区块链的早期充满了兴奋。然而，随着越来越多的人开始使用它并且交易量激增，一个重大问题出现了： 可扩展性。除了可扩展性问题之外，还有其他问题，例如 安全 和 权力下放。这项挑战被称为“区块链三难困境”，表明很难同时实现所有这三个属性。

比特币是第一个区块链，每秒只能处理几笔交易，而以太坊也好不了多少。这导致了对可以提高区块链可扩展性的解决方案的需求。

这种需求催生了 ZK Proofs。

ZK Proofs 作为扩展解决方案

“零知识”概念首次出现在1985年由Shafi Goldwasser、Silvio Micali和Charles Rackoff发表的论文《The knowledge complexity of interactive proof systems》中，这篇论文解释了零知识证明的概念，早在加密货币出现之前。 根据该论文， 零知识证明是一种让一方（证明者）向另一方（验证者）证明某个声明为真的方法，而不透露除该声明的真实性之外的任何其他信息。 换句话说，零知识原理确保除了声明为真之外，不会有额外的知识从证明者转移到验证者。 一个经典的类比来解释ZK Proofs的概念是“阿里巴巴的洞穴”： 情景：有一个洞穴，有两条路径A和B，形成一个环并在一扇锁住的门处相遇。Jane（证明者）知道打开门的秘密代码，而Paul（验证者）希望被说服Jane知道代码，但自己不学会代码。 过程：

1. Jane进入洞穴，随机选择路径A或B。
2. Paul在外面等待，不知道Jane选择了哪条路径。

来源：Mighty Block

1. 然后Paul进入洞穴，并喊出他希望Jane返回的路径（A或B）。

2. 如果Jane知道代码，她可以打开门并通过选择的路径返回。

3. 这个过程（1–5）重复多次，以确保Jane不是仅凭运气猜对了路径。

如果经过多次重复，Jane总是通过正确的路径返回，Paul就可以确信Jane知道代码，而自己却从未学到代码。

ZK Proofs旨在确保隐私和安全，保持敏感信息的私密性，同时允许他人验证其真实性。简单来说，ZK Proofs帮助保护重要数据的安全，同时证明其合法性，而不泄露具体细节。

ZK Proofs的概念还催生了各种先进的加密技术和应用的发展，如ZK Rollups和ZK Compressions。

2018年，一位匿名用户Barry Whitehat在GitHub上上传了名为“roll_up”的库，引入了Rollups的概念。不久之后，以太坊的创始人Vitalik Buterin进一步发展了这一概念，提出了zk-Rollups。

Zk-Rollups是零知识Rollups的缩写，是一种二层扩展解决方案，旨在通过扩展以太坊主网的性能来提升其效率。它们通过将计算和状态存储移到链下来实现这一点。

二层是构建在区块链之上的次级协议，用于增强其可扩展性、速度并降低交易费用。

2023年6月21日，一个基于Solana的隐私层Light Protocol宣布与Solana开发团队Helius Labs合作，推出他们新的“ZK Compression”扩展解决方案的测试网，以显著降低链上计算成本。

虽然zk-Rollups和zk-Compression利用零知识证明的力量来优化区块链技术，但它们服务于不同的目的，并以不同的方式实现。

尽管如此，以太坊和Solana社区一直在辩论和争论哪个更好。

例如，一位ETH社区成员称ZK Compression为“另一个L2”。

在Helius Labs CEO Mert对上述推文作出回应后，Solana社区以一个创意视频反击，针对以太坊进行嘲讽。

视频中出现了一名医生治疗“ETH狂热症”患者。视频中的一句话提到：“这是ETH狂热者常见的反应。他们在没有另一层的情况下无法运作。第3层！第4层！”

这些区块链之间的竞争显而易见。因此，本文旨在对它们的可扩展性解决方案进行清晰且全面的比较，突显每种方案的独特特点、差异和实际应用案例。

什么是ZK Rollups？

从根本上讲，ZK Rollups是一种二层扩展解决方案，旨在提高区块链网络的效率和可扩展性。 其理念很简单：不直接在主区块链上处理每笔交易，而是将多笔交易捆绑成一个单一的证明。这一合并的证明然后提交给区块链进行验证。

来源：Datawallet

这种方法显著增加了交易吞吐量（即网络在给定时间内可以处理的交易数量），同时不损害网络的安全性。 为了更好地理解这一点， 可以想象你在组织一场音乐会。与其让每个观众一个个通过狭窄的入口（主区块链），这会导致拥堵和延误，不如实施一个系统，让一组观众在检查点一起验证。每组携带一张单一的票据，证明所有人都已正确检查并入场。这样，你就能通过减少入口处的堵塞来保持安全和效率。

ZK Rollups通过在链下处理交易并使用先进的加密技术如ZK-SNARKs或ZK-STARKs来确保交易的有效性和隐私性，从而提升了整体效率和安全性。 zk-SNARKs是一种零知识证明，它提供简洁的证明（即证明的大小短且验证效率高）。它们适用于证明大小和验证时间至关重要的应用。 zk-STARKs是一种允许更大和更复杂证明的零知识证明，使其适用于大规模财务审计、数据隐私和计算验证等应用。

ZK Rollups对于以太坊等区块链网络是一个理想的扩展解决方案，因为它们将交易在链下聚合成批次，从而减少直接发布到以太坊的数据。

ZK Rollups在以太坊上的运作方式

ZK Rollups利用密码学技术将交易聚合和验证移到链下，从而提高可扩展性并降低以太坊区块链上的成本。

来源：Maple Block

以下是ZK Rollups运作方式的逐步解释：

1. 交易聚合：用户签署并提交交易给ZK Rollup的操作员（排序者），操作员将交易聚合成批次。
2. 链下处理：交易在链下处理，即在以太坊主网（Layer 1）之外进行。
3. 状态更新：处理一批交易后，ZK Rollup操作员计算出Rollup状态的新状态根。
4. 有效性证明：ZK Rollup操作员生成有效性证明，确保批次中的所有交易都正确执行并遵循协议规则。
5. 链上验证：ZK Rollup操作员将有效性证明和新的状态根提交给链上的以太坊智能合约（称为Rollup合约），该合约进行验证并相应更新其状态。
6. 用户互动：用户通过将代币存入以太坊主网的Rollup合约与ZK Rollup互动，在Rollup内发起交易，并在需要时将代币提回主网。
7. 退出机制：要将代币从ZK Rollup提到以太坊主网，用户提交一个带有Merkle证明的提现请求，以确认其在Rollup状态中的代币所有权。经Rollup合约验证后，代币将转回用户的以太坊地址。

ZK Rollups 的优势

以下是ZK Rollups的一些优势：

1. 提高可扩展性：通过将多笔交易捆绑成一个批次，ZK Rollups每秒可处理数千笔交易（TPS），显著提高了与基础层相比的吞吐量。
2. 降低费用：由于汽油费在Rollup批次中的多笔交易间分摊，每笔交易的成本降低，使用户更加经济实惠。
3. 以太坊级别的安全性：ZK Rollups继承了以太坊主链的安全性，因为它们将证明（zk-SNARKs）提交给以太坊，确保链下交易的有效性。
4. 减少数据负载：通过仅向主链提交简洁的证明，ZK Rollups大大减少了需要在以太坊区块链上处理和存储的数据量。
5. 增强隐私：ZK Rollups可以提供改进的隐私功能。零知识证明可以隐藏交易细节，同时证明其有效性，从而实现公共区块链上的私密交易。

ZK Rollups的劣势

尽管ZK Rollups有许多优点，但它们也有一些缺点和挑战：

1. 复杂性：ZK Rollups技术上复杂，需要专业知识来实施和维护。
2. 数据可用性：确保必要的数据在链上可用以重建状态是至关重要的。如果数据不可用，可能会阻碍验证和重建Rollup状态的能力。此外，ZK Rollups通常依赖链下数据存储，如果数据丢失或变得不可访问，可能会带来风险。
3. 计算成本：生成零知识证明（zk-SNARKs）计算密集型，需大量处理能力。
4. 中心化风险：如果证明基础设施由少数实体控制，可能仍然存在中心化风险。

ZK Rollups 当前的用例

新的 ZK Rollup 项目每天都在涌现。以下是一些 ZK-Rollup 项目：

来源：Moralis

1. Starkware：开发许可和定制的扩展 L2。
2. Aztec Network：使用 zkSNARKs 构建区块链加密。
3. Argent：与 zkSync 集成的非托管钱包。
4. Immutable X：一个 NFT 铸造和交易平台。
5. Loopring：一个基于以太坊的 zk-rollup 交易所和支付协议。

以下是 ZK Rollups 的不同使用方式：

• 去中心化金融 (DeFi)：帮助用户以更低的燃气费进行借贷和交易。
• 去中心化交易所 (DEXs)：促进更快、更经济的代币交换，同时增强隐私。
• 游戏和 NFT：增强数字平台上的用户参与度，支持可扩展的游戏内经济和充满活力的 NFT 市场。
• 支付：促进快速且低成本的微交易和跨境支付。

什么是 ZK 压缩？

ZK 压缩是一种由 Light Protocol 和 Helius Labs 创建和推出的原语。它利用零知识证明和压缩来减少链上存储的数据量，从而降低通过 Solana 进行交易时的计算需求和链上成本。

原语是一种低级的加密算法，作为高级加密算法的基础或构建块。

为了更好地理解 ZK 压缩，了解 Solana 的独特架构及其面临的挑战非常重要。

了解 Solana 上的“账户”

与智能合约和数据紧密耦合的以太坊不同，Solana 使用的模型将数据存储在单独的“帐户”中。这些账户的范围从可执行代码到代币余额。

Solana 上的一切都是一个帐户。

虽然此模型可实现 Solana 的高性能和并行处理，但它也有一定的成本：验证者必须将所有活动帐户保存在快速访问内存 (RAM) 中，这是昂贵的。

为了防止滥用并补偿验证者，Solana 实施了一个“租金”系统，用户必须锁定 SOL 代币以保持其帐户活跃，租金金额直接与存储数据的大小相关。

来源： 0XMert 的𝕏

随着 Solana 的流行，创建和维护这些帐户的成本成为扩展的重大障碍，因此对解决方案的需求也随之增加 - ZK压缩。

随着 ZK Compression 的出现，创建新 Solana 账户的成本将显着降低，可能会降低“数量级”。

如果某种东西变得便宜“几个数量级”，则意味着所涉及的成本或工作量大幅减少，通常是以前的十倍或更多。

这意味着创建 100 个保存和跟踪加密货币余额的压缩用户帐户（也称为代币帐户）将比创建 100 个常规代币帐户便宜 5,000 倍。

可以这样想： 压缩涉及挤压某些东西，直到它占据更少的空间。 ZK 压缩应用了这一原理，其中“ZK”表示压缩数据的隐私不受影响。

本质上，ZK 压缩仅将压缩数据的“指纹”（哈希）存储在链上。这种方法可以降低存储成本，同时保护数据隐私。

与竞争对手的说法相反，ZK Compression 不是 Solana 上的第 2 层链；这是一个 升级e 改进 Solana 的数据存储并大幅降低开发人员的成本。

ZK 压缩如何在 Solana 上运行

ZK 压缩通过允许开发人员将多个帐户状态压缩到单个链上帐户中来正面应对这一挑战。

来源： 0xSumanth 的𝕏

它的工作原理如下：

1. 账户压缩： 多个账户状态被组合并递归地散列成紧凑的 32 字节“状态根”。
2. 链上和链下存储： 状态树是二叉 Merkle 树，它将数据组织成分层结构，从而可以有效验证数据完整性。该状态根存储在链上，而完整的账户数据存储在链外的 Solana 账本中。
3. 验证证明： 简洁的零知识证明确认状态树中存在多个压缩帐户，并保持恒定的 128 字节大小。当交易需要访问或修改压缩数据时，它提供数据对应于链上状态根的证明。
4. 确认：证明在链上进行验证，如果有效则交易可以继续进行。

关键的创新在于使用零知识证明，特别是 SNARK（简洁的非交互式知识论证）来压缩此过程中使用的 Merkle 证明。

来源： 0xMert 的𝕏

无论被压缩的账户数量有多少，这种压缩都会将证明大小从可能的数百字节减少到恒定的 128 字节。

数据大小的大幅减少使开发人员能够在 Solana 的事务大小限制内工作，同时仍然在单个事务中与多个压缩帐户进行交互。

Solana 区块链上 ZK 压缩的优点

以下是 ZK Compression 对 Solana 生态系统的好处：

1. 能源效率：减少存储和计算要求会降低与操作相关的能耗。
2. 可扩展性：Solana 的数据压缩可支持更高容量的应用程序和事务，从而增强整体可扩展性。
3. 维护第 1 层安全：与 Layer 2 解决方案不同，压缩数据保留了 Solana 主链的全部安全优势。
4. 一体化环境： 开发人员可以在单一环境中构建和部署应用程序，无需在各层之间进行桥接，从而简化了构建过程。
5. 降低成本： 通过最大限度地减少链上存储要求来降低数据存储成本。
6. 可编程性： 压缩数据仍然与 Solana 的智能合约完全兼容，保留了其实用性和可编程性。

Solana 区块链上 ZK 压缩的缺点

以下是 ZK 压缩对 Solana 的缺点：

1. 计算复杂度：生成零知识证明需要大量计算，这可能会导致成本高昂和性能下降。
2. 实施挑战：开发和实施 ZK 压缩需要密码学方面的专业知识。
3. 可扩展性问题：虽然 ZK 压缩旨在提高可扩展性，但计算要求有时会抵消这些好处，特别是在资源受限的环境中。
4. 验证开销：验证零知识证明虽然通常不如生成零知识证明那么密集，但仍然需要计算资源。在某些情况下，这可能会引入延迟并影响系统的整体效率。
5. 经济成本：高计算需求意味着能源消耗和运营成本的增加。对于某些应用程序来说，这可能会使 ZK 压缩在经济上不太可行。

ZK 压缩的用例

以下是一些 zk 压缩的可能使用案例：

1. DeFi 应用： Solana 上的 DeFi 协议（例如 Jupiter Exchange）可以利用 ZK 压缩来帮助降低费用并加快交易速度。
2. 微支付： 在像 Code 这样的微支付解决方案中，zk 压缩可以通过减少链上存储需求，使 Solana 网络上的支付更具成本效益和可持续性，特别是对于许多小额交易。
3. 去中心化网络： Helium 等提供去中心化无线网络的协议服务于数百万用户和设备。ZK 压缩在管理这些网络生成的大量数据时起着关键作用，无需复杂的 Layer 2 解决方案。
4. 游戏： ZK 压缩可以优化 Honeyland 等游戏的存储成本。所有游戏资产、游戏内物品和 NFT 元数据的成本都会降低，从而提升整体用户体验。

TL;DR：比较 ZK Rollups 和 ZK Compression

相似之处

1. 零知识证明的使用： 这两种解决方案都利用零知识证明来验证和保护链下交易。
2. 可扩展性增强： 他们的目标是通过减少链上交易处理和数据存储来提高区块链的可扩展性。
3. 二层解决方案： 两者都被认为是构建在各自区块链之上的第 2 层扩展解决方案，以提高交易吞吐量并降低成本。

差异

1. 区块链平台： ZK Rollups 在以太坊上运行，而 ZK Compression 在 Solana 上实现。
2. 主要焦点： ZK Rollups 专注于聚合和处理链下交易以增强可扩展性，而 ZK Compression 主要旨在通过数据压缩来降低链上存储成本。
3. 实施方式： ZK Rollups 将多个交易捆绑到单个证明中以提交到以太坊主链，而 ZK Compression 将多个帐户状态压缩到 Solana 上的单个链上帐户中。
4. 证明尺寸： ZK Rollups 使用 zk-SNARK 或 zk-STARK 生成简洁的证明，而 ZK Compression 使用 zk-SNARK 将 Merkle 证明压缩为恒定大小。
5. 交易处理： ZK Rollups 处理链下交易并定期向以太坊提交证明，而 ZK Compression 处理链上压缩的账户数据，并使用零知识证明进行验证。

用例

ZK Rollups 当前的用例

1. 去中心化金融应用： 通过降低交易费用和提高交易速度来增强去中心化金融协议。
2. 去中心化交易所（DEX）： 促进高效的代币交换，同时维护隐私。
3. 赌博： 以更低的成本支持可扩展的游戏内经济和 NFT 市场。
4. 付款方式： 实现快速、低成本的微交易和跨境支付。

ZK 压缩的潜在用例

1. 去中心化金融应用： 降低 Solana 上 DeFi 协议的费用并加快交易速度。
2. 小额支付： 通过最大限度地减少链上存储，使小额交易更具成本效益和可持续性。
3. 去中心化网络： 有效管理分散式无线网络和物联网应用程序的大量数据。
4. 赌博： 优化游戏资产和NFT元数据的存储成本，提升用户体验。

我的真诚意见

无论你是患有以太坊偏执症，还是像我一样坚定的 Solana 信徒，最重要的是使用适合你当前需求的区块链。

我认为 ZK Rollups 最适合需要高安全性并能从以太坊成熟生态系统中受益的项目，因为它们提供了一种可靠的方法来扩展以太坊，同时保持其去中心化结构。

另一方面，使用 ZK 压缩，Solana 即使在 SOL 价格上涨时也能处理更多的交易而不会陷入瓶颈。因此，我认为 Solana 上的 ZK 压缩非常适合那些重视速度、性能和成本效率的应用。

Solana 支持高性能、成本高效的去中心化应用 (dApps) 具有未来感，因为速度和成本对区块链技术的广泛采用至关重要。

最终，无论是 ZK Rollups 还是 ZK 压缩，都能帮助交易变得更快、更便宜，因此更具可扩展性。

参考

S. Goldwasser、S. Micali 和 C. Rackoff，1985 年。“交互式证明系统的知识复杂性”

Helius.dev

zk压缩

联合电讯报

以太坊.org

科技百科

Solanacompass.com

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