ZK Rollup 解决方案介绍及其投资机会

作者：0xC&D，@Pepperinvestmentfund 零知识证明技术已经将自己定位为扩展区块链的重要领跑者之一。最近的一个热门话题是区块链第 2 层扩展解决方案和Rollup，尤其是在以太坊区块链上。在过去的几年里，我们看到许多零知识证明协议作为扩展解决方案出现。在这篇文章中，我们希望介绍 ZK Rollup 解决方案是如何工作的，以及它在这个赛道上的投资现状。
什么是第 2 层 (L2)？
我们提到零知识证明技术可以用于第 2 层扩展解决方案，但是第 2 层是什么？第 2 层是负责链下交易的连接网络。它用于通过处理以太坊主网（第 1 层）的交易来帮助扩展应用程序的解决方案，同时仍保持与以太坊主网相同的安全测量和去中心化。也就是说，它不必在第 1 层争夺宝贵的区块空间。第 2 层解决方案提高了吞吐量（即交易速度）并降低了 gas 费用。
第 2 层解决方案很重要，因为它们允许可扩展性和增加吞吐量，同时仍然保持以太坊区块链的完整性，允许完全去中心化、透明度和安全性，同时还减少碳足迹（更少的气体意味着更少的能源使用，这相当于更少碳排放。）
什么是L2 Rollup？
Rollup是第 2 层扩展解决方案，它从L 1 脱链运行，但在执行这些交易后仍将交易数据发布到第 1 层。考虑到交易数据位于第 1 层，Rollup由相同的第 1 层安全措施保护。事实上，这是Rollup为用户提供的定义功能。
第 2 层Rollup具有三个属性：
• gas费减少：交易在第 1 层之外执行，因此不需要额外的Gas fee。
• 安全维护：交易数据和证明驻留在第 1 层，因此可以维护区块链安全。
• 交易委托：位于第 1 层的Rollup智能合约可以通过使用存储在第 1 层的交易数据在第 2 层强制执行正确的交易。
Rollups 要求用户在 rollup 智能合约中质押保证金，这鼓励用户正确验证和执行交易。Rollup很有用，因为它们可以降低费用、增加交易吞吐量并扩大参与度。
零知识 (ZK) Rollup：
ZK rollups 是一种使用有效性证明来扩展计算的解决方案。它在链下运行计算并向主链提交有效性证明。 ZK rollups 捆绑了以太坊主网上的数千笔交易，并创建了称为 SNARK（即简洁的非交互式知识论证）的加密证明，并且该证明由以太坊智能合约验证。因此，在区块最终确定之前，所有以太坊全节点都会对每笔交易进行全面验证。
ZK rollup 的智能合约将所有传输的数据保存在第 2 层，并且只能使用有效性证明来编辑数据。这意味着 ZK Rollup只需要有效性证明，而不是所有交易数据。由于包含的数据较少，此功能降低了交易成本。对于 ZK rollup，将资产从第 2 层转移到第 1 层时几乎没有犹豫，因为有效性证明已经被 ZK rollup 批准并已经授权交易。
ZK rollups 的一些显着优势包括：
• 资产转移几乎是即时的。
• 提供强大的隐私和安全性，因为使用了零知识证明。
• 在保持安全性的同时仍然安全且分散。
什么是 zkEVM？
zkEVM 是一个虚拟机，它以与 ZK Proof计算兼容的方式执行 EVM 智能合约。 zkEVM 有多种类型，因此我们必须区分这些类型的解决方案。
• EVM 兼容性 = Solidity/Vyper 级兼容性
• EVM 等效性 = EVM 字节码级兼容性 + 以太坊执行客户端（Geth 等）
• 全尺寸 zkEVM = EVM 规范级兼容性
他们都有一个共同点，他们以自己的方式添加了对 EVM 的“电路”内支持，并进行了各种权衡。请注意，使用高级语言（例如 Solidity/Vyper）编写的智能合约代码需要编译为 EVM 字节码才能部署到以太坊区块链。
这些解决方案的工作方式相对简单：
• 对于 EVM 兼容性，您将 Solidity/Vyper 代码转编译为 VM 的字节码，然后在电路中证明执行跟踪的有效性。
• 对于 EVM 等效性，您将 EVM 字节码反编译或解释为 VM 的字节码，然后在线证明执行跟踪的有效性。
• 对于一个完整的zkEVM，你证明了EVM 执行跟踪的在线有效性。
对于大多数现有的 zkEVM，例如 Polygon Hermez 和 zkSync（我们将在下一节中简要介绍这些项目），它们通过一个解释器/编译器运行不同的字节码，该解释器/编译器反映了 EVM 字节码的所有功能，但不是完整的 EVM 等效字节码。因此，与 EVM 兼容的 ZK Rollup将 Solidity/Vyper 编译为针对自定义 VM 而不是 EVM 的字节码。
EVM 工具兼容性在安全权衡级别上很重要，因为增加额外的复杂层会增加新的漏洞。
部分ZK赛道项目简介
ZK rollups 有许多应用程序，您可以将它们集成到您自己的 dapp 中。我们在这篇文章中简要介绍了其中一些及其最近的状态。请注意，我们介绍了它们的最新版本，因为其中一些仍处于开发进度和测试阶段。
Aztec
Aztec 是一个专注于隐私的私有 L2 Rollup解决方案。它通过称为 DeFi 聚合的过程实现与 L1 智能合约和流动性的有效私人交互。它使用 Plonk 作为底层 的zk-SNARK 方案，通过其 Aztec Connect 桥接器为任何 L1 协议增加隐私和显著节省gas。
Aztec Connect 桥是部署在主网上的 L1 可靠性合约，它使 DeFi 协议符合 Aztec rollup的接口。这使得Aztec Rollup合约通过桥与 DeFi 协议进行交互。桥接合约将任何 L1 DeFi 协议建模为异步资产交换。您可以为每个桥指定最多两个输入资产和两个输出资产。
Aztec Rollup如何工作？
在 Aztec 上拥有屏蔽资产的 Aztec 用户可以构建一个零知识证明，指示 Aztec rollup 合约进行外部 L1 合约调用。它以Rollup的形式在 Aztec 网络上提供批量的多个 L2 事务意图。然后，Rollup合约针对 L1 DeFi 合约进行聚合交易，并将资金返还给 L2 上的用户。
任何 Aztec Connect 交易的资金来源都是 Aztec 保护资产。当用户与 Aztec Connect Bridge 合约交互时，他们的身份是隐藏的，但发送到桥的余额是公开的。 Aztec 使用虚拟资产概念来表示 Bridge 合约持有的资产份额。这比挖掘 ERC20 代币要高效得多。当桥梁拥有 Aztec 不支持的资产时，会使用这些。
在 2021 年 6 月推出 Aztec 2.0 后，其最高 TVL 达到了 1400 万美元，现在稳定在 400 万美元左右。与 Tornado Cash 等其他项目相比，Aztec 的用户并不多，可能是因为它的门槛较高。此外，由于 Tornado Cash 事件，那些与以太坊主网交互并专注于隐私的产品受到影响并担心其安全性。
zkSync
zkSync 是以太坊的扩展和隐私引擎。它目前的功能范围包括以太坊网络中 ETH 和 ERC20 代币的低 gas 传输、原子交换和限价订单以及原生 L2 NFT 支持。
zkSync 的架构设计结合了以下 2 项技术突破：
1） zk EVM：驱动与 EVM 兼容的 zkRollup 的引擎，这是唯一支持 L1 安全性和可靠智能合约的解决方案。
2）zkPorter：一个链下数据可用性系统，可扩展性比 rollups 高 2 个数量级。
由于 zkEVM 和 zkPorter 是可互操作和可组合的，zkSync 能够显着优于所有其他扩展解决方案。
zkSync 目前使用的共识是 Eth2 数据分片，它提供了指数级更大的数据可用性层，而不会牺牲达到 100,000+ TPS 的吞吐量以及去中心化程度。 zkSync 在其Rollup策略中使用 PLONK 作为底层 zk-SNARK。
在 zkSync 1.0 阶段，它产生了 Zinc 编程语言和相应的 SyncVM，一个 zk 虚拟机。现在在 zkSync 2.0 阶段，团队转而支持使用 Solidity/Vyper 编程的新 zkEVM。
截至 2022 年 2 月，zkSync 2.0 测试网已经上线（主网也将在Q4上线），其中包含 Solidity 中的智能合约或重用现有的 Solidity 代码。
自 zkSync 宣布其 EVM 字节码兼容性的那一刻起，就吸引了众多 dApp 项目的关注和支持，例如来自 1inch、Yearn Finance、Aave、Chainlink 和 The Graph 等。
关于 zkSync 生态系统，它包含了很多不同类型的产品，例如钱包、Defi、基础设施和桥梁等。来自 zkSync 测试网的区块浏览器，已经提交和验证了超过 100,000 个区块，超过 1100 万笔交易已经发布在链上。我们相信，一旦zkSync主网测试上线，将会吸引更多用户使用L2解决方案开发新产品。
Polygon Hermez
Hermez 是一种开源 ZK Rollup解决方案，针对以太坊区块链上的低成本代币转移进行了优化。最近，Hermez 与 Polygon 合并，成为 Polygon Hermez 并扩展了 Polygon 的以太坊扩展解决方案套件。最新版本是 Polygon Hermez 2.0，它是一种分散的以太坊第 2 层可扩展性解决方案，利用加密零知识技术提供链下交易计算的验证和快速确定性。
Hermez 1.0 于 2021 年 3 月上线，去中心化、无需许可，可扩展至 2000 TPS。因此，它成功地实现了它的设计目的，即扩展 ERC-20 代币的支付和转移。该团队一直致力于使用他们自己的 zkEVM 开发 Hermez 2.0，zkEVM 是一种以透明方式执行以太坊交易的虚拟机，包括具有零知识证明验证的智能合约。尽管采用这种革命性的设计方法是一个艰难的决定，但目标是在使用该解决方案时最大限度地减少用户和 dApp 的摩擦。
Hermez 1.0 使用了去中心化的 Proof of Donation 共识机制，而 Hermez 2.0 目前正在使用 Proof of Efficiency 共识机制。 Hermez zkEVM 的核心是它的 zkProver，它包含主状态机执行器、辅助状态机（STARK 递归组件）、STARK 构建器和 SNARK 构建器（一个 zk-SNARK 证明器）。主状态机执行器通过零知识汇编语言将 EVM 字节码转换为多项式约束，并使用多项式标识语言对相应的多项式约束进行编码。二级状态机将 zkEVM 事务​​对应的状态转换进行拆分，然后使用多个状态机计算并验证这些事务的正确性。 STARK 证明生成器用于有效地生成 STARK 证明，而 SNARK 证明生成器用于计算 SNARK 证明（非常小）。 SNARK 协议可以是 PLONK 或 Groth16。
综上所述，Hermez 是一个 L2 扩容解决方案，结合了 Plonkup 查找协议和 Starkware 的 STARK 协议，并使用了 Proof of Efficiency 共识。他们几乎将在 2022 年第三季度推出测试网，并在 2022 年第四季度推出主网。
ZK Rollups 投资现状
我们从技术角度简单介绍了上面的 Aztec、zkSync 和 Polygon Hermez 项目，因为它们是 ZK Rollup投资赛道的代表，并且都处于良好的状态。 我们还注意到，还有很多其他优秀的 ZK rollup 项目。 我们制作了一个表格来给出他们目前的投资状况（基于披露的数据，并注意一些数据没有披露）。
除了上述项目外，还有许多项目正在建设中以改进 L2 ZK Rollup 解决方案。其中一些正在上述项目之上构建以探索更多应用程序，例如 dYdX、Sorare、Immutable X 等。
此外，我们可以注意到，与其他项目相比，Starkware 在 ZK rollup 轨道上的估值最高，因为它们在 STARK 协议、电路语言和 zkVM 开发方面具有优势。它已被视为许多基于 StarkNet 的应用程序的基础。
从二级市场的角度来看，目前还没有上架代币/加密货币的 ZK rollup 项目，但我们注意到有一个上架代币的 Optimistic Rollup 项目，其 FDV 在 $20B 到 $95B 之间。
尽管零知识技术对软件开发者的门槛和门槛很高（因为软件开发者应该同时具备密码学和区块链背景），但近年来学术界和工业界都取得了很多突破。因此，投资者对这条赛道充满热情，对其未来充满信心。此外，零知识技术，尤其是zk-SNARKs，除了ZK rollup track之外，在Mina协议等轻量级区块链、Web3应用中的去中心化身份、隐私保护区块链等其他场景也有很多应用。因此，这条赛道未来潜力巨大，我们对 ZK rollup 项目的未来持乐观态度。
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