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全面解读ZK-Rollup的现状、前景和痛点

小欧2022-07-08 09:53:54头条44

背景

最近,像Solana和BNB Chain这样受欢迎的第1层(L1),由于在各自的网络上同时运行DeFi协议、NFT市场和web3游戏而导致了网络中断。与此类似,以太坊也因网络拥塞和昂贵的gas费用而不断受到批评。使得业界逐步意识到L2扩展性解决方案的重要性。

以太坊基金会表示,Rollup是目前解决可扩展性问题的首选的L2解决方案。除了Rollup,还有其他L2解决方案,如侧链和子网,它们都试图解决可扩展性三难困境。

特别是,随着今年早些时候DeFi Kingdoms和Crabada子网的部署,Avalanche 的 L2 可扩展性解决方案 Subnets 最近获得了相当高的人气。在某些情况下,子网本质上是侧链,但子网可以选择使用来自主网的验证者。目前,子网和侧链似乎是Web3游戏的首选的L2扩展解决方案。

在本文中,我们将深入讨论Rollup的最新发展和痛点。我们还将分析与自定义链(子网或侧链)相关的Rollup,并看看这些不同的L2解决方案是如何相互叠加的,特别是在GameFi领域。

ZK-Rollup的前景、近期发展和痛点

Rollup将压缩的链下交易捆绑到L1网络的单个订单中,这样可以降低gas费用,并扩大任何给定L1的交易能力。L2执行计算,而L1只需要验证它们。由此,gas费用被大量交易分摊,数千笔交易将可以被集体完成。

Rollup有两种不同的变体:Optimistic Rollup和零知识Rollup (“ZK-Rollup”)。两者的验证方法不同。

Optimistic Rollup假设所有交易都是有效的,并且不经验证就将它们发布到基础层。然后会在七天的质询期内修改有争议的交易。

另一方面,ZK-Rollup创建一个证明,并将其作为有效性证明的一种形式发布到主网。目前,使用ZK-Rollup的交易可以在大约10分钟内完成。

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资料来源:preethikasireddy.com;ethereum.org

从上图中可以看出,与Optimistic Rollup相比,ZK-Rollup似乎将赋予以太坊一个更快、更可扩展的生态系统。

然而,值得注意的是,ZK-Rollup仍然是一种新兴的技术形式,缺乏EVM兼容性。尽管zkSync今年早些时候在他们的公共测试网上发布了一个兼容EVM的zkEVM,但是要实现ZK-Rollup的EVM兼容性,还有很长的路要走。如果不这样做,ZK-Rollup将仅限于代币转账和交换。

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资料来源:l2beat.com(截至 2022 年 6 月 7 日)

从上图可以看出,目前Optimistic Rollup在TVL方面占据了72%的市场份额。前面提到的缺乏EVM兼容性似乎让ZK-Rollup处于次要地位,因为这个原因,很多DeFi玩家在扩展到Rollup时选择退出ZK-Rollup。

随着Optimistic Rollup的成熟,大多数大型DeFi项目已经根据自己的需要采用了这个解决方案。然而,一周的等待时间往往会让新用户感到失望。但当考虑到GameFi可扩展性、NFT市场和Web3应用时,ZK-Rollup可能会成为需要更高吞吐量和更低交易费用的网络的可选解决方案。

ZK-Rollup的全景

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资料来源:l2beat.com 和协议的网站(截至 2022 年 6 月 7 日的数据)

截至撰写本文时,该领域已有超过12个的ZK-Rollup解决方案,底层技术由StarkWare、Loopring、Matter Labs和Polygon Hermez开发。

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ZK-Rollup中有两种主要的加密证明方法。Loopring和zkSync采用的技术创建了一个零知识、简洁、非交互的知识论证(ZK-SNARK)证明,以验证主网中的大量交易。ZK-SNARK于2012年成为公众关注的焦点,并被ZK-Rollup的先驱们广泛采用。

另一方面,零知识、可扩展、透明的知识论证(ZK-STARK)技术相对较新,于2018年由StarkWare发布。ZK-STARK被认为比ZK-SNARK更透明和可扩展。这项前景广阔的技术最近推动StarkWare的估值达到80亿美元,该轮融资由Tiger Global领投。

StarkWare

StarkWare提供两种主要的ZK-STARK解决方案:StarkEx和StarkNet。

StarkEx是为特定应用程序 ZK-Rollup设计的Validium解决方案,被衍生品交易平台dYdX、Web3游戏和NFT市场 Immutable X采用。

Validium是一种可扩展的解决方案,它采用与通用ZK-Rollup相同的有效性证明,但不将数据存储在主网上。链下数据存储绕过了主网上的交易处理,与通用ZK-Rollup相比,它显著提高了可扩展性。但是,采用Validium的风险在于,数据可用性管理人员可能会控制用户的资产,从而引发安全问题。

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资料来源:l2beat.com(截至2022年6月8日)

StarkNet是由StarkWare推出的一个通用Rollup,于今年2月完成了发布。值得一提的是,Immutable X采用了一个Volition模型,允许用户在Validium模型或通用ZK-Rollup之间进行选择。随着TVL的逐步提升,StarkWare一直致力于将StarkNet的TPS提升到优化水平。

Cairo是StarkNet的编程语言。StarkNet并不支持EVM,在撰写本文时,Nethermind的Warp团队正在开发一个SOLidity-to-Cairo的转译器。

StarkEx的Web3游戏足迹

借助ZK-Rollup的力量,Web3游戏可以显著降低用户的交易成本,并避免拥塞。因此,像Sorare, Immutation X等生态系统都采用了StarkWare的可扩展性解决方案来支持他们平台上的Web3游戏。

Sorare 是一款著名的足球卡牌游戏,在以太坊主网上很受欢迎,他们就是通过采用StarkEx来转移到L2的。Sorare选择ZK-Rollup来扩大规模,同时又确保了安全性和去中心化。

Immutable X是基于以太坊的NFT市场的L2平台。它通过将计算转移到链下来提供零gas费和即时交易。根据DappRadar,目前有4款活跃的Web3游戏在Immutable X的帮助下进行NFT交易,Gods Unchained便是其中最突出的一款,它拥有大约5000名用户和150万美元的日交易量。

Illuvium是最新一款加入Immutable X平台的Web3游戏,在其正式游戏发布之前通过销售价值超过 7200 万美元的数字土地而成为头条新闻。

总之,在 ZK-Rollup 中构建游戏可以通过两种方式完成。第一种方法是通过Immutable X这样的解决方案,第二种方法是构建一个独立的ZK-Rollup,就像Sorare。比较这两种方法,Immutable X的解决方案被证明更具成本效益。然而,我们需要注意的是,Immutable X仍然缺乏采用,而ZK-Rollup到目前为止还没有在Web3游戏领域获得吸引力。

Loopring

Loopring是内部开发的ZK-Rollup解决方案。截至撰写本文时,该协议是 TVL 最大的通用 ZK-Rollup 链。他们的战略重点是交易和支付,而它在支持Web3游戏方面的努力只体现在与Gamestop合作建立Gamestop NFT市场上。目前该平台还没有运行Web3游戏。

Matter Labs (zkSync背后团队)

Matter Labs是zkSync扩展解决方案背后的团队。它使用ZK-SNARK,并提供链下Validium解决方案zkPorter和链上通用Rollup zkSync。

ZKSpace 是从 zkSync分叉出来的,采用了同样的ZK-SNARK技术来解决可扩展性问题。正如zkSync所指出的,ZKSpace自分叉以来一直是封闭状态,因此可能存在安全风险。截至撰写本文时,ZKSpace(以前称为ZKSwap)拥有协议ZKSpace、ZKSwap和ZKSea(尚未上线)。

Matter Labs 于 2022 年 2 月在公共测试网上推出了 zkEVM,这是第一个与 EVM 兼容的 ZK-Rollup。zkEVM 仍在开发中,其旨在运行99%的Solidity合约。这意味着ZK-Rollup将与以太坊主网并行运行,并与Optimistic Rollup进行竞争,这是一个重要的里程碑。

Matter Labs目前也在设计一个Validium 解决方案—zkPorter。如果Matter Labs打算将Web3游戏吸引到自己的平台上,zkPorter可能正是它所需要的。然而,Matter Labs似乎仍然专注于构建通用ZK-Rollup。

Polygon

Polygon一直在积极地创建自己的L2可扩展性解决方案。其ZK-Rollup产品包括Polygon Hermez (ZK-SNARK)、Polygon Zero (ZK-SNARK)和Polygon Miden (ZK-STARK)。Polygon在2021年收购了ZK-Rollup规模化项目Hermez和初创公司Mir,并获得了构建其ZK-Rollup的专业知识。

截至撰写本文时,只有Polygon Hermez是活跃状态。它可用作 DeFi 项目的通用 ZK-Rollup,TVL 仅为 366,000 美元。Polygon Hermez 尚未吸引很多项目,可能是由于缺乏 EVM 兼容性。然而,Polygon可能已经通过其PoS侧链或超级网络战略瞄准了Web3游戏开发者,且尚未将其重点转移到 ZK-Rollup上。

痛点和简要总结

对于通用ZK-Rollup来说,一个反复出现的问题在于它们的EVM兼容性。我们注意到,以太坊中的大多数DeFi玩家都选择了Optimistic Rollup或Polygon PoS作为他们的L2扩展解决方案。例如,Curve选择了Optimism;Aave V3的Polygon,Optimism和Arbitrum;Uniswap已经扩展到Optimism和Polygon。zkEVM正在被Matter Labs测试,Nethermind正在为StarkNet开发一个转译器。EVM兼容性方面的任何突破都有可能最终有助于将DeFi项目吸引到ZK-Rollup中。

另一个问题是ZK-Rollup中缺乏通信。这会导致流动性断裂和可能引发安全问题的集中排序过程。然而,Immutable X最新推出的跨Rollup流动性解决方案可能预示着一个流动性更强的Rollup生态系统。

ZK-Rollup还没有在NFT和Web3游戏领域获得吸引力,这是有原因的。Gods Unchained在不断地失去用户,自从它采用了Immutable X的解决方案后,它的交易量急剧下降。Sorare在转入Rollup后也无法在以太坊主网重复其成功。尽管ZK-Rollup在上述例子中没有取得成功,但相比之下,Avalanche的子网在NFT和Web3游戏中都找到了更坚实的基础。

Avalanche子网和Polygon

Avalanche子网简介

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Avalanche的主要网络由三个区块链组成——X、P和C链。每条链在维护Avalanche的完整性和创建新资产或区块链方面都有不同的用途。

  • Exchange链(X-chain)是Avalanche的默认资产区块链,支持创建新资产、交换和跨子网转账。

  • 平台链(P-chain)是元数据区块链,用于协调验证者,跟踪活动子网并创建新的子网。

  • 合约链(C-chain)是智能合约区块链。它支持创建与EVM兼容的智能合约。

Avalanche 使用扩展方法创建子网以进行水平扩展。子网不同于单个区块链,它们之间的关系如下:

  • 子网是区块链上的一组验证者。

  • 每个区块链只有一个子网(一组验证者),而每个子网可以同时维护多个区块链。

每个子网一开始可以有5个验证者,但是为了网络健康和安全,建议最好有10个。在Avalanche上创建子网只需要一个AVAX。然而,子网的每个验证者也需要验证主网络——需要2000个AVAX代币,截至2022年6月9日,其价值约为5万美元。

子网创建被设计为无需许可,并足够灵活,这样就可以满足不同的用例。例如,私有区块链可能要求只由子网验证者查看交易;或验证者必须先经过 KYC/AML 验证,然后才能进入子网。

子网上的Web3游戏

子网一直是L2可扩展性的圣杯,尤其是在Web3游戏领域。Avalanche一直在支持和发展它的GameFi生态系统,并在子网中为它们找到一个归宿。Crabada和DeFi Kingdoms是他们的两个先驱,Castle Crush目前正在开发其测试网。

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资料来源:https ://cryptodaily.io/how-crabada-is-paving-the-way-for-p2e-games-on-avalanche/

从上表中可以看出,Crabada在Avalanche公司C链的gas费用中所占份额最高,为38.93%。然而,与许多Web3游戏类似,Crabada也面临着主网网络拥塞的问题,这促使它们转向自己的链,如子网。最近,Crabada从 Avalanche C 链转移到了他们自己的子网Swimmer Network。随着向 Swimmer Network 的迁移,Crabada玩家的gas费降低了 85%,交易时间也大大缩短。

除了较低的gas费用和较高的TPS,还有其他好处可以吸引 web3 游戏采用子网。通过拥有自己的子网,Web3游戏基本上可以更好地控制区块链的预定参数。他们可以用自己选择的代币支付gas费用。现在,Crabada使用$TUS而不是$AVAX作为gas代币,在网络扩展过程中燃烧高达80%的gas。销毁代币抑制了代币通胀,提高了代币效用。

需要注意的是,游戏工作室一直在为整个游戏生态系统构建子网,而不是Crabada或DeFi Kingdoms采用的典型的每个子网一个游戏的模型。

Avalanche还表示支持在其子网上创建Web3游戏。在最初计划的1.9亿美元的Avalanche Rush启动了DeFi生态系统之后,接下来的2.9亿美元的Multiverse计划旨在加速生态系统的增长。

Polygon超级网络和侧链

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来源:多边形博客/超网

Avalanche子网的竞争对手是Polygon supernet,这是一种来自Polygon Edge和Polygon PoS的扩展解决方案。正如前面所提到的,Polygon已经在他们的扩展解决方案上非常积极,试图让ZK-Rollup与超网和侧链共存。

Polygon supernet在Web3游戏领域仍然是一个新事物,并且还没有过很多的实际应用。然而,超级网络解决方案被定位为具有更多功能的Avalanche子网的替代方案。Polygon supernet提供采用权威证明(PoA)或权益证明(PoS)链;从一组专业的验证者中进行选择,来增强去中心化;以及与Polygon主网共享安全的可能性。

Polygon PoS是Web3游戏的中心,Aavegotchi和Crypto Raiders等游戏在2021年取得了巨大的成功。受欢迎的游戏会带来大量的交易量和交易问题。与Avalanche中的Crabada类似,Sunflower Land也引发了严重的网络拥堵问题,在峰值时耗掉了Polygon 42%的gas。

简单地说,Polygon的各种扩展解决方案(Rollup和supernets)都还为时过早。托管无数Web3游戏的侧链Polygon PoS是其中最优质的选择。然而,Polygon PoS与第1层通用侧链有更多的相似之处,它拥有自己的一组验证者,也仍然受到网络拥塞的困扰。我们认为它的超级网络更类似于Avalanche的子网。

将自定义链与ZK-Rollup进行比较

本质上讲,L2的ZK-Rollup和自定义链(Avalanche子网和Polygon超级网)都是它们各自L1区块链上的可扩展性问题的解决方案。两者都有非常不同的技术规范和好处,我们将尝试分解它们以更好地理解这些差异。

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如果我们只关注Web3游戏的技术方面来决定是在L2或Avalanche子网上构建,有人可能会说L2提供了更好的解决方案。然而,L2解决方案仍在开发中,还没有经过实战检验。由于对自己的链的需求,子网似乎在Web3游戏中越来越受欢迎。

一般来说,与DeFi项目相比,Web3游戏不需要与更大的生态系统进行太多互动。他们通常有闭环生态系统,其中他们的代币和NFT相互支持。

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来源:https ://myria.com/games/

另一方面,顶级Web3游戏工作室Gala Games或即将发布的Myria更喜欢建立自己的区块链。这两家工作室的多款游戏在某种程度上相互影响;因此,他们更有可能在同一个区块链上创建游戏。

尽管如此,考虑到目前大多数游戏都是由单个项目团队制作,游戏之间的合作很少,所以对于小型游戏工作室来说,采用子网而不是建立自己的链可能看起来更合理。

除了技术规格之外,Avalanche子网和 ZK-Rollup之间的核心区别是,Web3 游戏在各个子网或侧链上的隔离。在这个阶段,Immutable X 仍然是一个生态系统,其中 web3 游戏和 NFT 可以交互并相互构建,而 Avalanche 子网被单独隔离到模块化区块链中。

项目如何在ZK-Rollup和子网之间进行选择?

由于缺乏与主网的可组合性,子网和超级网不是为DeFi项目设计的。与 EVM 兼容的 ZK-Rollup适合部署智能合约并同时需要高级别安全性的项目。然而,由于ZK-Rollup的EVM兼容性仍然处于萌芽状态,对于DeFi项目来说,Optimistic Rollup似乎是唯一可用的选择。

显然,在Web3游戏中,子网已经成为比ZK-Rollup更好的选择。正如Avalanche子网的流行所表明的那样,单游戏/单链模型的单独自定义链已经获得了发展。

ZK-Rollup和Validium可能有比自定义链更好的技术规格,但它们仍在开发中。ZK-Rollup可扩展性解决方案不提供单独的自定义链。此外,创建一个单独的Rollup(如Sorare)需要高昂的成本并体验过渡痛苦。

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另一方面,Immutable X最近为Web3游戏发布了一个创新的第三层解决方案。有了这种方法,游戏工作室将能够在不牺牲安全性和可组合性的情况下享受第 3 层中的超大规模解决方案。第2层和第3层的整合巩固了跨Rollup解决方案的流动性,并加强了DeFi和Web3游戏之间的交互。虽然它似乎仍处于开发的早期阶段,但我们很期待看到Immutable X提供的其他功能。

综上所述,StarkWare和Immutable X在风投中的高估值让机构投资者在他们身上投入了大量资金。反过来这又增强了人们对ZK-Rollup能够在以太坊生态系统中发挥作用的信心。此外,Polygon仍然在ZK-Rollup方面很积极。因此,我们可以很明显的看出ZK-Rollup的潜力还没有完全释放出来——我们将密切关注ZK-Rollup在未来如何蓬勃发展。

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