Zonff Partners Research：萬字長文捕獲ZK Rollup時代價值

星球君的朋友们

Odaily资深作者

2022-05-05 09:38

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ZK Rollup 比其他擴容技術好在哪裡？如何才能被快速地採用？

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ZK Rollup 比其他擴容技術好在哪裡？如何才能被快速地採用？

原文作者：Lewis Liao

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為什麼關注Zero-Knowledge（ZK） Rollup？

零知識（Zero-Knowledge）密碼學被稱為我們這一代最被低估的技術之一，與新聞報導鋪天蓋地的宣傳人工智能和大數據等主題不一樣的是，幾乎沒有媒體關注零知識技術。儘管如此，這項技術仍然是一項偉大的突破，它給這個個人信息無處藏身的大數據時代，帶來了寶貴的隱私保障。

零知識密碼學是一個廣泛的主題，但在本文中，我們只重點關註一個與區塊鏈最相關的領域：零知識證明。零知識證明是一種非交互式、零知識的知識論證，該方案假設有兩方：證明者和驗證者。證明者希望向驗證者證明他們知道一些信息，但不透露它是什麼。同時，驗證者將查看證明並接受或拒絕它。

這些方案具有三個屬性：
完整性：任何有效的結果都可以證明給定程序
穩健性：任何不誠實的行為者都無法創建有效的證明

零知識：驗證者對證明的輸入一無所知，只知道結果

在所有數據鏈上公開可見的區塊鏈領域，這種在不揭示陳述的真實情況下證明一個陳述是一種強大的原語。不論對個人、企業還是政府來說，這項技術都能夠解決許多現實存在的痛難點問題，如保護用戶數據、設計敏感系統或合同、證明公共物品分配的公平性和實現更高效經濟的政府機構。

在區塊鏈領域，除了應用於隱私保護之外，最惹人注目的應用是以太坊的擴容方案ZK Rollup。目前以太坊正在擁抱以Rollup 為中心的擴容方案，它在去中心化、安全性和可擴展性上體現出了最優化的權衡。從本質上講，以太坊升級將使網絡更具可擴展性、可持續性和安全性。

以太坊的擴容方案分為鏈上擴容和鏈下擴容。鏈上擴展技術

是對區塊鏈基礎層的升級，以提高可擴展性。以太坊的長期鏈上擴展解決方案稱為分片，它實際上將基礎層分成64 條鏈，由信標鏈確保共享安全。

鏈下擴展是指使用外部執行層而不是基礎層的擴展解決方案。這些第2 層或“L2” 是位於基礎層之上的輔助層，為整個區塊鏈提供更多的交易能力。

以太坊擁抱的L2s 方案就是Rollup，它能夠帶來以下特性：
通過Rollup，以太坊可以在不犧牲安全性的情況下從約25 TPS 增加到3,000 TPS；
通過Rollup，用戶的資金不會被竊取或審查（就像某些側鏈上的情況一樣）；

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來源：Xiang｜W3.Hitchhiker，以上計算前提是以當前ETH 價格為2500u，區塊gaslimit 為30000000，gas 費用為30Gwei，平均13 秒的出塊時間計算，極限TPS 指對應運行環境佔領了所有以太坊區塊空間(在證明驗證上花費500000 gas)，普通TPS 指對應運行環境佔領了所有以太坊1/3 的區塊空間。從效率成本上來說，

ZK 方案要比OR 方案的效率更高，具有更高的TPS 和更低的費用。

從時間成本上來說，由於欺詐證明機制，在Optimtisc Rollup 上提款需要7-14 天的提交期以供其他人來證偽潛在的作惡行為。雖然目前已經有類似Boba Network 等Optimstic Rollup 解決方案提出的流動性池機制來減少提款期。從兼容性上來說，

Optimsitic 和ZK 都面臨著需要兼容適配複雜EVM 合約調用操作的問題，但Optimstic 實現起來更容易，包括Arbiturm，Optimsim 在內的OR 解決方案都擁有EVM 兼容的虛擬機，允許其能夠處理在以太坊主鏈上發生的所有事務。ZK Rollup 發展受到限制的最主要問題之一即是以太坊EVM 的兼容性問題。

在EVM 設計之初，開發者們完全沒有想到之後會用到ZK 技術，EVM 操作生成可用的零知識證明是幾乎不可能的，由此催生了ZK-EVM 的需求。在之前不少人認為實現ZKSync 2.0 至少需要幾年時間，不過ZKSync 2.0 公共測試網在二月底已正式上線，這也是以太坊測試網上首個兼容EVM 的ZK Rollup，或許ZK Rollup 的正式大規模實際使用要比我們想像的要快一些。
為什麼兼容EVM 對於ZK 來說如此困難？

優點

優點
每個事務中包含的數據更少，增加了第2 層的吞吐量和可擴展性，與Optimistic Rollups 相比，更大的可擴展性和降低交易成本的好處；
缺點
缺點

缺點

缺點
計算零知識證明的難度將需要數據優化以獲得最大吞吐量；

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ZK Rollups 主要玩家對比ZK Rollup 技術領域有兩個主要的玩家：

zkSync 和StarkWare

下表從團隊、技術、數據可用性、融資和支持者以及當前產品和路線圖等方面直觀展示了兩者之前的一些主要差別。從團隊上來說，

StarkWare 更加學術，團隊由世界級的密碼學家和科學家組成，多年來在零知識領域開拓創新，發表了許多學術論文，並正在將其轉化為現實產品StarkWare；zkSync 團隊沒能夠找到更多的信息，但從其產品發布來看，具有跨行業者的氣質，辦事效率高。從技術上來說，

StarkWare 總的來說是一個更加優秀的技術，它提供了區塊鏈終結性（finality），這意味著它的資本效率是最優的。此外STARK 的主要優勢是：
發明並構建了自己的ZK-STARK 系統，而zkSync 的技術棧是由其他人建造的(由Aztec 構建的PLONK)。這也意味著StarkWare 對技術的掌握和提高技術的能力都更強；
已經有多個系統在生產環境中運行，這些系統使用一種稱為Cairo 的圖靈完備編程語言，該語言是現成可用的。 Matter Labs 處於生產環境中的只有一個簡單的支付系統，沒有圖靈完備的語言可用；

更快、更安全(從密碼學的意義上來說)、透明(無需可信設置) 和後量子安全，而Matter Labs 使用的核心技術(由另一個團隊構建) 較慢，需要可信設置，並且可以被量子計算機攻破；從數據可用性上來說，

StarkWare 首創了Volition 系統用來解決DA 問題。 Volition 允許終端用戶每筆交易都可以在rollup 方案(鏈上數據可用性) 和validium 方案(鏈下數據可用性) 之間選擇。 zkSync 使用的是基於Volition 的zkPorter 技術，其主要區別是：Volition 方案中用戶可以基於每一筆交易選擇數據存儲方式，而zkPorter 方案中用戶基於每一個賬戶選擇交易結算方式(zkPorter 賬戶只能通過鏈下DA 方式產生交易)。另外，zkPorter 的鏈下DA 系統更加去中心化，因為其DA 由zkSync 原生代幣激勵的守衛者網絡(Guardian) 提供安全保障，而不是一個中心化的“DAC”。從融資和支持者上來說，

StarkWare 估值20 億美元，並且正在以60 億美元的估值在進行D 輪融資。這是一個世界級的融資水平，有許多著名投資者。其支持者包括一些大亨和以太坊基金會的成員，Vitalik 自己還審查了StarkWare 發布的大部分文章。 zkSync 和StarkWare 相比，相對沒有那麼多著名的投資者，看起來像一個大型的Defi/CEX 加密家庭融資。其中每一個項目都為人熟知，他們聯合起來能形成很好的生態。不過這一點很重要，ZK Rollup 的成功將在很大程度上依賴於DeFi 協議的加入和與CEX 的直接集成。圖片描述圖片描述

來源：StarkWare

在2021 年11 月29 日，他們發布了StarkNet 的主網Alpha 版本，迅速向路線圖中的“星群”(Constellations) 階段發展。 StarkNet 是我們所期待的無需許可、多應用的通用型ZK Rollup。截至2022 年3月，StarkNet 測試網Goerli 共產生140 萬筆交易，主網共產生4.5 萬筆交易。在合約部署方面，測試網Goerli 上共有2.6 萬合約，主網上共有1600 合約。

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ZK Rollup 的優勢

ZK Rollup 解決方案能夠帶來一些獨特的優勢，如隱私保護、保留可擴展性和跨鏈應用的實現。
隱私是ZK Rollup 的優勢與特點之一
無許可區塊鏈可以在不信任第三方的情況下實現計算完整性，但它們在可擴展性和隱私方面付出了代價。從1980 年代開始，諸如零知識證明、交互式證明和概率可檢查證明等證明系統的理論工作已經闡明了解決這兩個問題的途徑，並體現在實際應用中；
保留可擴展性給予開發者理論上幾乎無限的計算能力
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ZK Rollup 的痛點

ZK Rollup 雖然是一個非常好的以太坊擴容方案，但其應用仍然伴隨著一些風險，如流動性割裂、通信難題和技術障礙帶來的可組合行降低以及中心化風險等。
流動性割裂問題在目前的多鍊格局下已經日益凸顯，這並不是ZK Rollup 應用面臨的獨有問題
由於多種技術方案的存在，未來rollup 網絡的數量更多，將會帶來更嚴重的流動性割裂情況。好消息是有許多跨鏈通信技術方案著手解決這個問題，如LayerZero 在2022 年3 月上線的StarGate（注意，目前StarGate 並不支持ZK Rollup）。 LayerZero 在保證安全性的前提下，正在給我們帶來一個“全鏈未來”，包括狀態共享、統一橋的流動性、跨鏈借貸、Swap 和多鏈收益聚合器；
可組合性問題主要體現在主鏈dapp 和子鏈dapp 之間的交互
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擴容的未來是怎樣的

在以太坊的擴容路線圖中，描述了一個短期以太坊以Optimistic Rollup 為主，而中長期則會採用“分片+ ZK Rollup” 的擴展場景。

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技術問題

上文已經簡單就ZK Rollup 的技術問題進行了說明，這裡進行一些細節上的補充。

關於兼容性問題，ZK Rollup 的技術問題主要在於對開發人員不友好，導致功能有限，之前主要由於以下兩個原因，很難構建通用DApp。
首先，如果你想在ZK Rollup 中開發DApp，你需要使用一種特殊的語言（即R1CS）編寫你所有的智能合約邏輯。不僅所需語言的語法複雜，而且這樣做還需要極強的零知識證明專業知識；

其次，ZK Rollup 不支持可組合性。這意味著不同的ZK Rollup 應用程序不能在第2 層內相互交互。這種質量極大地破壞了DeFi 應用程序的可組合性；

在ZK Rollup 中有兩種構建通用DApp 的方法，一是為不同的DApp 構建專用電路“ASIC”，這是早期的ZK Rollup 所採用的路徑，對應StarkWare 的行星階段，應用之間是無法交互的。另一個是為智能合約執行構建一個通用的“EVM” 電路，目前StarkWare 和zkSync 在解決這一點上有很大的進展。

從目前的情況來看，StarkWare 的發展處於“星群” (Constellations) 階段。 2021 年9 月，StarkWare 宣布推出了無需許可、多應用的通用型ZK Rollup，並且通過Cairo 語言支持智能合約。 zkSync 的發展也處於第二階段，2022 年2 月，zkSync 2.0 測試網上線，持續測試確保LLVM/Solidity 兼容性，以完全兼容EVM 和保證智能合約的可組合性。

注意，在解決方案上，StarkWare 和zkSync 採用的是完全不同的兩種技術方案。

StarkWare 採用了全新的圖靈完備的編程語言Cairo，並與OpenZeppelin 合作開發標準化合約，就像他們與以太坊合作的那樣，這意味著他們採用的是新的合約標準來實現可組合性。這無疑是一項大膽的決定，因為這會大大增加開發者的進入成本，目前Nethermind 的Warp 團隊正在幫助開發者將ERC-20 合約從EVM 字節碼轉換為StarkNet 合約並在StarkNet 上部署。這項工作進展迅速，其下一個目標是將任意智能合約從Yul 轉移到Cairo。

總的來說，
總的來說，

總的來說，總的來說，第一種策略兼容性更好，安全性更高，但是工作量更大，Hermez 採用的就是這種方案；第二種策略更靈活，工作量更小，但需要花費額外精力在適配上

，zkSync 採用的則是這種方案。 zkSync 同時開發了兩套針對zkEVM 的編譯器前端：Yul 和Zinc。在構建自己的編譯器時，zkSync 選擇了LLVM，LLVM/Solidity 的兼容性問題導致了2021 年8 月份zkSync 2.0 未如期上線的主要原因，這也是目前zkSync 2.0 測試網上線期間在重點克服問題。

StarWare 使用Cairo 看起來似乎兼容性更差，這是StarkWare 的缺點嗎？並不是。

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走向市場問題

ZK Rollup 贏得市場的模式與所謂“以太坊殺手”的公鏈幾乎一樣。 StarkWare 目前是中心化的，它們正在推動去中心化，zkSync 是開源的和去中心化的（但程度並不高），它們都沒有代幣。同樣的，Rollup 技術另一陣容的兩大選手Optimism 和Arbitrum 也同樣沒有代幣。

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來源：a16z

在這一點上，由於StarkWare 不開源，無從比較。從2022 年3 月的數據來看，zkSync、Optimism 和Arbitrum 三者情況如下：
從Github 上的收藏數量來看，zkSync 最多。 zkSync 為1.3K，略高於Optimism 的0.9K 和Arbitrum 的0.7K；
從Github 上的協議開發者數量來看，Optimism 最多。 zkSync 為43 人，Optimism 為66 人，Arbitrum 為36 人；
從Github 上的協議分叉數量來看，Arbitrum 略高為355 次。 zkSync 和Optimism 相當，分別為292 和303 次；

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StarkWare Landscape

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StarkWare Landscape

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來源：ZK_Daily兩者的生態繁榮程度相當，可以看出

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來源：ZK_Daily

走向社區（生態），首先需要內部能夠打通縱向流動性，這就需要支持可組合性，使得在生態中有一個統一的標準，能夠讓不同的應用協議之間進行無需許可的相互集成，像樂高積木一樣。在以太坊上做到這一點很容易，但由於零知識證明的問題，StarkWare 和zkSync 在這方面都付出了極大的努力，這一問題正在得到解決。

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如何投資擴容生態

區塊鍊是價值互聯網，傳統互聯網是信息互聯網。信息數據靠帶寬傳輸，價值交換靠流動性承接。公鏈生態首先要實現的是價值的流動，其次是價值的高效流動，然後是在價值的高效流動之上通過建立滿足用戶需要的應用，真正提高生產效率，最終建立一個高效、無需許可、不受審查、民主防作惡、開放普惠、公開透明的區塊鏈世界。

得益於智能合約，區塊鏈的應用不僅僅限制於作為一個去中心化的賬本，它還衍生出了非同質化通證用於數字世界的所有權界定以及同質化代幣作為治理基石的DAO作為新型治理組織結構等新鮮事物。這些創新結合已有的互聯網應用進一步衍生出更多的應用場景，然而目前的區塊鏈基礎設施並不能很好的承接這些應用場景的落地。首先是擴容問題。

不論是TPS 還是數據可用性，都需要擴容。這一點ZK Rollup 和Validium 已經做出了卓有成效的探索，此外還有其他Layer 2/Layer 1 解決方案，如Optimistic Rollup、Plasma、Solana、Celestia 等等。擴容技術本身就是最好的投資標的，目前這個階段，我們可以對鏈上存儲技術投入更多的關注。而擴容之後，高TPS 和可靠的數據可用性將使得區塊鏈的性能得到極大的提升，這將允許在區塊鏈上搭建更加複雜的應用，這些應用可以分為互聯網鏈改和區塊鏈原創兩大類。互聯網鏈改：
最明顯可見的是在GameFi 領域，如GameFi 鏈上實時對戰結算、鏈上實時通訊以及大規模的支付都可以實現；區塊鏈原創：

高性能的區塊鏈基礎設施允許比之前更為頻繁和密集的價值交換行為，這將極大地促進價值流動的低成本化，創新的應用應該是能夠真正提高資本利用效率，從而提高生產力的應用。此外，高性能的區塊鏈使得數據資本市場流動性的實現成為可能，這是顛覆性的創新，數據作為信息時代的生產要素，能夠充分地流動和應用，並進行合理公平地利益分配；

其次是流動性問題，這里分為橫向流動性和縱向流動性。橫向流動性

是指價值在不同的公鏈/L2 生態當中進行轉移。當一個新的公鏈/L2 生態形成的時候，用戶要從原來的生態進行遷移，就需要有好用的價值交換工具，這種工具有時候又稱為橋樑。目前傳統的橋樑工具有一些安全性的問題存在，這可能會導致用戶的資金損失，甚至有時候會引發連鎖效應。好在目前有一些新的橋樑技術出現，如LayerZero。相信會有更多越來越好的技術出現，如正當研究當中的zk bridges，能夠解決目前橋樑存在的很多問題。橋樑作為生態價值的流動性入口，可以衍生出更多的DeFi 應用，從而捕獲更多的價值；縱向流動性

是指價值在同一個公鏈/L2 生態當中進行轉移。縱向流動性的優化對於價值的高效流動貢獻更大，這得益於各種創新性的DeFi 應用，如AMM、Yield Farm、Lending等。高效的應用會在這個交換過程當中造成較少的價值損失。這一環節捕獲的價值毫無疑問是巨量的，然而目前的解決方案並不足夠好，大多數方案是通過鎖定流動性的方法提供流動性，資金的利用效率並不高。這方面的新穎解決方案包括Tokemak 和dAMM 等，這一方面我們可以留意更多的L2 應用；然後是數據隱私問題。

沒有哪一家公司希望自己的全部財務數據公開，讓全網可以審查每一筆財務流水。區塊鍊鍊上數據處於互聯網的HTTP 時代，所有信息明文“傳輸”，而ZK 技術的出現，可以讓區塊鏈迎來HTTPS 時代。可以相信的是，未來區塊鏈上幾乎每一筆交易，都可以由零知識技術保護。到那個時候，區塊鏈技術才能夠深入社會每一個角落，在保障交易去信任化、防篡改、開放和安全透明的情況下，又帶來交易的隱私性。隱私保障的最佳打開方式應當是以協議的形式，作為插件，像樂高積木一樣和其他協議搭建在一塊，做到可配置、可擁有和抗審查。在可以看見的未來，隱私協議會稱為每一個應用必須整合的協議。最後說一下錢包

，錢包作為區塊鏈世界的入口，其地位舉足輕重。如果要用互聯網類比，錢包就像互聯網時代的瀏覽器，信息通過瀏覽器與人交互，而價值通過錢包與人交互。都說現在是區塊鏈的網景時代，小狐狸可能就是當年風生水起的網景，儘管他們的結局可能會不同，但我認為現在的錢包遠達不到好用的程度。其中最重要的一點是，價值在不同的錢包之間不是高效流動的。雖然這裡可能因為一些兼容性的問題影響到了互操作性，但毫無疑問的是，我們需要一套通用的標準來定義這個價值接口。

以上是基礎設施，是價值產生和開始捕獲的領域，只有完善了這些問題（可能沒有詳盡），區塊鏈技術才能夠迎來真正的爆發，價值互聯網才能夠將每一個人連接起來。

在以往的公鏈生態裡面，價值主要由協議捕獲，首先是公鏈本身，其次是DeFi 領域，尤其是交易所和交換平台。這裡可以參考著名的胖協議理論。一直以來都有關於胖協議理論的爭議，但目前來說，胖協議理論大致還是正確的。在我看來這是由於區塊鏈的基建時代還遠沒有走到尾聲。基礎設施建設是漫長、艱難而又耗費人力物力的，但它是最具有護城河效應的領域。

在基礎設施之上，能夠帶來巨大效益的應用被稱為動能應用，創造最多價值效應的一定是動能應用。基建還是動能，並不是一層不變的，就像淘寶曾經是互聯網的動能，而現在作為平台的淘寶在漸漸成為螞蟻金服的基建。基建的核心目的是為了給動能應用鋪路，降低動能應用的採用成本。

區塊鏈的動能時代還沒有到來，而隨著動能時代的到來，毫無疑問胖協議理論就會失效（儘管目前已經出現了一些問題）。在目前的時間點，押注能夠降低應用採用成本的基礎設施賽道才是明智的選擇。關於應用的採用成本，這裡不僅僅包括經濟成本，還包括效率、技術門檻甚至信仰成本（體現在去中心化、去信任化、抗審查等的區塊鏈原教旨主義方面）。二級標題

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