ZK Rollup扩容方案StarkNet Alpha该解决方案有助于缓解以太坊目前高昂的手续费使用环境。

实际采用了几种扩展解决方案ZK-Rollup（Zero-Knowledge Rollup）为什么技术一直被认为是扩容解决方案的最佳答案？

以太坊可扩展性问题

高昂的gasfees由于交易费用是以太坊，所以已经成为以太坊的主要问题ETH当资产价格上涨时，使用网络的成本也会上升，ETH今年涨了460%，这意味着美元计算的交易成本也增加了460%。

另外，交易费用也取决于网络拥堵程度，由于目前的链上应用项目对以太坊区块空间有著极大的需求，但是区块空间是有限的，导致其网络很容易变得拥挤，使交易确认速度变慢及gasfee变高。

用户参与使用网络的高成本DeFi和NFT阻碍，甚至失去参与DAO许多加密货币爱好者已经迁移到其他第一层区块链Solana（SOL）和Avalanche（AVAX）。

以太坊交易gas价格中位数(来源:Glassnode）

在过去的几年里，为了帮助缓解以太坊的网络拥堵和交易成本，开发了几种扩展解决方案。

Polygon该网络在2019年推出，可以说是第一个获得巨大吸引力的以太坊扩容解决方案，该网络使用了一个名称Plasma的扩容方案。

它将交易从主要以太坊区块链转移到一个特殊的侧链，许多以太坊都是本地的DeFi应用已经在Polygon上推出，如Curve（CRV）和Aave（AAVE）。

虽然Polygon该网络通过低交易成本成功地吸引了用户，但它经常被质疑是安全和集中的，而不是一个真正的扩展解决方案。

该网络由自己的节点验证器管理PoS共识机制意味着它不使用以太坊主网来验证交易。

截稿前的Polygonscan只有100名验证人管理数据Polygon网络，最大的验证节点地址占整个网络验证区块的27%以上。

Polygon网络前25大区块验证比例(来源:Polygonscan）

Rollup扩展解决方案

近期Rollup扩展解决方案在以太坊社区引起了热烈的讨论，Rollup顾名思义，该方案是一种包装计算数据并证明其有效性的方法（Validity Proof）送回以太坊主网。

由于交易被捆绑在一起，这种做法可以节省区块空间，进一步减少提交给主网的数据量，Gasfee许多用户可以分享。

Rollup它为用户提供了近乎即时的交易速度，可以将成本降低50到200倍，同时保持以太坊主网的安全性和分散化。

目前Rollup方案有两种类型:

OptimisticRollup和Zero-Knowledge Rollup（ZK-Rollup）。

什麽是Optimistic Rollup？

Optimistic Rollup假设发回主链的交易是合法的，只有当验证人能够提交欺诈证明时（Fraud Proof）为了证明交易是欺诈性的，交易将被拒绝。

换句话说，Optimistic Rollups以证明有罪前无罪的方式验证交易。

目前Optimistic Rollup我们可以看到实际情况，部分原因是开发者更容易在网络上开发应用程序。

Optimistic Rollup以太坊的程式语言可以直接支持完整的智能合约功能Solidity编写应用程序。

根据L2beat目前最大的数据显示Optimistic Rollup网络Arbitrum已经在DeFi该应用程序吸引了超过25亿美元的仓价值（TVL），它承载了以太坊的许多流行DeFi应用。

然而，由于Optimistic Rollup验证交易的方法，他们面临着一些挑战，将资金以太坊主网需要一周的挑战（Dispute Time Delay），这给用户带来了不便，破坏了可组合性。

虽然Optimistic Rollups改进了基础Plasma解决方案。

如Polygon，但它们通常被认为是不如的ZK-Rollups的，Optimistic Rollups可扩展性提升高达77倍ZK-Rollups提供了500倍的提升，没有挑战期。

什么是ZK-Rollup？

ZK-Rollup该方案在交易打包到主网络时产生加密证明，以证明交易是合法的。只有在加密证书被验证后，以太坊才会接受交易Optimistic Rollup不同，ZK-Rollup采用证明无罪前有罪的验证方法。

然而，ZK-Rollup还没有达到和Optimistic Rollup同类产品相同的兼容性水平，因为ZK-Rollup有效性证明应伴随在每笔交易中。

因此，目前技术发展更加困难ZK-Rollup一些简单的任务，如直接转账和交易，已经可以在开发中执行。虽然有可能整合智能合约功能，但比较Optimistic Rollup更加困难。

就在今年，以太坊联合创始人Vitalik Buterin预测，开发可以完全结合ZK-Rollup需要几年时间。

然而，开发人员已经提前完成了几个计划ZK-Rollups该项目正在准备部署解决方案，既可组合又可操作，甚至可以使多个解决方案Rollups互通。

ZK-Rollups以太坊主网允许以太坊主网络和多个第二层网络共享通信框架，网络可以共享流动性，克服第一层区块链面临的最大挑战。

基于ZK-Rollup该网络不需要争夺分散交易所的高效交易，而是可以通过合作扩大以太坊。

ZK-Rollup还有另一个独特的功能，交易成本越便宜，发送一批成本变化不大。

随着更多的交易被包装在一批中，交易成本可以在更多的用户中分摊，ZK-Rollups几乎无限的交易可以打包。

因此，当有足够的用户时，交易gasfee这个功能被称为有效性证明摊销，可以减少到几分钱（Validity Proof Amortization）”。

尽管以太坊仍然面临着可扩展性问题，但一些开发者已经部署了第二层ZK-Rollup网络承诺在智能合约、其他二级解决方案和以太坊虚拟机之间实现完全的组合和兼容性。

ZK-Rollup的类型

目前有两种不同类型的ZK-Rollup在以太坊的扩展解决方案中，首先是最广泛使用的类型ZK-SNARKs，全称为简单的非互动知识论证（Succinctnon-interactive arguments of knowledge），也是第一个被发现的零知识证明类型。

区块链项目专注于隐私保护Zcash（ZEC）早在2016年ZK-SNARKs，该技术构成ZK-Rollup大多数开发者的数据库和代码被认为是以太坊扩展项目的有力选择。

但SNARKs有一个缺陷，它们需要一个初始创建事件的密钥来创建交易所需的证明。如果可信设置事件中的密钥没有被销毁，它们可以用来创建新的代币或伪造交易。

目前备受关注SNARK扩展解决方案是Matter Lab的zkSync，该项目于2020年6月启动。

该平台在目前的迭代中声称每秒可以处理2000笔交易，并希望在未来实现更高的吞吐量EVM智能合约部署在环境中，推出zkEVM测试网。

zkSync目前重于让Ethereum主网的过渡尽可能容易，那些想在的人zkEVM以太坊语言可用于上述开发人员Solidity编写智能合同。

Matter Labs最近在a16z领投的B为了帮助，轮融资筹集了5000万美元zkSync此外，该公司还与几家以太坊合作DeFi例如，应用合作Curve、Aave和1inch。

另一种ZK-Rollup方案为STARKs，全称为可扩展透明知识论证（Scalable transparent arguments of knowledge），STARKs比SNARKs更有优势。

因为STARKs完全依赖哈希函数，不需要可信的设置，这意味着STARKs在理论上比SNARKs更安全。

StarkWare第一家用STARKs扩大以太坊公司是目前发展的基础STARK技术的主要推动者。

公司的两位联合创始人EliBen-Sasson和Michael Riabzev该技术共同发明。

StarkWare为基于STARK的ZK-Rollups创造了一种图灵完备的编程语言，称为Cairo，“StarkEx协议”是以Cairo语言创作的第一个产品。

StarkEx它是一种针对特定应用的扩展解决方案，目前被几个以太坊项目使用，包括dYdX、ImmutableX、Sorare和DeversiFi。

StarkWare即将发布的StarkNet是无权的ZK-Rollup网络允许开发者直接在第二层构建和启动应用程序。

StarkNet目标是成为一个真正分散的多应用扩展解决方案。

StarkNet发展示意图(来源:StarkWare）

ZK-Rollup以太坊的使用方式即将改变zkSync和StarkNet实现高速低成本网络。

更多的以太坊主在线交易将被外包到第二层，这应该使以太坊更接近其可扩展、安全和分散的区块链网络愿景。