隨着區塊鏈採納的加速，擴展性已成爲行業面臨的最關鍵挑戰之一。擁堵的網絡導致確認速度緩慢、交易費用上升以及用戶體驗差。爲了解決這些侷限性，開發者們轉向了兩種廣泛的方法：直接在基礎層升級區塊鏈，以及在現有網絡上構建補充系統。
zk-Rollups 屬於第二類。它們是一種 Layer-2 擴展技術，旨在在顯著提高速度、成本效率和隱私的同時保持區塊鏈的安全性。
區塊鏈中的可擴展性問題
當區塊鏈被大量使用時，每筆交易都在有限的區塊空間中競爭。這一瓶頸增加了費用並延遲了最終性。解決此問題通常有兩條路徑。
Layer 1 解決方案修改區塊鏈本身以提高吞吐量。分片是一個常見的例子，其中區塊鏈被分為可以同時處理交易的平行部分。
另一方面，Layer 2 解決方案保持基礎區塊鏈不變，並將大多數交易處理移至其他地方。基礎鏈仍然是一個安全的結算層，而計算在鏈下處理。Rollups 嚴格屬於這一類。
從高層次理解 Rollups
rollup 是一種協議，將許多交易批量處理並在鏈下執行。它不是將每個交易單獨提交到主區塊鏈，而是將結果的壓縮摘要發回 Layer 1。這種方法減少了擁堵並降低了費用，同時保留了底層鏈的安全保證。
當前有兩種主導的 rollup 設計：樂觀 rollups 和零知識 rollups。雖然兩者的目標相同，但它們的驗證模型根本不同。
zk-Rollups 的不同之處
zk-Rollups，即零知識 rollups，依賴於加密證明而不是假設。每批在鏈下處理的交易都伴隨著數學有效性證明。這一證明證明所有狀態變更遵循協議規則，而不揭示底層交易數據。
由於正確性是在前期證明的，因此 zk-rollups 不需要爭議或挑戰期。一旦在基礎鏈上驗證證明，交易批次即為最終。
這一設計與樂觀 rollups 相對立，後者假定交易是有效的，除非有證明反之，並在等待期間依賴於欺詐證明。
零知識證明的角色
零知識證明允許一方證明一個陳述是真實的，而不透露任何額外信息。在 zk-rollups 的上下文中，證明者證明一批交易是正確執行的，而驗證者則在鏈上高效檢查證明。
三個特性定義了一個適當的零知識證明。如果陳述為真，證明將始終有效。如果陳述為假，幾乎不可能說服驗證者。最重要的是，驗證者不會了解超出陳述有效性的任何信息。
這些特性使得零知識證明非常適合區塊鏈，其中透明度必須與隱私和安全共存。
zk-Rollups 如何在實踐中運作
zk-rollup 系統圍繞兩個主要組件構建。
鏈上智能合約存在於基礎區塊鏈上，最常見的是以太坊。這些合約管理存款、提現、rollup 狀態更新和零知識證明的驗證。
鏈下執行環境處理交易處理。交易在這個 Layer-2 環境中發生，計算快速且便宜。一旦一批完成，操作員生成有效性證明並提交給鏈上的驗證合約。
基礎鏈驗證證明，更新 rollup 狀態，並最終確定批次。至關重要的是，以太坊不需要負擔執行每筆交易，只需驗證簡潔的加密證明。
zk-Rollups 的好處
zk-rollups 最重要的優勢之一是提高了吞吐量。通過將執行移至鏈下，它們允許在相同的時間內處理更多交易。
網絡擁堵也減少了。基層只需存儲緊湊的證明和最小的摘要，而不是完整的交易數據。這使得區塊鏈的存儲需求保持可控。
較低的擁堵直接導致較低的費用。用戶受益於比 Layer 1 執行快得多的交易，且成本僅為其一小部分。
安全性是另一個主要優勢。zk-rollups 繼承基礎鏈的安全性，並包括允許用戶在 rollup 操作員失敗的情況下提取資金的保障。這與側鏈有著明顯的區別，後者通常依賴於獨立的安全假設。
最後，zk-rollups 提供了更快的最終性。由於沒有挑戰期，交易一旦驗證有效性證明就變為最終。
權衡和限制
儘管有其優勢，zk-rollups 也面臨挑戰。零知識證明背後的密碼學是複雜的，使得開發和審計比樂觀 rollups 更困難。
zk-rollups 仍然受到基層的約束。雖然它們減少了執行負載，但仍然依賴於底層區塊鏈的數據可用性和結算。
流動性分散是另一個關注點。隨著資產進入 Layer 2 環境，流動性可能會在生態系統中分散，可能影響市場深度和效率。
zk-Rollups 與樂觀 Rollups
樂觀 rollups 假定交易是有效的，並依賴於在挑戰窗口期間的欺詐證明。這使得它們更易於實施，與現有智能合約更兼容，但也導致了提現速度較慢和最終性延遲。
zk-rollups 用零知識證明驗證每批交易。它們提供更快的最終性、更強的安全保證以及更好的數據效率，但代價是更高的技術複雜性和更高的證明生成開銷。
樂觀 rollups 的例子包括 Optimism、Arbitrum 和 opBNB。zk-rollup 的實現包括 zkSync 和 Starknet，這兩者都專注於大規模利用零知識技術。
為什麼 zk-Rollups 對未來重要
可擴展性通常被描述為大規模區塊鏈採用的最後障礙。zk-Rollups 代表了這一挑戰最有前景的解決方案之一。通過將加密保證與高效執行相結合，它們提供了一條通向快速、實惠和安全的區塊鏈的道路，而不會犧牲去中心化。
儘管技術仍在發展中，但零知識工具和開發者框架的改進正迅速降低入門門檻。隨著這些系統的成熟，zk-rollups 可能會成為區塊鏈基礎設施的核心部分。
結論
zk-Rollups 不僅僅是一種擴展技巧。它們代表了區塊鏈如何在保護安全性和隱私的同時處理交易的根本轉變。它們的設計允許網絡在不過載基層的情況下增長，使其成為下一代區塊鏈系統的關鍵組件。
隨著採用的增加和工具的改進，zk-rollups 可能會定義未來幾年去中心化應用的性能標準。理解它們今日的工作原理為區塊鏈技術未來的發展提供了有價值的見解。
