近年来，区块链已成为一项关键技术，重新定义了数字环境中的价值和信息交换。然而，随着以太坊等新平台的出现，可扩展性和每秒处理交易数量的问题也随之显现。在这种情况下，layer-2等解决方案，特别是zk-rollups，成为了完美的解决方案。

本文描述了ZK-rollups的作用、rollup技术的发展进程，以及以太坊Layer-2和rollups的未来。文章强调了它们在交易量方面超越Layer-1的可能性，以及在区块链应用场景中的可扩展性和速度。

什么是ZK-Rollups

ZK-rollup是一种Layer-2扩展方案，使用零知识证明（ZKPs）将多个链下交易组合起来，并向以太坊主网证明其有效性。这种技术大大减少了基础层的计算负担，实现了更大的交易容量和更低的gas费用。

零知识证明，即zk-SNARKs（零知识简洁非交互式知识论证），是ZK-rollups的基础。这些密码学方法使证明者能够向验证者证明某个陈述的真实性，而无需披露除陈述有效性之外的任何其他信息。

在ZK-rollups框架中，这意味着rollup运营商可以证明一组交易的有效性，而无需向主网披露这些交易的具体细节。这提高了隐私性，并减少了必须存储在以太坊区块链上的数据量。

ZK-Rollups的关键组成部分：

零知识证明（ZKPs）：在密码学中，这是一种方法，使一方（证明者）能够向另一方（验证者）证明某个陈述是真实的，而无需传达除陈述确实为真之外的任何信息。在ZK-rollups中，ZKPs用于验证链下交易的完整性，而无需在区块链上披露交易的具体细节。Rollup合约：在Layer-1上，智能合约存储rollup的状态并验证Layer-2运营商发送的证明。链下计算：大多数交易在链下执行，这减轻了Layer-1区块链的压力，提高了Layer-2的效率。

ZK-Rollups如何工作？

ZK-rollups的工作原理是将大量交易打包成批次，并提供一个称为zk-SNARK的密码学证明。这个证明检查所有受影响的交易，并确认后状态根中不包含任何操纵。通过这种方式，与直接在Layer-1上执行相比，ZK-rollups可以以更高的吞吐量和更低的成本处理交易。

安全性和效率

ZK-rollups的优势在其语义中显而易见：它们利用Layer-1链的安全性，同时将计算和状态转移到更具可扩展性的环境中。这反过来提高了智能合约环境中的整体交易吞吐量，同时保持了抗审查和最小信任等基本特性。

Rollup技术的演进

1. 早期Layer-2解决方案

Layer-2扩展解决方案的历史始于状态通道和侧链，为新兴的区块链可扩展性铺平了道路。状态通道为一系列交易提供链下环境，最终的净变化会被记录在区块链上。而侧链是通过双向锚定与主区块链相连的其他区块链，这意味着它们与主区块链是分离的。

2. Rollups的引入

Layer-2 rollups成为了Layer-2方案的改进版本，提供了将多个交易一次性打包成批次并发送到主链的能力。rollups主要有两种类型：乐观rollups和ZK-rollups。乐观rollups假设所有交易都是合法的，只有在出现争议时才进行计算，而ZK-rollups在主链外进行计算验证交易，并向主链发送证明。

3. ZK-rollup技术的进步

ZK-rollup开发的最新趋势涉及提高其性能、安全级别和与其他系统的兼容性。例如，与需要时间进行仲裁的乐观rollups相比，ZK-rollups支持即时提款。此外，由于ZK-rollups保留了有关链下交易的额外信息，因此它们可能具有更好的隐私性。然而，zk-SNARKs的构建和验证仍然成本高昂且耗时。因此，ZK-rollups的使用仅限于通用以太坊虚拟机（EVM）交易。

ETH Layer-2s和Rollups的预期增长

当前以太坊Layer-1概况：目前，以太坊Layer-1的处理能力约为20-30 TPS，远低于Solana和Avalanche每秒处理数千笔交易的能力。因此，出现了高额交易费用和处理速度慢的问题，使以太坊网络难以扩展。Layer-2解决方案的潜力：在以太坊上开发的L2 rollup解决方案，如Arbitrum、Optimism、zkSync Era等，完全能够处理约40,000 TPS，且交易费用相对以太坊Layer-1更低。观察到这些解决方案在过去一年中因区块链技术实际应用中对高效和低成本解决方案的需求而获得了更多动力和使用。未来升级和创新：以太坊社区正在进行多个项目，以解决影响Layer-1和Layer-2解决方案的一些问题。其中一个称为"danksharding"的升级可以降低Layer-2s的交易成本，使以太坊的TPS突破100,000。此外，"proto-danksharding"计划还包括一种新型的高效临时存储称为"blob"，专门供rollups使用。可扩展性和速度的可能性：以太坊Layer-2s和rollups在可扩展性和速度方面的增长潜力巨大。通过将大部分重计算从基础层转移出去，并通过批处理操作分摊Layer-1成本，rollups帮助实现显著降低的费用和几乎无限的TPS。这提升了用户体验并缓解了网络流量，使以太坊适合日常使用。

结论

ZK-rollups为以太坊等区块链网络面临的可扩展性挑战提供了一个有前景的解决方案。通过将计算和状态转移到链下，同时保持基础层网络的安全性，ZK-rollups显著提高了交易吞吐量并降低了成本。

rollup技术的持续创新，加上以太坊Layer-2预期进一步扩展的事实，可能很快在交易数量上超越Layer-1，并彻底改变区块链应用程序的可扩展性和速度。随着技术的稳步发展，区块链可扩展性变得更好的前景为这些解决方案在实际任何领域的应用带来了积极的展望。

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