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L2 对以太坊的影响
以太坊扩容的“画龙点睛”
本文不关注ZK技术的技术细节，而是尽可能描述ZK的应用方向。 ZK技术的迭代仍在进行中，但技术的实现需要应用来承载。 我们会从离用户最近的应用层开始，逐步渗透到底层EVM、L2、跨链桥接和公链。
介绍
本文不关注ZK技术的技术细节，而是尽可能描述ZK的应用方向。 ZK技术的迭代仍在进行中，但技术的实现需要应用来承载。 我们会从离用户最近的应用层开始，逐步渗透到底层EVM、L2、跨链桥接和公链。
在社会化分工的背景下，不同领域的技术对外人来说就像魔法一样，用“能用的东西”建构个人感知可以帮助我们把握主要脉络，从而逆向寻求ZK的技术特征，即也是最符合人类认知逻辑的一种安排。
历史简介
1985 年，Goldwasser、Micali 和 Rackoff 首次提出零知识证明模型。 准确地说，这是一种“交互式零知识证明”模型，它允许双方在不泄露信息本身的前提下进行多次交互。 接下来，通过特定的技术来验证真伪。
1991年，Manuel Blum、Alfredo Santis、Silvio Micali和Giuseppe Persiano提出“非交互式零知识证明”，号称是一种非交互式证明方法，即双方之间只有一次最终验证。 , 以验证信息的真实性。
非交互式零知识证明带来的进步是巨大的。 首先，将双方的交互次数减少到固定时间，从而可以进行线下验证和公开验证。 前者为 Rollups 的有效性奠定了基础，后者是耦合区区块链的广播机制，可以避免多次计算造成的资源浪费。
后来出现的Zcash，也是第一次大规模使用SNARKs技术路线。 一个单独的隐私币成为了人们的ZK技术和区块链之间的桥梁。
简单地说，这种改进在于“简洁”（Succinct）。 SNARKs 致力于压缩信息本身的大小，而不是简单地压缩验证信息的数据量。 在 ZCash 中，程序电路是硬编码的、固定的、不可变的，所以对它的多项式验证也是固定的。
ZK技术的泛化：从专用的L2开始，最终将照亮整个区块链
用大器晚成来形容零知识证明技术再合适不过了。 这种起源于 1980 年代的密码算法直到 30 年后才真正开始发挥作用。 随着算法隐私币的出现，ZK技术也开始与区块链技术进行更多的结合。
此时，以太坊还在生存边缘挣扎，但扩容已经是一个长远的规划思路。 随着 Plasma 方案的失败，以太坊开始转向 Layer 2 Roll up 方案。 ZK也经历了SNARK、PLONK和STARK等更多工程化的迭代版本，构建了如今生态繁荣的ZK Rollup家族。
Privacy 和 scaling，分别是 Tornado Cash 和 L2，已经等同于这个技术术语的使用和实践案例。
但这只是故事的冰山一角。 ZK本质上是一种验证双方信息的手段。 重点是不涉及信息本身，尽可能便宜高效。 不可能用区块链的三角概念来描述ZK的技术特性。
图片说明：ZK不可能三角 图片来源：R3PO
这三个要求相互冲突。 兼容性越好，越需要链下计算兼容性来提升性能； 追求去中心化，要求链上尽可能多的验证，这会降低性能，增加兼容成本； 如果我们要达到最好的兼容性，就会失去验证性能。
但是，ZK技术在不可能三角的探索中不断迭代，诞生了丰富到可以用到今天，但首先要摆脱既有的认知。 ZK只能存在于Layer 2，本文将一一介绍Dapp、L2、ZK-EVM、ZK Bridge、ZK公链五个主要领域的实际使用。
ZK Dapp：黑暗森林黎明
图片说明：ZK原理示意 图片来源：R3PO
在《三体》中，云天明通过三个三体人耳熟能详的“童话故事”向地球同胞传达了黑暗森林中的三个生存法则：
在三体人的监督下传递这个故事是ZK技术的工作流程解释。 三体人、云天命和地球人都知道所有的“信息”，但只有云天命和地球人明白这些信息代表的是什么。 知识”。
图片说明：路印工作原理 图片来源：L2Beat.com
ZK的“信息包知识”特性非常适合跨链通信、跨链DEX等需要知识加密，但信息传输需要公开的领域。
我们以路印协议为例。 虽然它自称为L2，但它是一个专注于交易和支付的特定L2解决方案。 它使用 zkSNARKs 路由。 根据它的官方文档，它把更多的验证工作放在了链下，链上存储的验证信息应该尽可能简洁。
为了获得最高吞吐量，我们仅支持链下余额。 这些是存储在 Merkle 树中的余额。 用户可以向我们的智能合约存入和提取代币，他们的余额将在 Merkle 树中更新。 通过这种方式，我们可以通过链下更新 Merkle 树来在用户之间转移代币，而无需在链上进行昂贵的代币转移。
这样做的好处是设计了一个可以在特定领域工作的ZK解决方案。 本质上，它使用 ZK 技术将 Rollup 作为单一应用程序解决方案使用。 这个模型真正的开发是使用了StarkEx开发的dYdX，它变成了一个衍生的轨道水龙头。
但这样的问题在于非通用解决方案带来的自满情绪，与外界的沟通始终是个问题，内部升级维护也要兼顾以太坊主网和自身应用的需求。 艰难的走钢丝不能长久，dYdX选择迁移到Cosmos，通用Rollup Taiko的推出，也宣告了L2的竞争在于泛化。
ZK Rollup：梦想的中点
起点在腹部，是本轮ZK技术创新的典型特征。 ZCash、Tornado Cash等早先的隐私币赛道因为监管原因倒闭，并没有扛起ZK的大旗。
图片说明：ZK胜出过程 图片来源：R3PO
L2 Rollup赛道既不是底层公链，也不是上层应用。 它在整个加密结构中非常奇怪地存在。 对应的，以太坊其实是唯一的以太坊的发展路线，其余的公链本质上都是以太坊。 Square 的待定兼容性链。
L2 并非以太坊独有。 比特币的闪电网络理论上也是L2的一种，但只有以太坊的L2才能称为track。 Chain、Optimistic Rollup、ZK Rollup等路由； 从横向来看，ZK Rollup 本身也发展了 ZK VM 和 ZK EVM、SNARK 和 STARK 的区别。 直观的表现就是项目多，意见不一。
但本质上，Rollup 是子公链层面的基础叙事。 其自身运营不能直接盈利，而是依赖于应用在其上的功能和生态效应。 例如，zkSync 专注于 Gitcoin 转账支付，dYdX 依托 StarkEx 构建的应用链正在证明 rollup 叙事公链的相似性。
目前整体Layer 2架构下，技术路线主要在于SNARK和STARK之争。 前者的代表项目是zkSync，后者是StarkWare。 两者的主要区别如下：
zkSync：迈向 EVN 兼容的 ZK Snark 解决方案
基本信息：
开发者：Matter Labs
TVL：52M、170M（最高）
转让费：0.1U
技术范例：ZK-SNARK
团队信息：
Alex Gluchowski 联合创始人兼首席执行官
Danil Lugovskoi 高级软件工程师
融资历史：截至 2021 年 11 月，Matter Labs 已从 a16z、Union Square Ventures 和 Placeholder 筹集了 5800 万美元。
表格说明：Matter Labs 融资历史 表格来源：R3PO [object Object]
图片说明：zkSync 生态 图片来源：@ZK_Daily
生态概况：目前共有70+个应用。 2.0推出后，兼容EVM特性可能会导致应用数量进一步增加。
ZigZag：基于zkSync的订单簿DEX，是较早的支持zkSync的DeFi应用。
当前用户数31万，活跃账户数2216，新增用户数504。
1. zk同步1.0
zkVM兼容级别，主要用于支付和转账，最成功的用例是支持98%的Gitcoin捐赠渠道。
稳定运行两年，降低50倍gas费，支持400万笔转账。
2.zk同步2.0
全面支持zkEVM，100天内上线zkSync 2.0主网，秋季推出实时生产环境EVM智能合约ZK证明。
2022.10.29 以太坊Layer 2扩容解决方案zkSync发布2.0主网Baby Alpha版本。
2022.10.18 以太坊Layer 2扩容解决方案zkSync完成“里程碑3：证明合并”（Milestone 3: Proof Merging），并在测试网上发布了zkSync端到端验证器。 通过集成的有效性证明，zkSync 2.0 在 Running zkEVM on the public testnet 上正式启动，并将在主网启动前 11 天展示一个完全可用的 ZK-rollup。
2022.9.7 以太坊Layer 2扩容方案zkSync 2.0主网开启项目注册。
2022.8.31 zkSync 2.0 测试网完成动态费用升级，目前根据预计所需系统资源预估，按实际使用情况收费。 动态费用升级包括新的费用模型、对 Paymasters 账户的抽象支持和 EIP-1559 支持，其他更新包括 Vyper 编程语言支持、zkEVM 兼容性改进、Hardhat 编译器插件二进制文件功能。
2022.5.25 Layer2 cross-rollup bridge Orbiter Finance测试网增加对以太坊二层解决方案zkSync 2.0的支持。
2022.3.10 zkSync升级2.0版本入口，包括支持使用不限ETH的任何ERC20代币支付Gas费，增加区块浏览器等，用户可申请测试代币试用。
2022.02.22 zkSync 宣布推出2.0公测网，并将在公测网上发布第一个兼容EVM的ZK Rollup。
StarkNet：dYdX跑Cosmos后，StarkNet用Cairo写ZK-EVM
基本信息：
出版商：StarkWare
TVL：1.26M，1.5M（最高）
技术范式：ZK-STARK、ZKVM模式，自带编程语言Cairo不兼容solidity，但优化编写ZK-EVM
主要产品：
图片说明：StarkNet运作原理 图片来源：L2BEAT.COM
团队信息：
融资历史：共获得2.25亿美元融资。
简要评价：
生态发展：
11 月 29 日，StarkNet 宣布其 Mainnet alpha 升级到 v0.10.2，并发布了性能路线图。
主要进展将包括定序器并行化，Cairo-VM 的新 Rust 实现，Rust 中定序器的重新实现，路线图旨在提高 TPS。
目前 StarkNet 上有 40+ 个生态项目，其中基础设施类和 DeFi 类项目分别有 13 个和 14 个，NFT/游戏类项目有 11 个。
图片说明：STarkWare和zkSync生态对比 图片来源：@ETH_Daily
dYdX 运行到应用链
dYdX将开发去中心化链下订单簿和撮合引擎，从以太坊转移到dYdX专用应用链上，并计划在今年年底开源dYdX V4。
以太坊上的衍生品交易协议目前通过 StarkWare 上的 StarkEx 实现了扩容和低成本的需求。 然而在2022年6月，dYdX公布了V4计划，将使用Cosmos SDK和Tendermint开发自己的应用链。
Messari 统计数据显示，Uniswap 和 dYdX 分别占 DEX 市场的 44% 和 38%。
对于退出以太坊生态的原因，dYdX提到团队对目前10笔/秒的交易速度和1000笔/秒的下单/撤单性能不满意，扩容需要搭建一个中心化的链下订单撮合系统，这与 dYdX 去中心化交易所的定位不匹配。 因此，在V4中，dYdX将构建一个去中心化的链下订单系统，兼顾性能和理念。
dYdX 当前在 StarkEx 上的设置依赖于集中式排序器。 就像目前所有的 Rollups 一样（Starkware 在最近的一篇文章中暗示了其未来去中心化排序器的计划）。 当前的排序器标准有效，但具有很大的中心化效应，因为只有一个参与者可以将块批次提交到以太坊主网。 因此，Cosmos 建立了自己的验证者集，理论上可以使协议去中心化。
不可变：L2 上的 L2
Immutable 成立于 2018 年，拥有 NFT 集换式卡牌游戏 Gods Unchained 和专为 Web3 游戏设计的 NFT 扩展解决方案 ImmutableX（采用 StarkWare 解决方案），并通过 NFT 游戏开发工作室 Immutable Studios 推动 NFT 世界的发展。
Immutable X 采用 Validium 数据存储方案，因为交易数据通过称为数据可用性委员会的链下解决方案存储，而不是完全存储在链上。
Immutable X 是 NFT 在以太坊上的扩展解决方案。 它使用 StarkWare 的解决方案。 Immutable X可以同时看做一个NFT市场和一个Layer 2链。 Immutable X 计划在 StarkEx 上部署一些项目，以实现复杂的 DeFi 交互和可组合性。
在理解 Immutable X 时，需要区分 Immutable X 平台、Immutable X 市场和 Immutable X 代币之间的关系。 Immutable X 平台是允许用户在第 2 层进行存款、取款、硬币和交易的核心基础设施； Immutable X 市场允许用户在没有 Gas 的情况下铸造和交易 NFT，由 Immutable 开发，由 Immutable X 提供，提供底层技术支持； Immutable X generation Token（IMX）是Immutable X协议的ERC-20实用型代币，用于奖励用户对平台的贡献。
Immutable X的主要交易来自集换式卡牌游戏Gods Unchained，这也是Immutable X团队之前的产品。 通过电子邮件注册后，您可以获得免费的卡包。 当 IMX 发布时，Gods Unchained 用户获得了空投。 据CryptoSlam统计，Gods Unchained的NFT交易总量约为535万笔，交易额约为4521万美元。 Immutable X 上的绝大多数交易都来自 Gods Unchained。
多边形赫尔墨斯
严格来说，polygon和hermez的结合构造了一个L2解，下面不再严格区分polygon和ploygon Hermez的区别。
基本信息：
制作人：iden3 + polygon
TVL：309k，29M（最高）
技术范式：ZK-SNARK，zkEVM即将上线以太坊的发展路线，Polygon收购后将整合构建统一的L2解决方案。
主要组成：
图片说明：Polygon hermez运作原理 图片来源：Polygon
融资历程：2021年8月，Polygon以2.5亿美元收购了iden3开发的以太坊ZK Rollup扩容解决方案Hermez Network，更名为Polygon Hermez，并纳入Polygon生态。
简要评价：
Aztec：隐私+DeFi+L2三花齐聚
基本信息：
发行人：阿兹特克
TVL：3M、14M（最高）
技术范式：ZK-SNARK，底层证明系统PLONK
特征：
图片说明：Aztec运作原理 图片来源：L2BEAT.COM
团队背景：
融资历程：共完成两轮融资，融资总额1910万美元。 需要注意的是，两次融资的时间间隔很长，团队还是很有耐心的。
发展历程：
产品架构：
Aztec的产品体系是：基于PLONK底层通证体系，实现账户间的匿名交易，通过网关合约的嫁接实现与Defi项目的私密交互。
隐私架构：使用UTXO模型来保证隐私。 在Aztec的数据结构中，所有笔记的状态都保存在两棵Merkle Trees中，一棵是笔记树（note tree），存放所有生成的笔记，另一棵是Nullifier tree（废弃树），存放所有笔记已被摧毁。
Aztec 通过“网关”将交易聚合到 L1。 当用户想要进行Defi交易时，Aztec会将同类型的交易打包传递给部署在L1中的合约Aztec Bridge Contract，然后通过这个合约聚合资金并调用相应的Defi函数，最后Return交易资金按比例进入L2账户。
Scroll：以太坊基金会支持的最兼容的通用L2
基本信息：
发行人：卷轴
测试网络状态，暂无数据
技术范式：zkEVM，字节码级别兼容。
图片说明：各类L2兼容性示意图 图片来源：ETH官网
融资情况：据创始人介绍，已于2021年底完成融资，并于今年4月官宣。
队员：
特征：
开发进度：
ZK-EVM：兼容一切
是否会有另一条公链取代以太坊？
目前看来，以太坊是一个没有对手的特殊存在。 比特币以外的公链的竞争在于生态，而不在于TPS等具体技术指标。 Solona采用的PoH（proof of history）机制虽然保证了上千的TPS，但是去中心化程度并不能保证。 频繁宕机显然比 Gas Fee 更昂贵。 宕机是用户体验的问题，代价高昂是差错。
随着FTX的陨落，与其深结缘的索罗纳也给赤羽带来了灭顶之灾。 在其上铸造的 soBTC 本质上是一个承诺。 是否有BTC一对一支持，目前似乎无从考证，换句话说，Solona DeFi生态濒临灭绝。
Solana不是被同门的Move公链打败，而是死在了最大的利益相关者面前。 从这点来看，它与EOS无异，终将成为历史的尘埃。
此役过后，所有公链都必须认真考虑与以太坊的兼容问题。 无论是Ripple的侧链兼容EVM路由，还是Layer 2的ZK VM/ZK EVM之争，都是对以太坊本身的一种挑战。 补强作用。
EVM和以太坊开发生态对开发者来说足够友好。 开发者只需要为EVM开发一次，就可以依靠以太坊主网的安全保障自身的安全和运行效率，而无需过多考虑其他公链的适配。 .
Solidity并不完美，EVM也不缺乏改进的空间，但是随着越来越多的公链兼容EVM，就像iOS的开发一样，在ARM芯片架构的支持下，可以直接在Mac上使用， iPad 和 iPhone。 无缝衔接，大大减轻了开发者的工作量。
EVM 兼容 Solidity 语言级别。 开发者使用Infura提供的API与主网进行交互，使用Truffle进行智能合约的开发、测试和部署。 开发套件现成可用，可完成 EVM 的适配。 之后，Dapp 可以运行在任何兼容 EVM 的公链上。
这也是ZK VM和ZK EVM竞争的方向。 Vitalik 曾经给出了不同 EVM 分类的兼容性和性能关系。 可以发现，实现级别越低，兼容性越强，但性能越差。 这个道理其实很简单。 想想以太坊主网糟糕的性能和强大的安全性来理解机制。
图片说明：不同EVM兼容性和性能表现 图源：vitalik.eth
路由之争的本质还是基于以太坊的L2 Rollup还是太low了，直接的用户体验差。 为了追求更高的性能，有必要在其之上继续构建。 在路上，L3应运而生。 真正的应用层部署在L3之上，使得以太坊成为一个四级垂直模块化公链，在数据可用性和公链安全性之间寻求平衡。
结语
以太坊的路线发展到了关键时刻。 向左转为横向扩展的模块化路线，向右转为纵向层叠的堆叠格局。
在当前的竞争格局下，TPS和EVM兼容性成为了两个必备条件。 Rollup路线证明ZK的效率可以兼顾公链层面的安全性和L2的证明速度。
但是，在EVM兼容性方面，在多大程度上与以太坊兼容成为了一个难题。 高兼容性会导致性能危机，但兼容性降低也会导致安全危机。 StarkWare给出的Cario方案更为合适，但也对开发能力提出了远超一般的要求。
总之，目前是以太坊乃至整个公链架构的十字路口。 未来它会走向何方，是否会成为下一个十年的主旋律，让我们拭目以待。
