原文标题：《ZKandtheFutureofEthereumScaling》
原文作者：BrendanFarmer，Polygon工程师
编译：海尔斯曼，链捕手
上个月，OffchainLabs发表了一篇名为《为什么说OptimisticRollup比ZKRollup更能代表以太坊扩容的未来？》的文章，比较了ZKRollups和OptimisticRollup两个扩容技术。1月19日，Polygon的零知识证明工程师BrendanFarmer发文回应了OR社区的文章，表示要“友好辩论”，通过这两篇文章，我们可以更加客观、辩证地比较两者的优缺点。
Arbitrum最近发布了一篇很棒的文章，认为OptimisticRollups(OR)代表了以太坊的未来，因为与ZKRollups(ZKR)相比，OptimisticRollups提供了自身固有的可扩展性和成本优势。文章写得很好，值得一读。
本着友好辩论的精神，我们想提出不同的观点。Polygon已向ZK投入了10亿美元，这足以说明，我们坚信它是以太坊扩容方案中最有希望的途径。
虽然OptimisticRollups具有“准备就绪”的优势，但ZK扩展解决方案具也有两个结构优势：
Scroll在Sepolia推出Beta测试网:8月18日消息，Layer2解决方案Scroll宣布在Sepolia测试网面向开发人员和用户推出Scroll Beta测试网。新功能或改进包括zkEVM升级、桥升级和基础设施升级。
其中，zkEVM升级方面，通过预编译升级改进了 EVM 兼容性，通过证明压缩和聚合进行高效的链上验证以及增强电路完整性；桥升级方面，Gas 成本可降低最高50%，并在L1和L2之间引入了无需信任消息中继功能，消除了对可信中继者的依赖；基础设施升级方面，引入用于无信任消息传递的EIP-2718事务类型 L1MessageTx，摆脱了受信任的集中式中继器，此外，简化的电路容量检查器可防止证明溢出，还增强了协调器功能。[2023/8/18 18:07:41]
1、ZKRollups支持使用链上和链下数据模式进行扩展，后者提供比任何Rollup更高的吞吐量和更低的费用；2、用户可在与以太坊桥接往返的过程中没有延迟，并且不依赖流动性提供者。
2021年有一点很明显，即不同的用户更喜欢在安全性和交易成本之间进行不同的权衡，部分由于Polygon的快速增长。OptimisticRollups提供了安全性，但交易费用远高于侧链或alt-L1。
数据：Polygon官方近一个月将超1.3亿枚MATIC转入不同的地址:12月14日消息，据 Lookonchain 监测，从11月16日到11月28日，被标记为 Polygon生态增长的地址将1.312亿枚 MATIC（价值约1.18亿美元）转移到不同的地址，其中包括Polygon的投资者 Spartan Group 的地址。 Hermez Network也收到了2500万枚MATIC。此外，近期解锁的 MATIC 中有约6580万枚（价值约6100万美元）流入了 Coinbase、Bitfinex 等交易所。[2022/12/14 21:44:05]
ZK不要求用户在安全性和成本之间做出特定的权衡。当用户选择rollup模式时，相对于Optimisticrollup，ZK提供同等的安全性和更高的资本效率。当数据在链下时，ZK提供比侧链和alt-L1更高的可扩展性和安全性，而且费用相同。?
我们相信，ZK的可扩展性、低成本和资本效率，将会是以太坊扩容到十亿用户的最佳选择。
Rollups概述
Rollups是一种扩展以太坊的方法，即将交易执行移出链外，但由以太坊来保证每笔交易的有效性。实际上，我们可以将资金存入智能合约，并在汇总时与这些资金进行低价交互，从而保证我们的资金与在以太坊上交易一样安全。?
数据：Uniswap V3 NFTV1 Polygon交易总额突破3亿美元:9月8日消息，据 CryptoSlam 数据显示，Uniswap V3 NFTV1 Polygon 交易总额达 301,797,426 美元，交易总数为 23,283 笔。
据悉，在 Uniswap V3 上，流动性提供者 (LP) 头寸表示为 NFT（ERC-721 Token）。根据池和在流动性提供界面上选择的参数，将铸造一个独特的 NFT，代表在该特定池中的头寸。作为该 NFT 的所有者，可以修改或赎回该仓位。Uniswap V3 Nftv1 Polygon 即用户在 Polygon 上的 Uniswap V3 提供流动性生成的 LP NFT。[2022/9/8 13:15:37]
这是可行的，因为rollup使用以太坊进行数据可用性和交易验证。恢复rollup的最新状态和添加新交易所需的全部数据都发布到以太坊，并且交易会通过欺诈或有效性证明进行验证。
OR中使用的防欺诈机制要求资金在争议期内锁定。如果rollup中包含无效交易，任何人都可以在争议期间提交欺诈证明并将其还原。相比之下，ZKrollup包含一个有效性证明，以加密方式保证所有交易都是有效的，从而消除了任何延迟的需要。
Loot创始人：将为Polygon上的dungeon做PoC:9月13日消息，Loot的创始人Dom Hofmann昨日发推表示将为Polygon上的dungeon做概念证明（PoC）工作，这也将可以用于任何Layer2或者竞争链上。[2021/9/13 23:20:29]
ZK?的状态
首先，要承认ZKrollup还没有完全达到大肆传播的程度。我们仍在等待支持通用智能合约的ZKrollup投入生产，目前使用的证明系统效率还较为低下。
然而，如果我们放眼未来，ZK密码学正在以难以置信的速度发展。递归证明是可扩展和去中心化ZKrollup的重要原语，在十年前，它还只停留在理论层面。两年前，递归证明需要两分钟才能生成。但今天，多亏了plonky2，一个由PolygonZero团队创建的突破性的证明系统，我们能够以毫秒为单位测量证明时间。在笔记本电脑上生成递归证明仅需170ms，而且我们预计证明时间和成本将继续减少。
Arbitrum的文章认为，证明生成会产生巨大的成本，而这部分将由用户承担，因为它涉及数千次昂贵的椭圆曲线运算，因此需要大规模并行识别或昂贵的硬件。但是，plonky2根本不使用椭圆曲线，我们的基准测试是在笔记本电脑上执行的。
调查：60%受访者认为比特币更有可能跌至1万美元:金色财经报道，MLIV Pulse最新的调查显示，950名受访者中有60%的人认为比特币价格将下跌至10,000美元，而40%的人预测比特币价格将反弹。根据CoinGecko的数据，自去年以来，加密货币的市值已经消失了约2万亿美元。
与机构投资者相比，普通投资者对加密货币更加保守，有近四分之一的人宣称该资产类别是垃圾。专业投资者对数字资产更加开放。（彭博社）[2022/7/11 2:05:02]
实际上，rollup成本主要由CALLDATA的成本决定。我们可以从Arbitrum当前的交易费用中看出这一点，其中代币交换成本约为4美元。作为比较，即使假设需要10分钟来证明在具有32个内核和64gbRAM的c6g.8xlarge实例上进行交换，增加的成本仅为0.18美元。
与CALLDATA相比，这不是一个特别大的成本，正如我们将看到的，它被ZK的其他优势所抵消。零知识技术还在迅速发展，现在轻视零知识扩容方案是很短视的。
Validia
不同的用户在区块链的成本和安全性之间做出不同的权衡。数以百万计的人使用PolygonPoS链来获得低费用和高吞吐量，即使交易有效性不能像rollup一样得到保证。
我们相信，数百万用户面临扩展解决方案时，多会选择将使用数据放在链外而不是rollup。Validium?与ZK-rollup类似，将有效性证明发布到以太坊以保证交易有效性，但数据保持在链外以节省CALLDATA成本。Validium有很多好处：?
不再受CALLDATA块大小的限制，因此可以扩展到比rollup高100倍以上的吞吐量费用要低得多费用波动性应该更低，因为Validia消耗的gas要少得多，因此用户不至于陷入关于区块空间的rollup竞价战ZK扩展为L2的设计空间打开了包含Validia的空间，它提供了比Optimism和ZKrollup更高的吞吐量，并提供资金不会被盗的加密保证。?
对Validia的假设性攻击
ZK怀疑论者会注意到，理论上，即使Validium上的验证者不能直接窃取用户资金，他们也可以对用户发起攻击，从而扣留链的最新状态并拒绝处理新交易。因此，验证者可以劫持用户资金。然而，我们觉得这个问题被夸大了。
首先，“数据扣押攻击”需要三分之二的验证者参与，这意味着大量的质押资产将面临风险。攻击将使代币价格崩盘，降低攻击者自己质押代币的价值，并抵消所未来的费用收入。由于验证者不能直接窃取用户资金，他们需要协调受影响用户的赎金支付，因此支付是不确定的。此外，鲸鱼可能会保持rollup模式，因此攻击者需要成功地从大量用户中提取赎金以弥补权益损失。很难看出，在实际中这种攻击如何做到有利可图。
进一步的可扩展性优势
除了Validia提供的巨大可扩展性优势之外，ZKrollup还比OR更具可扩展性，因为它们为开发人员提供了降低费用的选项，即在不牺牲安全性的情况下减少CALLDATA使用。所有rollup都需要发布重建最新状态所需的最少数据，但OR必须将验证每个单独交易所需的全部数据发布到以太坊。相比之下，ZKR可以将每批交易的最小状态增量发布到以太坊，只发布恢复账户最终状态所需的信息。这对于压缩AMM池等合约的状态更新非常重要。
OR党?的一个回应是，这种压缩实际上隐藏了重要的链数据，并且rollup应该提供对每笔交易历史的去信任可见性。我认为这个论点忽略了一个重要的观点，虽然ZKR上的开发人员可以选择为少数需要它的应用程序发布未压缩的CALLDATA，但大多数应用程序和用户会更喜欢较低的费用，这是只有ZKR才能提供的折衷方案。?
因此，ZK为链上和链下数据可用性提供了扩展优势。如果我们要将以太坊带给10亿人，我们必须让用户能够做出成本和安全权衡。
资本效率
OR有一个持续一周的争议期，这会对想退出rollup的用户造成提款延迟。关于提款延迟有很多恶评，包括以太坊矿工或验证者假设的为期一周的审查攻击，当然这极不可信。
但是，提款延迟确实会导致资本效率低下。提前提款是可实现的，但做市商无法完全消除资本效率低下，尤其是在规模上。当面临加密波动时，一周的时间其实非常长，如果流动性进入和退出OR之间存在不平衡，那么流动性提供者将需要承担在提款期间持有锁定资金的风险。虽然流动性提供者将竞相为快速提款提供低费用，但他们将面临必须转嫁给用户的锁定资金的巨大机会成本。
相比之下，ZK扩容解决方案允许用户在向以太坊发布证明时提取资金，从而消除了对流动性提供者的需求并提高了资金效率。Arbitrum的文章声称ZKrollups仅在桥接到以太坊L1时具有优势，但事实上，ZKrollups也可以在其他链上检查有效性证明，保证交易有效性和快速提款。
ZK?的缺点
ZKrollups确实面临几个缺点。PolygonHermez团队在完整的zkEVMrollup方面取得了令人瞩目的进展，其中，?EVM字节码的执行可直接通过有效性证明进行验证。其他专注于将Solidity编译为ZK友好字节码的团队，例如我们在PolygonZero或PolygonMiden、StarkWare和zkSync的团队，可能会在使用现有以太坊开发人员工具时面临挑战。
但在实践中，绝大多数Solidity代码的行为应该相同，因为我们从EVM转移到ZK字节码所做的修改并不会影响功能，主要涉及到替换在算术电路中计算成本高昂的原语，如Keccak-256，具有算术电路友好的原语。
最终，零知识扩容提供的结构优势，应该提供足够的激励来改进和调整开发人员工具，使其更易于在ZKL2上部署。
结论
总之，我们相信零知识扩容是以太坊的未来。Optimisticrollups是一项了不起的技术，它们为困扰以太坊的高gas费用提供了直接的解决方案。但是，Optimisticrollups让用户不得不面临特殊的权衡，即安全性是以更高的费用和资本效率低下为代价的。
相比之下，ZK可容纳更多不同类型的用户，不论是以rollup模式进行交易、对费用不敏感的鲸鱼，还是以验证模式进行低价交易的用户。ZK提供了将以太坊带给10亿用户的最佳途径。
此外，ZK还具有可扩展性和资本效率之外的优势。OR受限于L1上的可能性，因为欺诈证明必须能够在以太坊上执行。ZK没有这个限制，可使用不同的签名方案和L1不支持的原语。用户可以在L2上私下进行批量交易，以更低的成本获得L1的流动性，这是Aztec开创的一种方法。?
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