浅析3种ZK扩容方案：ZK-rollup、Validium和Volitions

作者：Chloe

目前以太坊基于零知识证明的扩容方案是ZK-rollup，但其实还有另外两种解决方案——Validium和Volitions。

本文简单介绍以上3种基于零知识证明的扩容方案。

ZK-rollup的运作简单来说是将多笔交易打包在一起，发布到L1上，同时发布一个证明（用零知识证明技术）来声称这些交易有效，一旦在L1上验证确实有效，那么zk-rollup的状态就会更新。

这套证明机制也被称作「有效性证明」，目前ZK-rollup主要采用的证明机制是zkSNARK和zkSTARK。

尤其是zk-SNARK应用最为广泛，而zk-SNARK则是它的改进版，目前使用者并不多。

zk-SNARK即zero-knowledge succinct non-interactive argument on knowledge（简洁非交互式零知识证明），是一种文件很小且很容易验证的加密证明，而简洁jiu就在于非交互式。

传统方案是交互式证明，即示证者和验证者之间反复确认。你可以理解为示证者不断向验证者询问“是或不是？”，然后验证者不断给出回答，直到最后碰出一个正确答案来，所以效率很低。

而SNARK的解决方案是提前先搞一个“可信初始化”，从而生成公共参考字符串（CRS），这样所有的示证者直接访问它就可以了。你可以理解为有一个标准答案，示证者就像批改试卷那样去验证。

但SNARK提前生成公共参考字符串提高了效率，但也留下了隐患——万一公共参考字符串泄漏了呢？于是就催生出了STARK。

STARK是交互式证明，但它是一种巧妙的交互式证明——通过哈希函数碰撞（一种概率证明的方式）来保证安全性，因此也比较高效（但还是没有SNARK高效）。

ZK-rollup是将交易分批发送到L1上去执行，是一种无需信任的「自定义安全性」。

Validiums则是直接在链下执行，并通过零知识证明来维护数据，只有需要的时候才在主网上验证取款请求的有效性证明。

所以Validiums可扩展性要高于ZK-rollup（目前最高的TPS可以达到20000以上），但它是把信任交给链外第三方的「弱信任扩容」，会被攻击导致数据不可用或者用户无法取出资金。

解决安全的方式是采用PoS机制，用经济激励来确保数据储存在各个节点之中并且随时可用。

目前采用Validiums方案的代表项目是Immutable X，以NFT为中心的扩展解决方案。

Vitalik认为Validiums其实被严重低估，因为大多数Dapp用Validiums就已经可以满足运行需求了。

StarkWare团队结合ZK-rollup和validium，创造性地推出了Volitions方案，顾名思义是关于「决断能力」。

Volitions方案本质上是同时提供ZK-rollup和validium这两种服务，它们共享同一个状态根（state root），用户可以自行选择每笔交易的DA模式。即便Validium那部分被攻破，ZK-rollup上的资金仍然安全。

用户就可以在涉及重要资金往来时选择ZK-rollup模式，共享以太坊的安全性，如果是日常娱乐、社交或者小额交易，自然选择Validium模式来提高速度并节省成本。

以太坊扩容战争还在刚开始，目前占据优势的是Optimistic rollups阵营，它们可以做到EVM兼容甚至完全等效，另外社区运营能力也非常强劲。

ZK-rollup落于下风很大程度上是因为一开始就要定制VM，这意味着来自EVM的代码要从头开始编写（虽然难度已经越来越低了）。

不过长远来看，相比于Optimistic rollups，ZK rollups具有内置的隐私和安全优势，未来实现EVM兼容性，很可能胜过Optimistic rollups。

而且可以在ZK-rollup和validium之间做决断的Volitions方案，也不失为一种兼顾了各种场景的解决方案。