區塊鏈的早期充滿了興奮。然而，隨着越來越多的人開始使用它並且交易量激增，一個重大問題出現了： 可擴展性。除了可擴展性問題之外，還有其他問題，例如 安全 和 權力下放。這項挑戰被稱爲“區塊鏈三難困境”，表明很難同時實現所有這三個屬性。

比特幣是第一個區塊鏈，每秒只能處理幾筆交易，而以太坊也好不了多少。這導致了對可以提高區塊鏈可擴展性的解決方案的需求。

這種需求催生了 ZK Proofs。

ZK Proofs 作爲擴展解決方案

“零知識”概念首次出現在1985年由Shafi Goldwasser、Silvio Micali和Charles Rackoff發表的論文《The knowledge complexity of interactive proof systems》中，這篇論文解釋了零知識證明的概念，早在加密貨幣出現之前。 根據該論文， 零知識證明是一種讓一方（證明者）向另一方（驗證者）證明某個聲明爲真的方法，而不透露除該聲明的真實性之外的任何其他信息。 換句話說，零知識原理確保除了聲明爲真之外，不會有額外的知識從證明者轉移到驗證者。 一個經典的類比來解釋ZK Proofs的概念是“阿裏巴巴的洞穴”： 情景：有一個洞穴，有兩條路徑A和B，形成一個環並在一扇鎖住的門處相遇。Jane（證明者）知道打開門的祕密代碼，而Paul（驗證者）希望被說服Jane知道代碼，但自己不學會代碼。 過程：

1. Jane進入洞穴，隨機選擇路徑A或B。
2. Paul在外面等待，不知道Jane選擇了哪條路徑。

來源：Mighty Block

1. 然後Paul進入洞穴，並喊出他希望Jane返回的路徑（A或B）。

2. 如果Jane知道代碼，她可以打開門並通過選擇的路徑返回。

3. 這個過程（1–5）重復多次，以確保Jane不是僅憑運氣猜對了路徑。

如果經過多次重復，Jane總是通過正確的路徑返回，Paul就可以確信Jane知道代碼，而自己卻從未學到代碼。

ZK Proofs旨在確保隱私和安全，保持敏感信息的私密性，同時允許他人驗證其真實性。簡單來說，ZK Proofs幫助保護重要數據的安全，同時證明其合法性，而不泄露具體細節。

ZK Proofs的概念還催生了各種先進的加密技術和應用的發展，如ZK Rollups和ZK Compressions。

2018年，一位匿名用戶Barry Whitehat在GitHub上上傳了名爲“roll_up”的庫，引入了Rollups的概念。不久之後，以太坊的創始人Vitalik Buterin進一步發展了這一概念，提出了zk-Rollups。

Zk-Rollups是零知識Rollups的縮寫，是一種二層擴展解決方案，旨在通過擴展以太坊主網的性能來提升其效率。它們通過將計算和狀態存儲移到鏈下來實現這一點。

二層是構建在區塊鏈之上的次級協議，用於增強其可擴展性、速度並降低交易費用。

2023年6月21日，一個基於Solana的隱私層Light Protocol宣布與Solana開發團隊Helius Labs合作，推出他們新的“ZK Compression”擴展解決方案的測試網，以顯著降低鏈上計算成本。

雖然zk-Rollups和zk-Compression利用零知識證明的力量來優化區塊鏈技術，但它們服務於不同的目的，並以不同的方式實現。

盡管如此，以太坊和Solana社區一直在辯論和爭論哪個更好。

例如，一位ETH社區成員稱ZK Compression爲“另一個L2”。

在Helius Labs CEO Mert對上述推文作出回應後，Solana社區以一個創意視頻反擊，針對以太坊進行嘲諷。

視頻中出現了一名醫生治療“ETH狂熱症”患者。視頻中的一句話提到：“這是ETH狂熱者常見的反應。他們在沒有另一層的情況下無法運作。第3層！第4層！”

這些區塊鏈之間的競爭顯而易見。因此，本文旨在對它們的可擴展性解決方案進行清晰且全面的比較，突顯每種方案的獨特特點、差異和實際應用案例。

什麼是ZK Rollups？

從根本上講，ZK Rollups是一種二層擴展解決方案，旨在提高區塊鏈網路的效率和可擴展性。 其理念很簡單：不直接在主區塊鏈上處理每筆交易，而是將多筆交易捆綁成一個單一的證明。這一合並的證明然後提交給區塊鏈進行驗證。

來源：Datawallet

這種方法顯著增加了交易吞吐量（即網路在給定時間內可以處理的交易數量），同時不損害網路的安全性。 爲了更好地理解這一點， 可以想象你在組織一場音樂會。與其讓每個觀衆一個個通過狹窄的入口（主區塊鏈），這會導致擁堵和延誤，不如實施一個系統，讓一組觀衆在檢查點一起驗證。每組攜帶一張單一的票據，證明所有人都已正確檢查並入場。這樣，你就能通過減少入口處的堵塞來保持安全和效率。

ZK Rollups通過在鏈下處理交易並使用先進的加密技術如ZK-SNARKs或ZK-STARKs來確保交易的有效性和隱私性，從而提升了整體效率和安全性。 zk-SNARKs是一種零知識證明，它提供簡潔的證明（即證明的大小短且驗證效率高）。它們適用於證明大小和驗證時間至關重要的應用。 zk-STARKs是一種允許更大和更復雜證明的零知識證明，使其適用於大規模財務審計、數據隱私和計算驗證等應用。

ZK Rollups對於以太坊等區塊鏈網路是一個理想的擴展解決方案，因爲它們將交易在鏈下聚合成批次，從而減少直接發布到以太坊的數據。

ZK Rollups在以太坊上的運作方式

ZK Rollups利用密碼學技術將交易聚合和驗證移到鏈下，從而提高可擴展性並降低以太坊區塊鏈上的成本。

來源：Maple Block

以下是ZK Rollups運作方式的逐步解釋：

1. 交易聚合：用戶籤署並提交交易給ZK Rollup的操作員（排序者），操作員將交易聚合成批次。
2. 鏈下處理：交易在鏈下處理，即在以太坊主網（Layer 1）之外進行。
3. 狀態更新：處理一批交易後，ZK Rollup操作員計算出Rollup狀態的新狀態根。
4. 有效性證明：ZK Rollup操作員生成有效性證明，確保批次中的所有交易都正確執行並遵循協議規則。
5. 鏈上驗證：ZK Rollup操作員將有效性證明和新的狀態根提交給鏈上的以太坊智能合約（稱爲Rollup合約），該合約進行驗證並相應更新其狀態。
6. 用戶互動：用戶通過將代幣存入以太坊主網的Rollup合約與ZK Rollup互動，在Rollup內發起交易，並在需要時將代幣提回主網。
7. 退出機制：要將代幣從ZK Rollup提到以太坊主網，用戶提交一個帶有Merkle證明的提現請求，以確認其在Rollup狀態中的代幣所有權。經Rollup合約驗證後，代幣將轉回用戶的以太坊地址。

ZK Rollups 的優勢

以下是ZK Rollups的一些優勢：

1. 提高可擴展性：通過將多筆交易捆綁成一個批次，ZK Rollups每秒可處理數千筆交易（TPS），顯著提高了與基礎層相比的吞吐量。
2. 降低費用：由於汽油費在Rollup批次中的多筆交易間分攤，每筆交易的成本降低，使用戶更加經濟實惠。
3. 以太坊級別的安全性：ZK Rollups繼承了以太坊主鏈的安全性，因爲它們將證明（zk-SNARKs）提交給以太坊，確保鏈下交易的有效性。
4. 減少數據負載：通過僅向主鏈提交簡潔的證明，ZK Rollups大大減少了需要在以太坊區塊鏈上處理和存儲的數據量。
5. 增強隱私：ZK Rollups可以提供改進的隱私功能。零知識證明可以隱藏交易細節，同時證明其有效性，從而實現公共區塊鏈上的私密交易。

ZK Rollups的劣勢

盡管ZK Rollups有許多優點，但它們也有一些缺點和挑戰：

1. 復雜性：ZK Rollups技術上復雜，需要專業知識來實施和維護。
2. 數據可用性：確保必要的數據在鏈上可用以重建狀態是至關重要的。如果數據不可用，可能會阻礙驗證和重建Rollup狀態的能力。此外，ZK Rollups通常依賴鏈下數據存儲，如果數據丟失或變得不可訪問，可能會帶來風險。
3. 計算成本：生成零知識證明（zk-SNARKs）計算密集型，需大量處理能力。
4. 中心化風險：如果證明基礎設施由少數實體控制，可能仍然存在中心化風險。

ZK Rollups 當前的用例

新的 ZK Rollup 項目每天都在湧現。以下是一些 ZK-Rollup 項目：

來源：Moralis

1. Starkware：開發許可和定制的擴展 L2。
2. Aztec Network：使用 zkSNARKs 構建區塊鏈加密。
3. Argent：與 zkSync 集成的非托管錢包。
4. Immutable X：一個 NFT 鑄造和交易平台。
5. Loopring：一個基於以太坊的 zk-rollup 交易所和支付協議。

以下是 ZK Rollups 的不同使用方式：

• 去中心化金融 (DeFi)：幫助用戶以更低的燃氣費進行借貸和交易。
• 去中心化交易所 (DEXs)：促進更快、更經濟的代幣交換，同時增強隱私。
• 遊戲和 NFT：增強數字平台上的用戶參與度，支持可擴展的遊戲內經濟和充滿活力的 NFT 市場。
• 支付：促進快速且低成本的微交易和跨境支付。

什麼是 ZK 壓縮？

ZK 壓縮是一種由 Light Protocol 和 Helius Labs 創建和推出的原語。它利用零知識證明和壓縮來減少鏈上存儲的數據量，從而降低通過 Solana 進行交易時的計算需求和鏈上成本。

原語是一種低級的加密算法，作爲高級加密算法的基礎或構建塊。

爲了更好地理解 ZK 壓縮，了解 Solana 的獨特架構及其面臨的挑戰非常重要。

了解 Solana 上的“帳戶”

與智能合約和數據緊密耦合的以太坊不同，Solana 使用的模型將數據存儲在單獨的“帳戶”中。這些帳戶的範圍從可執行代碼到代幣餘額。

Solana 上的一切都是一個帳戶。

雖然此模型可實現 Solana 的高性能和並行處理，但它也有一定的成本：驗證者必須將所有活動帳戶保存在快速訪問內存 (RAM) 中，這是昂貴的。

爲了防止濫用並補償驗證者，Solana 實施了一個“租金”系統，用戶必須鎖定 SOL 代幣以保持其帳戶活躍，租金金額直接與存儲數據的大小相關。

來源： 0XMert 的𝕏

隨着 Solana 的流行，創建和維護這些帳戶的成本成爲擴展的重大障礙，因此對解決方案的需求也隨之增加 - ZK壓縮。

隨着 ZK Compression 的出現，創建新 Solana 帳戶的成本將顯着降低，可能會降低“數量級”。

如果某種東西變得便宜“幾個數量級”，則意味着所涉及的成本或工作量大幅減少，通常是以前的十倍或更多。

這意味着創建 100 個保存和跟蹤加密貨幣餘額的壓縮用戶帳戶（也稱爲代幣帳戶）將比創建 100 個常規代幣帳戶便宜 5,000 倍。

可以這樣想： 壓縮涉及擠壓某些東西，直到它佔據更少的空間。 ZK 壓縮應用了這一原理，其中“ZK”表示壓縮數據的隱私不受影響。

本質上，ZK 壓縮僅將壓縮數據的“指紋”（哈希）存儲在鏈上。這種方法可以降低存儲成本，同時保護數據隱私。

與競爭對手的說法相反，ZK Compression 不是 Solana 上的第 2 層鏈；這是一個 升級e 改進 Solana 的數據存儲並大幅降低開發人員的成本。

ZK 壓縮如何在 Solana 上運行

ZK 壓縮通過允許開發人員將多個帳戶狀態壓縮到單個鏈上帳戶中來正面應對這一挑戰。

來源： 0xSumanth 的𝕏

它的工作原理如下：

1. 帳戶壓縮： 多個帳戶狀態被組合並遞歸地散列成緊湊的 32 字節“狀態根”。
2. 鏈上和鏈下存儲： 狀態樹是二叉 Merkle 樹，它將數據組織成分層結構，從而可以有效驗證數據完整性。該狀態根存儲在鏈上，而完整的帳戶數據存儲在鏈外的 Solana 帳本中。
3. 驗證證明： 簡潔的零知識證明確認狀態樹中存在多個壓縮帳戶，並保持恆定的 128 字節大小。當交易需要訪問或修改壓縮數據時，它提供數據對應於鏈上狀態根的證明。
4. 確認：證明在鏈上進行驗證，如果有效則交易可以繼續進行。

關鍵的創新在於使用零知識證明，特別是 SNARK（簡潔的非交互式知識論證）來壓縮此過程中使用的 Merkle 證明。

來源： 0xMert 的𝕏

無論被壓縮的帳戶數量有多少，這種壓縮都會將證明大小從可能的數百字節減少到恆定的 128 字節。

數據大小的大幅減少使開發人員能夠在 Solana 的事務大小限制內工作，同時仍然在單個事務中與多個壓縮帳戶進行交互。

Solana 區塊鏈上 ZK 壓縮的優點

以下是 ZK Compression 對 Solana 生態系統的好處：

1. 能源效率：減少存儲和計算要求會降低與操作相關的能耗。
2. 可擴展性：Solana 的數據壓縮可支持更高容量的應用程序和事務，從而增強整體可擴展性。
3. 維護第 1 層安全：與 Layer 解決方案不同，壓縮數據保留了 Solana 主鏈的全部安全優勢。
4. 一體化環境： 開發人員可以在單一環境中構建和部署應用程序，無需在各層之間進行橋接，從而簡化了構建過程。
5. 降低成本： 通過最大限度地減少鏈上存儲要求來降低數據存儲成本。
6. 可編程性： 壓縮數據仍然與 Solana 的智能合約完全兼容，保留了其實用性和可編程性。

Solana 區塊鏈上 ZK 壓縮的缺點

以下是 ZK 壓縮對 Solana 的缺點：

1. 計算復雜度：生成零知識證明需要大量計算，這可能會導致成本高昂和性能下降。
2. 實施挑戰：開發和實施 ZK 壓縮需要密碼學方面的專業知識。
3. 可擴展性問題：雖然 ZK 壓縮旨在提高可擴展性，但計算要求有時會抵消這些好處，特別是在資源受限的環境中。
4. 驗證開銷：驗證零知識證明雖然通常不如生成零知識證明那麼密集，但仍然需要計算資源。在某些情況下，這可能會引入延遲並影響系統的整體效率。
5. 經濟成本：高計算需求意味着能源消耗和運營成本的增加。對於某些應用程序來說，這可能會使 ZK 壓縮在經濟上不太可行。

ZK 壓縮的用例

以下是一些 zk 壓縮的可能使用案例：

1. DeFi 應用： Solana 上的 DeFi 協議（例如 Jupiter Exchange）可以利用 ZK 壓縮來幫助降低費用並加快交易速度。
2. 微支付： 在像 Code 這樣的微支付解決方案中，zk 壓縮可以通過減少鏈上存儲需求，使 Solana 網路上的支付更具成本效益和可持續性，特別是對於許多小額交易。
3. 去中心化網路： Helium 等提供去中心化無線網路的協議服務於數百萬用戶和設備。ZK 壓縮在管理這些網路生成的大量數據時起着關鍵作用，無需復雜的 Layer 解決方案。
4. 遊戲： ZK 壓縮可以優化 Honeyland 等遊戲的存儲成本。所有遊戲資產、遊戲內物品和 NFT 元數據的成本都會降低，從而提升整體用戶體驗。

TL;DR：比較 ZK Rollups 和 ZK Compression

相似之處

1. 零知識證明的使用： 這兩種解決方案都利用零知識證明來驗證和保護鏈下交易。
2. 可擴展性增強： 他們的目標是通過減少鏈上交易處理和數據存儲來提高區塊鏈的可擴展性。
3. 二層解決方案： 兩者都被認爲是構建在各自區塊鏈之上的第 2 層擴展解決方案，以提高交易吞吐量並降低成本。

差異

1. 區塊鏈平台： ZK Rollups 在以太坊上運行，而 ZK Compression 在 Solana 上實現。
2. 主要焦點： ZK Rollups 專注於聚合和處理鏈下交易以增強可擴展性，而 ZK Compression 主要旨在通過數據壓縮來降低鏈上存儲成本。
3. 實施方式： ZK Rollups 將多個交易捆綁到單個證明中以提交到以太坊主鏈，而 ZK Compression 將多個帳戶狀態壓縮到 Solana 上的單個鏈上帳戶中。
4. 證明尺寸： ZK Rollups 使用 zk-SNARK 或 zk-STARK 生成簡潔的證明，而 ZK Compression 使用 zk-SNARK 將 Merkle 證明壓縮爲恆定大小。
5. 交易處理： ZK Rollups 處理鏈下交易並定期向以太坊提交證明，而 ZK Compression 處理鏈上壓縮的帳戶數據，並使用零知識證明進行驗證。

用例

ZK Rollups 當前的用例

1. 去中心化金融應用： 通過降低交易費用和提高交易速度來增強去中心化金融協議。
2. 去中心化交易所（DEX）： 促進高效的代幣交換，同時維護隱私。
3. 賭博： 以更低的成本支持可擴展的遊戲內經濟和 NFT 市場。
4. 付款方式： 實現快速、低成本的微交易和跨境支付。

ZK 壓縮的潛在用例

1. 去中心化金融應用： 降低 Solana 上 DeFi 協議的費用並加快交易速度。
2. 小額支付： 通過最大限度地減少鏈上存儲，使小額交易更具成本效益和可持續性。
3. 去中心化網路： 有效管理分散式無線網路和物聯網應用程序的大量數據。
4. 賭博： 優化遊戲資產和NFT元數據的存儲成本，提升用戶體驗。

我的真誠意見

無論你是患有以太坊偏執症，還是像我一樣堅定的 Solana 信徒，最重要的是使用適合你當前需求的區塊鏈。

我認爲 ZK Rollups 最適合需要高安全性並能從以太坊成熟生態系統中受益的項目，因爲它們提供了一種可靠的方法來擴展以太坊，同時保持其去中心化結構。

另一方面，使用 ZK 壓縮，Solana 即使在 SOL 價格漲時也能處理更多的交易而不會陷入瓶頸。因此，我認爲 Solana 上的 ZK 壓縮非常適合那些重視速度、性能和成本效率的應用。

Solana 支持高性能、成本高效的去中心化應用 (dApps) 具有未來感，因爲速度和成本對區塊鏈技術的廣泛採用至關重要。

最終，無論是 ZK Rollups 還是 ZK 壓縮，都能幫助交易變得更快、更便宜，因此更具可擴展性。

參考

S. Goldwasser、S. Micali 和 C. Rackoff，1985 年。“交互式證明系統的知識復雜性”

Helius.dev

zk壓縮

聯合電訊報

以太坊.org

科技百科

Solanacompass.com

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