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什么是Layer-2可扩展性技术——零知识汇总?

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区块链可扩展性角逐

加密货币日渐普及并广泛应用,解决区块链网络的可扩展性问题势在必行。区块链拥塞会导致速度下降且交易手续费上涨。为解决此问题,有Layer 1和Layer 2解决方案两种主要框架可供使用。

  • Layer 1解决方案:此类解决方案直接更新区块链的基础结构,从而提高整个系统的吞吐量。分片则是其中的典型代表,通过将区块链划分为不同的分区,扩充了系统容量并允许同步处理交易。

  • Layer 2解决方案:此类解决方案则运行在基础区块链之上。Layer 2中的交易在链下处理后统一提交到基础链中。主要技术包括:状态通道、侧链和汇总。零知识汇总是采用零知识证明的汇总形式。

什么是零知识汇总?

要了解零知识汇总,必须先了解汇总和零知识证明。 

什么是汇总?

区块链通过汇总可将交易数据捆绑在一起并在线下处理。处理后,最终结果将正式提交到基础链。同时批量处理交易,可以缓解区块链的拥塞压力,计算速度和成本都将得到优化。汇总分为乐观汇总和零知识汇总两大类别。

  • 乐观汇总乐观汇总运行的假设前提是,汇总的所有交易均正当合理。交易在提交至区块链之前,需要经过一段等待期。在等待期内,网络会针对存疑的交易提出异议。Optimism、Arbitrum和opBNB均采用乐观汇总。

  • 零知识汇总:与乐观汇总不同,零知只汇总通过零知识驱动的有效性证明验证每笔交易。虽然实施起来更复杂,但零知识汇总旨在略过乐观汇总的异议解决期。从理论上看,这样能更快地处理交易。

下面将介绍零知识证明。

什么是零知识证明?

零知识证明(ZKP)是一种加密工具,可供一方(证明者)向另一方(验证者)证明某项陈述的真实性,而无需透露该陈述的任何复杂细节。

ZKP必须具备以下三个特质:

  1. 完整性:如陈述属实且双方均诚实可信,则证明可始终确认其真实性。

  2. 可靠性:除非在极罕见的情况下,否则不诚实的证明者不应该能说服诚实的验证者相信虚假陈述的有效性。

  3. 零知识:最重要的特性。流程结束时,验证者只了解陈述的有效性,对陈述内容一概不知。

ZKP究竟如何运作?该证明方法可分为三个步骤:

  • 证据:在第一阶段,证明者向验证者提供一条机密信息或“证据”。其中的逻辑是,向验证者证明证明者可在不明确提及特定数据的情况下对其进行访问。证据会提出一组和信息相关的问题,仅供真实的证明者回答。

  • 质疑:在此阶段,验证者随机抽取该组问题来质疑证明者。

  • 回应:证明者顺利回答验证者的问题,以证明自己的可信度。 

了解过汇总和ZKP的概念之后,二者相结合即可了解零知识汇总的运作原理。

零知识汇总如何运作?

零知识汇总分为两大核心组成:

  • 链上合约:定义零知识汇总协议运行规则的智能合约。由主合约和验证者合约组成。主合约存储汇总区块、追踪押金并进行重要更新。验证者合约则验证生成的ZKP。

  • 链下虚拟机:虚拟机在L2的基础以太坊区块链之外处理交易执行。链下虚拟机独立于以太坊链运行。

虽然处于各自的层,但零知识汇总仍与以太坊区块链密切联系。链下虚拟机不会将交易的详尽细节塞给以太坊,而是智能地提供捆绑摘要,确保基础层保持畅通高效。

使用零知识汇总的利弊

那么,使用零知识汇总有哪些好处呢?以下是具体介绍。

零知识汇总的优点

  • 吞吐量提高:零知识汇总将交易执行从基础层转移到更高效的计算环境中。由于交易不在链上单独处理,因此整体吞吐量得以提高。

  • 降低拥塞:零知识汇总能减轻区块链的负荷,有助于提高Layer 1的运行效率。此外,全节点只需存储零知识证明,而非所有数据。

  • 手续费降低:由于拥塞得以缓解,零知识汇总有助于降低总体费用。

  • 安全措施:零知识汇总配有安全措施。即使汇总网络出问题,用户仍可提现资金。这与网络故障就会危及资金安全的侧链相比,显然是个优势。

  • 交易质疑期缩短:使用零知识汇总,只有汇总中的有效性证明需要验证,从而能缩短交易质疑期。

零知识汇总的缺点

  • 复杂性:零知识汇总最大的缺点在于自身的复杂性,其执行远比乐观汇总复杂。

  • 受基础层限制:虽然零知识汇总效率高,但仍受底层基础层的限制约束。

  • 流动性分散:所有Layer 2均会导致生态系统中流动性分散。基础层协议流动性弱可能会导致潜在问题。

乐观汇总与零知识汇总对比

以下是乐观汇总与零知识汇总的对照情况。

乐观汇总

零知识汇总

对交易的假设

假设交易有效。

所有交易由零知识证明验证。

质疑机制

网络存在质疑期,可质疑欺诈交易。

无质疑期

证明机制

欺诈证明

有效性证明

复杂性

较容易实施

由于采用零知识证明,因此很复杂

普及率

复杂性较低,故广泛普及。

普及率相对较低。

示例

Optimism、Arbitrum和opBNB。

zkSync和Starknet。

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