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什么是区块链卷叠?

阅读 6 分钟
专家
要点总结
— 由于网络用量和应用程序的急剧增长,以太坊饱受流量过高和网络拥塞之苦。

— 区块链卷叠通过在链下处理交易来帮助提高以太坊的可扩张性。

— 区块链卷叠有两种主要类型——ZK 卷叠和乐观卷叠。

— 现在我们来解释它们分别如何提高了以太坊的可扩张性。

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如果您觉得区块链卷叠很难理解,本文可以提供帮助。 在此,我们将解释您需要了解的所有区块链卷叠相关信息。

以太坊用户、价值和网络管理数据总量均呈指数级增长。 智能合约的实施和 2021 年加密货币使用量的显著增加进一步推动了以太坊的增长。

根据 State of the Dapps 的数据,现在有约 4,000 款去中心化应用程序 (Dapp),其中约 3,000 款构建在以太坊上。 以太坊还主导着 DeFi 市场:整个生态系统共有 216 个 DeFi 项目,其中 191 个 DeFi 项目由以太坊网络提供支持。 以太坊是第二大加密货币,也是 NFT 项目和 NFT 交易最常用的网络。

然而,以太坊使用量已经增长到能力极限,并最终导致网络拥塞。 交易处理延迟是以太坊出现多个竞争对手的主要原因。

为了满足以太坊和其他区块链的可扩张性需求,第 2 层扩容解决方案应运而生。 卷叠是一种扩容解决方案,有助于改进第 1 层主网上的交易处理。 本文我们将讨论什么是卷叠及其工作原理。

区块链卷叠

以太坊上的常规区块只能存储有限数量的数据。 由于以太坊上的用户和应用程序越来越多,网络流量也随之增加。

由于每个以太坊区块的空间有限,网络需要更多时间来处理交易。 主网会优先处理少数出价最高的精选交易,所有其他交易都必须等待。

我们可以在以太坊主网上发布两类信息——交易和数据。 对主网而言,交易信息的存储和链上处理可能会很繁重。 交易产生的数据则不那么繁重,无论交易数量多少,数据量都一样。 就像支票一样,无论金额多少,重量都一样。

因此,我们可以存储包含一堆交易的数据,而不是存储并处理整个交易。 链下处理交易,只将所得数据提交到主网,让网络可以处理更多交易。 这样做有两大好处——链下处理减轻了主网的负担,单一数据可以存储多个交易。

区块链卷叠可以将一堆交易“卷叠”或汇编成单一数据,然后提交给以太坊主网。 它们从主网中提取交易并在链下处理,将它们转换成单一数据,然后提交回以太坊主网。 因此卷叠也称为“链下扩容解决方案”。

卷叠通过在单一数据中处理和提交更多交易,大大提高了以太坊的可扩张性。 区块链卷叠有两种类型,它们具有不同的安全模型。 我们来分别讨论。

ZK 卷叠

ZK 卷叠即零知识卷叠 (Zero Knowledge Rollup),通过将计算和存储转移到链下来帮助扩展以太坊主网。 ​​ ZK 卷叠链是一个构建在以太坊区块链之上的链下协议。

ZK 卷叠可以将数千个交易捆绑成一个包,然后在第 2 层协议上执行。 . 它们会生成“有效性证明”,以确认所处理的交易正确无误。 最终,它们只需向主网提交极少的汇总数据。 ZK 卷叠有两种类型,我们来分别讨论一下。

ZK-SNARK

ZK-SNARK 表示零知识 – 简洁非交互知识论证。

核实在 ZK-SNARK 中,核实者和证明者在链下检查特定卷叠中的所有交易并核实交易。 核实者反复质疑证明者,以确认交易的有效性。 验证者发现交易合法时,向第 1 层以太坊提交这些交易的“有效性证明”。

通过卸下部分工作给 ZK-SNARK 检查器,以太坊可以处理更多交易。 ZK-SNARK 以小巧的证明规模和恒定的核实时间而闻名。

我们来了解一下 ZK-SNARK 每个字母表示的含义。

ZK——零知识 (Zero-knowledge)。 这意味着除了交易的有效性外,不需要其他信息。

S——简洁 (Succinct)。 这意味着证明的规模很小,可以轻松快速地处理交易。 ZK-SNARK 的这一特性可以帮助以太坊处理更多交易。

N——非交互 (Non-interactive)。 这意味着不需要与工作或交易的核实者进行交互。

ARK——知识论证 (Argument of Knowledge)。 这意味着检查器提供的有效性证明(证明交易合法)真实无误。 这也表明了 ZK-SNARK 计算强度的质量。

ZK-SNARK 可确保交易的安全性和私密性。 但是,它们容易遭遇某些类型的黑客攻击——量子计算黑客攻击。

ZK-STARK

ZK-STARK 表示零知识 – 可扩张透明知识论证。 它们目前由 StarkWare Industries 开发,主要关注可扩张性。

ZK-STARK 的工作原理与 ZK-SNARK 相似。 它们也捆绑交易,在链下核实交易,创建有效性证明并提交给以太坊主网。 但它们是 ZK-SNARK 更新的改进版本,主要是因为它们提高了可扩张性和透明度。

我们来了解一下 ZK-STARK 每个字母表示的含义。

S——可扩张 (Scalable)。 强调了 ZK-STARK 比 ZK-SNARK 更具可扩张性。 通过利用先进的技术,它们比 ZK-SNARK 生成证明的速度更快。 因此,ZK-STARK 更具可扩张性。

T——透明 (Transparent)。 这表明了 ZK-SNARK 和 ZK-STARK 之间最显著的区别。 此类卷叠不依赖任何可信方,比 ZK-SNARK 更加透明。

ARK——知识论证 (Argument of Knowledge)。 其含义与 ZK-SNARK 相同,但它们使用的计算方法不同,且不需要可信设置。

尽管 ZK-STARK 因其先进技术而可更快生成证明,但它们创建的证明规模更大,比 ZK-SNARK 需要的核实时间更多。 与 ZK-SNARK 相比,ZK-STARK 的可扩张性、安全性和透明度更高。

此外,ZK-SNARK 估计只需消耗 24% 的 gas 费用。 因此,最终用户的交易执行成本更低。 尽管采用了先进的技术,但 ZK-STARK 仍处于初期阶段,可能还需要一些时间才能证明其效率。

乐观卷叠

乐观卷叠也在链下处理交易,并将交易数据(即所谓的“调用数据”)提交给主链。 乐观卷叠使用压缩技术来减少以太坊上发布的数据量。 这样它们便可处理更多交易,帮助提高可扩张性。

将此类第 2 层扩容解决方案称为乐观卷叠,是因为它们假设所有交易都默认有效。 它们批准所有到以太坊主网的交易。 这将省却执行交易和向主链提交数据所需的大量时间和精力。

将乐观卷叠包提交到以太坊后,任何人都可以在“质疑期”这一特定时间窗口内质疑这些交易。

ZK 卷叠使用有效性证明,而乐观卷叠涉及欺诈证明。 它们使用欺诈证明机制来识别非法交易。

如果交易似乎无效,并被证明为非法交易,卷叠协议会重新执行交易并更新卷叠。 同时,如果交易无效,其区块验证者将受到惩罚。

以太坊上的智能合约控制乐观卷叠的运行。 因此,它们依赖以太坊主网来确保安全。 然而,如果没有诚实的验证者或节点,它们仍然有很高的欺诈可能性。

与 ZK 卷叠相比,乐观卷叠易于实施,且成本更低。 其中一个原因是,ZK-SNARK 需要高端的硬件来为所处理的交易生成“有效性证明”。 至于透明度,与 ZK-SNARK 相比,ZK-STARK 和乐观卷叠更加透明。

可扩张的未来

区块链卷叠是提高以太坊网络可扩张性的创新解决方案,也是必不可少的解决方案。 在多次迭代中,以略微不同的方式解决问题,具体取决于如何平衡安全性和效率各要素。

由于区块链卷叠技术仍处于初期阶段,我们还未发掘该解决方案的全部潜力和影响。 但卷叠以及旨在缓解区块链当前紧张局势的其他解决方案的出现,说明了一个重要问题:区块链生态系统远未达到其最终状态。 有这么多利益相关者投资于区块链技术,努力提高区块链的效率和可扩张性,未来区块链的用途必将越来越广。

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