ZK Rollup起飛指南_ARK

??作者：OPResearch

??Layer2作為以太坊公鏈的優化方案，一直是大家關注、討論、研發的熱點，例如Axie所在的Ronin、DYDX所用的Starknet、Arbitrum、Optimism、ZKSync等，眾多研發團隊對Layer2技術方案進行了積極嘗試。那到底什么是Layer2呢？以太坊公鏈本身被稱為Layer1、主網或者主區塊鏈層，Layer2則是指將交易從主區塊鏈層移到可以與主鏈通信的單獨一層中以實現更快速的交易與更低的GasFee。如下圖所示，Layer2類似于在以太坊主網上嫁接了一條“高速公路”，對以太坊主網交易量進行分流，緩解以太坊主區塊鏈層交易擁堵的情況。目前Layer2已出現多個技術方案，包括狀態通道、側鏈、Plasma、Rollup等。側鏈和Rollup是當下大家常聽到的方案，但側鏈和Rollup的區別在于，側鏈需要有自己獨立的節點進行驗證，其安全性主要依賴于側鏈自身；而Rollup則是直接基于Layer1在鏈下批量集中處理交易并將更新情況發布到主區塊鏈，同時在鏈上發布交易數據，其安全性依然依靠Layer1。

圖1：Layer0、Layer1和Layer2示意圖

???雖然Rollup相比于側鏈安全性更可靠，但目前對以太坊主網的優化效果依然有限，但不可否認的是，Rollup是真正基于以太坊主網實現的優化，以太坊主網的項目不需要做任何更改就可以進入使用Rollup方案的鏈，而用戶也不需要冒著風險使用跨鏈橋來轉移資產，也即以太坊上任何可能的交易都可以在Rollup中執行。其原理如下圖所示，基于Rollup技術方案的鏈會在以太坊主網上建立一個Rollup合約來監控Rollup鏈上的狀態，其中包括了在鏈上進行交易的用戶的賬戶余額和其中存在的合約的智能合約代碼，這些信息被記錄在由一個鍵值映射組成的“狀態根”中，其中鍵是地址，值是帳戶。每個賬戶最多有?4?個屬性：余額、隨機數、代碼和存儲。由于Rollup只是將交易數據發布到主鏈而不是執行鏈上的交易，發布在主鏈上的交易數據和狀態根很可能是欺詐性的，所以為了解決這個關鍵問題，樂觀Rollup??和?零知識Rollup?方案被提了出來。

圖2：Rollup技術原理示意圖

Polymer Labs推出Optimistic ZK IBC Connections，可降低延遲與成本:6月16日消息，專注于IBC協議的基礎設施提供商Polymer Labs推出Optimistic ZK IBC Connections。該模型受到OSI模型啟發，包含應用層、傳輸層與狀態層。結合Optimistic與零知識證明驗證兩種技術可以提供具有理想特性的動態延遲：延遲的上限；當中繼者受到適當激勵時，可能會降低延遲；降低連接維護成本。[2023/6/16 21:42:32]

??不同于OptimisticRollup樂觀的認為所有被提交的狀態根都是可信的，并通過提交欺詐證明來保證安全，ZKRollup?中ZK-Sync使用ZK-SNARK的加密證明來發布狀態根，并使用零知識證明技術來驗證狀態根的真實性，從而避免訪問數據本身以保證隱私性。相比于OptimisticRollup需要一周才能提現，ZKRollup只要10分鐘就能提取資產。但ZK-SNARK作為一個新技術，而其數學原理極為復雜，導致目前ZKRollup還在開發階段，而且因此其適應性相比于OptimisticRollup要弱一些。不過ZKRollup的優勢也很明顯，ZK-SNARK免去了交易的見證人，這大大減少了存儲在鏈上的數據，增加可拓展性，而ZK-SNARK能夠驗證每筆交易也更使其加安全。

??類似的，StarkWare也采用ZKRollup，不過是基于ZK-STARK。由于ZK-STARK技術相比于ZK-SNARK做了可拓展性，跳過初始化可信設置和抗量子計算方面的改進，導致現階段不如其成熟，而Gasfee的消耗也更高。另外StarkWare使用的是Cairo語言，一旦實現圖靈完備，就很難與EVM兼容。為解決這個問題StarkWare團隊開發了代碼轉譯器Warp，將Solidity智能合約無縫轉換為Cairo。另外當前StarkWare通過StarEx已經實現了dydx、Immutable、Deversifi專用型的ZKRollup。

??上文對Layer2以及作為其中技術方案之一的Rollup進行了簡要介紹，我們認為作為Rollup其中一個方向的ZKRollup優勢更為明顯，可拓展性也更好，基于ZKRollup的鏈今后可能會被更廣泛的使用。但是ZKRollup鏈是否真正能夠在主網上線后突破眾多側鏈和Arbitrum與Optimism的重重包圍，占據與其技術水平一樣高位置呢？本文嘗試通過四個維度評選分析每個維度中表現較好的公鏈，并以此為依據推測ZKRollup鏈的發展潛力，并給出相應建議。

基于ZK Rollup的訂單簿DEX DeGate正式上線主網Beta版本:5月3日消息，基于ZK Rollup的訂單簿DEX DeGate正式上線主網Beta版本，此前DeGate進行早期采用者NFT通行證鑄造活動，從主網Beta版本發布開始的首個星期，協議僅限DeGate NFT鑄造者訪問，之后將向公眾開放。

此前報道，DeGate已通過Trail of Bits、Least Authority、Secbit多家審計機構的審計，同時與Immunefi合作推出的111萬美元的漏洞賞金計劃也正在進行中。[2023/5/4 14:40:52]

???四個維度：

??1.加密原生

??2.鏈上資金

??3.生態

??4.社區

??1.??加密原生

??加密原生即區塊鏈技術核心程度，如概念上的開創性進展、技術上的創新等。例如以太坊開創了圖靈完備的虛擬機，將區塊鏈從比特幣的支付網絡拓展為各種復雜交互，使得DeFi等概念成為可能。而其他擁有獨特技術、提出新穎概念、進行不同嘗試的公鏈有很多，我們挑選出Cosmos、Polkdaot和Solana三個公鏈作為加密原生維度的代表，以闡述公鏈如何通過自身創新性或性能提升在加密原生領域獲得一席之地。

??Cosmos

??Cosmos認為未來是一個由專注于不同功能應用的區塊鏈構成的多鏈宇宙。基于這一構想，Cosmos開發了三部分基本組件：1）Tendermint共識協議，2）CosmosSDK，3）IBC跨鏈通信協議，解決了跨鏈問題，使多鏈宇宙成為可能。Cosmos精簡了區塊鏈應用的開發流程，通過豐富的SDK和Tendermint引擎讓開發人員專注于應用本身，而不用過多關注底層的協議。更重要的是，Cosmos實現了原生跨鏈，每條鏈都可以通過Cosmos的樞紐「Hub」進行原子級交易，實現真正的跨鏈，而不是與其他主流跨鏈橋一樣通過在不同鏈建立資金池來實現所謂的“跨鏈”。

?Polkdot

??Polkadot則用主鏈“中繼鏈”和分片“平行鏈”方式來實現跨鏈。各平行鏈通過與中繼鏈連接來實現與其他平行鏈的溝通，而每條中繼鏈可以支持大概100條平行鏈。Polkadot使用Wasm作為元協議，這允許平行鏈可以定義自己鏈的邏輯和語言，他們只需把自身的狀態轉換函數提供給中繼鏈驗證人來執行即可與中繼鏈連接。Polkdot的應用可以存在于某個平行鏈內，也可以跨平行鏈部署。盡管中繼鏈可以連接各平行鏈，但是中繼鏈的接口是有限的，所以平行鏈們需要用拍賣的方式進行競價來爭取插槽，這也即大家經常提及的「插槽拍賣」。

V神：ZK Rollup可能是以太坊頂級Layer2擴展武器:8月8日消息，以太坊創始人Vitalik Buterin在2022韓國區塊鏈周KBW 2022峰會中就以太坊的各類問題進行發言，他表示，由于Layer2 Rollup，以太坊網絡的交易成本將很快降至1美分，在將來所有效率改進后交易成本可能降至0.05美元，甚至可能低至0.02美元，隨著成本的下降，區塊鏈實際上可以啟用和解鎖全新的場景用例，這將完全改變游戲規則。另外，下一個十年對區塊鏈技術至關重要，區塊鏈應用需要證明它們的實用性， 所以ZK Rollup很可能是以太坊的頂級Layer2擴展武器。Vitalik還表示，量子計算將是未來的重要考慮因素，以太坊需要升級以保護自己免受未來的量子計算攻擊，并考慮轉向“新形式的密碼學”，以抵抗潛在的攻擊，但可能需要幾十年的時間。[2022/8/8 12:10:08]

??Solana

??Solana旨在保持低成本的同時擴大吞吐量。為實現這一目的，Solana采用一種創新的混合共識模型，將獨特的歷史證明(PoH)算法與閃電般快速的同步引擎(也就是另一種版本的權益證明，PoS)相結合。歷史證明(proof-of-history)是Solana協議的核心構成，其可為網絡上的每筆交易提供一個時間戳用以確認網絡上任何時間點發生的交易。PoH依賴于使用基站拜占庭容錯(BFT)算法的PoS，是實用拜占庭容錯(pBFT)協議的優化版本。此外，Solana采用獨特的Rust語言編寫智能合約，使用BPF字節碼來實現更高的執行效率即TPS。

2.?鏈上資金On-ChainAsset

??鏈上資金指在該區塊鏈上發行的具有相對穩定購買力的主流代幣的集合，如BTC、ETH、BNB、USDT、USDC、DAI等。一條公鏈上的高質量資產的數量決定了其鏈上資金可拓展的空間，因為目前區塊鏈中并無普適的信用抵押方式，只能使用資產抵押來增加杠桿，而被抵押資產通常都需要是優質資產以保證安全性，所以我們選擇了當前鏈上優質資產較多的三條公鏈來作為代表：BSC、Solana和Terra。如下表所示，這三條公鏈的鏈上主流資產都是百億美元級別，且主要為該公鏈的公鏈代幣、BTC、ETH與USDT、USDC、UST等穩定幣，雄厚的鏈上資金使得鏈上生態的發展如虎添翼。

StarkWare推出ZK Rollup擴容方案StarkNet Alpha2版本:金色財經報道，據官方消息，StarkWare推出ZK Rollup擴容方案StarkNet Alpha2版本。StarkWare發布了一個測試框架，開發人員現在可以在本地有效地測試他們的合約。新功能包括可組合性，支持智能合約之間的交互；本地測試框架，將允許開發人員通過在本地測試其StarkNet合約部署和交互來加快dApp開發，此版本僅包L2交互，下一版本將擴展功能和易用性；性能提升，改進了StarkNet的設計，支持更高的吞吐量和更短的驗證生成時間，允許創建更大的區塊，從而降低每個交易的成本。添加了一個內置函數來支持StarkNet合約中更高效的按位運算（文檔）；以及StarkNet正在從Ropsten遷移到Goerli。[2021/9/1 22:53:12]

3.生態Ecosystem

???公鏈上的生態項目的數量與質量是除資金之外的另一個決定公鏈發展重要因素。優質的項目可以吸引大量的活躍用戶，并衍生出可觀的資產，帶來海量的外部資金。與此同時，一個完善的生態的建立需要一定數量的優質項目作為支撐，從而帶給用戶與開發者良好的交互體驗，且能夠更大限度的抵抗外部風險并拓展資金利用率。據此，我們選擇了BSC、Solana和Cosmos作為代表，通過鏈上TVL、項目數量與轉賬數來判斷其生態發展狀況。由下表可見，BSC項目數量最多，Solana轉賬數最多，而Cosmos則TVL最高。這一現象正體現了這三條公鏈各自生態的優勢所在：(1)BSC作為以太坊側鏈，兼容所有基于EVM運行的項目；(2)Solana可以通過高TPS最大化轉賬效率，優化項目交互體驗；(3)Cosmos通過IBC協議貫通所有IBC鏈，囊括所有IBC鏈的TVL。

???這三條公鏈還設有開發者激勵計劃或獲得交易所的代幣上所支持，以鼓勵開發者來的自己公鏈開發項目，并給予早期優質項目資源傾斜。例如BSC有最具價值開發者加速計劃幫助優質創業項目進行更多創新變革，獲得行業成熟經驗與資金支持，并且加速社區和項目的協同發展。此外，BSC上的優質項目，也會天然被用戶給予優先上幣安交易所的期望。類似的，Solana有Hackathon，還有FTX的支持，因此，Solana上的優質項目同樣會獲得Solana生態基金的資助與開發扶持和上線FTX交易所的預期。Cosmos則利用SDK降低開發難度，依靠鏈與鏈之間的資源互通與生態里的質押空投來激勵項目發展，例如新鏈可以通過引入LUNA和UST，獲取Terra鏈的資本，而Terra鏈上的項目如Anchor也可以與其他鏈合作納入該鏈代幣作為可質押資產，增加該代幣的使用場景。

以太坊ZK Rollup擴容方案Hermez Network正在開源零知識證明模塊:據官方消息，以太坊ZK Rollup擴容方案 Hermez Network表示，正在開發一個名為Rapidsnark新的zk-SNARKs零知識證明模塊，目前已經發布并開放了源代碼。[2021/2/2 18:43:40]

4.社區Community

???社區維度指公鏈社區的活躍度與投資機構的支持。一條公鏈需要得到足夠的關注度與資金才能長期可持續的發展下去。社區活躍度我們主要觀察各社交媒體的總人數、發言數、消息內容等。投資機構主要觀察公鏈早期投資人與其對于該公鏈所投入的資源，如資金、宣傳與合作。綜合考察后，我們評選出BSC、Solana和Avalanche三條公鏈。如下圖所示該三條公鏈社群體量龐大，而且活躍度較高，同時關注內容也都集中在公鏈的交互與生態，而不僅僅是代幣價格的拉升。具體來說，BSC由于其早期優勢，擁有豐富的生態，積累了大量優質活躍用戶，這也在其遙遙領先的Twitter關注人數與discord周發言數上體現。而Solana和Avalanche則基于新興市場贏得了很多的telegram和discord用戶。而消息內容則主要為鏈上信息科普、鏈上操作疑問、預防詐騙、生態項目咨詢等。

??不同于幣安純資本與資源的推動，Solana和Avalanche社區的繁榮還得益于知名機構投資人們的大力宣傳，特別是SBF之于Solana和Suzhu之于Avalanche，他們在自己的社交媒體頻繁介紹和推薦相關公鏈的生態項目，同時由于他們具有一定決策權，也常承諾一些激勵性的活動，從而吸引了大量新用戶并提升用戶參與度。因此除資金支持之外，名人效應及知名投資機構對公鏈熱度也具有一定的幫助。

1.??加密原生CryptoNative

??從加密原生的角度來看ZKRollup，那么其重要性自然不言而喻。Rollup承載了以太坊走向模塊化區塊鏈借此實現擴容的重要角色，也就是將共識交給以太坊一層，將執行和數據可用性轉移給Rollup來運行。其中零知識證明作為備受認可的加密原生的方案，本質上是壓縮計算量的同時，也保障了數據的正確性。其中技術方案的原理我們在上文已經詳細描述，而備受認可的結果，我們可以從當前兩大ZKRollup的募資情況來一窺究竟。

???更甚者，連以太坊的創始人Vitalik都曾在其文章中提到，中長期來看，隨著ZK-SNARK技術的成熟，ZKRollup會在所有用例中發揮出優勢。這么看的話，ZKRollup的加密原生屬性已經不言自明了。

2.??鏈上資金On-ChainAsset

??第二部分關于ZKRollup的鏈上資金我們可以先從以太坊上的存量資金來判斷。毫無疑問，以太坊上的具有相對穩定購買力的主流幣是所有具有智能合約的公鏈中最多，不僅ETH的市值始終穩定在所有加密貨幣中的第二位。其次，主流的美元穩定幣如Tether發行的USDT，Circle發行的USDC，基于數字貨幣抵押的美元穩定幣Dai、MIM，以及各種算法穩定幣如Frax、Fei，再者，BTC的錨定幣如WBTC、HBTC、renBTC，上述擁有鏈上絕對購買力的主流幣，目前主要流通的公鏈依然是在以太坊中。基于此，ZKRollup作為備受期待的以太坊擴容解決方案，而Rollup天然的優勢使得上述在以太坊一層中停留的鏈上資金不用承擔目前主流跨鏈橋的風險即可來到二層，自然能承接許多來自以太坊一層的外溢資金。

3.?生態Ecosystem

??以太坊的誕生由于有著對web3.0的先發優勢，本就產生了目前全世界最成熟的區塊鏈生態，無論是從開發者生態，基礎設施以及項目生態，甚至到以太坊中的用戶生態，都在區塊鏈公鏈中一騎絕塵。對于ZKRollup而言，生態的壯大除了鏈上資金之外，能否吸引目前在以太坊一層上優質的web3.0項目將其主要活動、資金鎖倉量、用戶遷移至其二層網絡上，將成為重中之重的首要任務。其次，能否真的將用戶使用使用的費用GasFee下降到如BSC/Avalanche，甚至是Solana的等級，將決定ZKRollup能否把2021年中從以太坊外溢的資金以及流量再此吸引回來。最后，從公鏈發展歷史中，能否讓公鏈有著指數型的鏈上交易增長，很大程度取決于新形態的敘事故事，如2020年的DeFi、2021年的NFT、GameFi等。因此，伴隨著ZKRollup將帶來對于以太坊中的指數型增長，能否有著新形態的web3.0產品落地也會是ZKRollup能否帶領以太坊再創新高的關鍵因素，以下我們針對zkSnyc/Starkware的當前生態分別描述。

??zkSync方面，從目前揭露的募資消息來看，有著大量的優秀web3.0項目對其進行投資，并且多個CEX也已經宣布開通基于zkSync的提幣通道；更重要的是在zkSync中可以使用任何token來支付其費用，而無需購買ETH或像MATIC這樣的自定義token，這個功能將使得zkSync的使用門檻對比其他Layer2甚至其他公鏈來說會是王炸般的存在。此外，為了降低開發者的開發難度，zkSync2.0從誕生之初就相當強調開發者能使用Solidity通過其zkEVM和編譯器結合在一起，實現99%的EVM兼容，這點讓DeFi能夠在zkSync2.0中大規模應用的前景看似更有可能發生。

??Starkware方面，2020年6月份推出StarkEx作為其Layer2可擴展性引擎，允許創建由Cairo和STARKs提供支持的應用專用型的ZKRollup。目前基于StarkEx在運行的項目已有dydx、Immutable、Deversifi、Sorare，當前鏈上鎖定金額已達到$1.16B，處理了超過1.4億萬筆交易，累計交易金額超過5180億美元。根據其官方的發展路徑，他們下一步將朝著在同一個StarkNet上運行多個應用程序的同一個全局Layer2，以此來實現不同應用程序之間的互操作性，并且由于規模經濟的提高而降低其gasfee成本，最終實現第三階段的去中心化運營。

https://medium.com/starkware/on-the-road-to-starknet-a-permissionless-stark-powered-l2-zk-rollup-83be53640880）

??ZKSync：TVL$122?M；totaltransactions7,264,107；生態項目85

??Starkware：TVL$1.16B；145MTx

4.??社區Community

??社區方面，當前ZKRollup的兩大項目在社交媒體的總人數、發言數、消息內容等社區活躍度指標上都已經接近于BSC、Solana、Avalanche，甚至在Discord發言數方面，zkSnyc更是領先于其他公鏈，而這一切都建立在主網還沒上線的當下。從投資機構方面來看，2022年3月，StarkWare正在以60億美元的規模進行最新一輪募資，翻開其過往投資者，這絕對是一個超高級的融資水平，除了以太坊創始人Vitalik，還有著幣圈著名的頂級投資機構如Paradigm等，更有著在web2.0時代就已經著名在外的紅杉資本。另一方面zkSnyc的募資過程看起來更貼近開發者和用戶端，除了如UnionSquareVentures、A16Z等VC外，更有著一連串DeFi項目以及交易所的投資，而這些項目預期也能對應帶給zkSync2.0主網上線后的快速集成。

???ZKRollup投資機構及募資情況如下表所示：

???因為ZKRollup的技術優勢備受關注，從上述圖表中也可看出ZKRollup的兩大天王項目也受到大量的投資機構的追捧，其中特別之處是zkSync中有非常多來自交易所以及web3.0項目方的投資，不難看出不少知名的中心化交易所以及web3.0的項目對于ZKRollup是相當看好的。

??最后，ZKRollup已經向我們證明了指數型降低在以太坊使用中的GasFee以及大幅提升可擴展性是可行的，OpResearch非常期待ZKRollup在可預見的將來，帶給以太坊社區以及用戶一個全新風貌的以太坊，一切順利的話，我們可以大膽想象大規模應用的web3.0產品就近在咫尺了。

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