Rollups。但是，对于zk-Sync的第3类和第4类的zk-Rollup来说，与PolygonHermez和ScrollLabs的第2类的Rollups相比，必须有两个重要的前提条件才能成功。首先，只有一小部分不重要的项目与zk-Sync的自定义编译器不兼容。其次，与第2类zk-EVM相比，zk-Sync的执行速度需要有质的区别。

不幸的是，我个人认为这种情况不太可能发生。任何先进的开发生态系统都依赖于成熟"框架"的基础设施，包括便捷性、模块化、调试和测试工具。如果像Vitalik假设的那样，由于字节码的不同，大部分EVM原生调试工具将无法移植到zk-Sync，那么zk-Sync将不得不开发自己的测试和调试工具套件。与PolygonHermez和Scroll等可组合性更强的第2类zk-EVM相比，这是会增加额外的开销，最终可能会影响zk-Sync作为Layer2解决方案的采纳进度。

zk-Rollups的未来

目前，zk-EVM竞争已经白热化，我们看到一个全功能的zk-EVM只是时间问题。但下一步是什么？一条路只有在路上有建筑物时才有用；zk-Rollups的长期力量来自使用该解决方案的项目。

目前，DeFi、GameFi和移动应用是zk-Rollups基础设施的主要受益者。DeFi和GameFi从根本上说都是规模经济，因为它们在有很多用户使用的环境中发展。移动钱包等移动应用，也为懒惰或买不起台式电脑的用户打开了闸门。因此，基于这些实现情况，使用zk-Rollups有很大的实际意义。

但这绝不是zk-Rollups使用的极限，这仅仅是开始，zk-Rollups之于以太坊的意义就如5G之于互联网。正如5G可以实现物联网应用和系统的新世界一样，zk-Rollups也可能打开通往"物联网"的闸门，让我们物理世界的数字设备如冰箱、手表、交通信号灯等，与以太坊上的智能合约集成。

反对"物联网"的最大观点之一是，它将允许大科技公司越权进入我们的日常生活。但有了"物联网"，我们可以享受物联网带来的便利，而不必担心我们的智能产品在集中数据库受到损害。我们可以同时拥有便利和隐私，而不是只能选择其一。这就是Zk-Rollups可以向我们承诺的世界。

参考资料：

https://blog.matter-labs.io/baby-alpha-has-arrived-5b10798bc623

Adaptedfromhttps://pages.cs.wisc.edu/~mkowalcz/628.pdf

https://vitalik.ca/general/2021/01/05/rollup.html

https://www.coindesk.com/tech/2022/07/20/the-sudden-rise-of-evm-compatible-zk-rollups/

https://cryptobriefing.com/the-race-scale-ethereum-zkevm-rollups/

https://docs.zksync.io/dev/contracts/#porting-smart-contracts

https://vitalik.ca/general/2022/08/04/zkevm.html

?责任编辑：Kate

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