区块链扩容：一场永无止境的竞赛

区块链技术，自从诞生以来，就面临着一个挥之不去的挑战：可扩展性。 想象一下，如果互联网的速度像蜗牛一样慢，或者每次在线购物都要支付高昂的手续费，那会是什么样的体验？ 这就是当前许多区块链网络所面临的困境。

瓶颈：交易速度与成本

随着区块链网络的普及，交易速度（TPS，每秒交易数）成为了一个关键的瓶颈。 像比特币和以太坊这样的主流区块链，处理交易的能力远不能满足大规模应用的需求。

比特币每秒只能处理大约 7 笔交易，而以太坊也只能处理大约 15 笔。 相比之下，传统的支付巨头 Visa 平均每秒可以处理约 1,700 笔交易。 如果没有有效的扩容方案，区块链技术很难与传统的金融系统竞争，更谈不上大规模普及。

除了速度，交易成本也是一个令人头疼的问题。 当越来越多的人同时使用区块链时，交易费用就会水涨船高，尤其是在高峰时段，这让用户望而却步，也让小额交易变得毫无意义。 2020 年和 2021 年 DeFi 热潮期间，以太坊的 Gas 费用飙升，就是一个典型的例子。

扩容方案：解决区块链的“交通拥堵”

那么，如何解决这些问题呢？ 答案就是引入各种扩容方案。

扩容方案是一种旨在提高区块链网络容量和效率的技术，旨在处理更高的交易量。 扩容方案的主要目标是提高网络的吞吐量（即每秒交易数，TPS），同时保持或提高安全性、去中心化和成本效益。

降低交易成本至关重要，这能够让区块链技术被更广泛的用户接受，并用于日常使用。 缓慢的交易速度和高昂的费用会降低用户体验，阻碍新用户的加入，并限制去中心化应用（DApps）的可用性。

为了吸引和留住用户，区块链网络必须提供无缝、快速且具有成本效益的交易，而这可以通过有效的扩容方案来实现。

以太坊 vs. Solana：殊途同归的扩容之路

今天，我们将探讨不同的区块链网络如何应对这些挑战，特别是比较以太坊上的 zkRollups 和 Solana 上的 zk Compression。 这两种技术都旨在提高可扩展性，但它们通过不同的方式实现这一目标，反映了各自生态系统独特的设计理念和优先事项。

1. 什么是 ZK Rollups？

ZK Rollups 是一种 Layer 2 扩容方案，它通过将计算和状态迁移到链下，同时将交易数据打包成批次存储在链上，从而提高区块链的可扩展性。

它们利用一种称为零知识证明的密码学技术，来证明这些打包交易的有效性，而无需泄露实际数据。 这样一来，在保持以太坊主网安全性的同时，可以在侧链上实现更快速和更便宜的交易。

ZK Rollups 的工作原理：

1. 一个排序器（Sequencer）在链下批量处理交易。

2. 排序器生成 zk-SNARK（简洁非交互式零知识证明）证明，这是一种紧凑的密码学证明，用于验证交易的有效性，而无需揭示所有细节。

证明和交易数据被提交到以太坊主网，任何人都可以在主网上验证证明，确保交易的有效性。 在出现争议时，任何人都可以提交原始交易数据进行链上结算，这利用了以太坊强大的安全性。 Rollup 包括一个加密证明（具体来说是零知识证明），用于验证捆绑交易的正确性。 以太坊网络只需验证这个证明，而不是每笔交易，从而大大减少了计算负载。 交易在链下被分组到 Rollup 中。 生成零知识证明以确认聚合交易的有效性。 证明和最小的摘要数据被提交到以太坊主网进行验证。 成功验证后，以太坊主网上的状态将更新以反映 Rollup 交易。

2. 什么是 ZK Compression？

ZK Compression 是一种在 Solana 区块链上用来降低数据存储成本的技术，它仅在链上存储压缩数据的“指纹”（哈希），同时保持数据的隐私性。

ZK Compression 中的“ZK”代表零知识，表明压缩数据的隐私性得到了保护。 这种方法有助于显著减少需要存储在链上的数据量，从而降低了开发者的存储成本。

ZK Compression 的工作原理：

ZK Compression 通过利用零知识（ZK）技术来降低 Solana 上的状态成本，这指的是在区块链上存储和维护数据（如账户余额和智能合约存储）的成本。

以下是其工作原理的详细分解：

1. 每个账户的数据被压缩为一个唯一的哈希值。 这个哈希值不仅包括账户的信息，还包括其在状态树中的位置，确保其唯一性。 这个哈希值存储在状态树的叶节点中。

2. 状态树是一种类似于 Merkle 树的数据结构，其中每个节点是其子节点的哈希。 状态树汇总了所有账户信息和数据，将其压缩成一个称为状态根的顶级哈希值。

3. 状态根是状态树的顶级哈希值，存储在区块链上。 这个根作为整个状态树的指纹，确保了树中所有数据的完整性和完整性。

4. 详细的账户数据不会直接存储在区块链上。 相反，它作为调用数据存储在更便宜的 Solana 账本空间中。 只有状态根和一些基本的元数据存储在链上，大幅降低了存储成本，同时保持数据安全性。

5. 为了确保压缩数据的完整性和真实性，ZK Compression 使用零知识证明（ZK-proofs）。 这些证明验证数据的准确性和完整性，而无需揭示其实际内容，确保即使是压缩的数据也能保持安全和可验证性。

请注意，ZK Compression 不是一个 Layer 2 解决方案，而是一种旨在提高 Solana 上数据存储效率的升级。

ZK Compression 不同于 Layer 2 滚动解决方案，因为在 ZK Compression 中，交易执行和状态存储直接在第一层（L1）链上进行，即在 Solana 上进行。

关键区别在于执行和状态的管理位置。 在 zkRollups 中，这些过程发生在一个辅助链上，该链定期向主 L1 链发送承诺和证明。 相比之下，ZK Compression 将所有执行和状态保留在 Solana 本身，而不是在一个单独的链上。

这种根本区别意味着，虽然 ZK Rollups 将一些过程转移到第二层以增强可扩展性，但 ZK Compression 直接在主区块链上优化数据存储，而不会为执行创建单独的层。

差异对比

zk Rollups 和 zk Compression 在以太坊和 Solana 上的关键区别，根本上体现在它们增强区块链可扩展性和优化数据存储的方式上：

1) 执行和状态管理：

• zk Rollups：交易执行和状态存储发生在一个辅助链上，与以太坊主网分开。该辅助链定期向以太坊主网发送承诺和证明。
• zk Compression：所有交易执行和状态存储直接在第一层（L1）链上进行，即在 Solana 链上。这里没有涉及单独的辅助链。

2) 链上数据处理：

• zk Rollups：仅将加密证明和最小的摘要数据提交到以太坊主网进行验证。这种方法最大程度地减少了主网的计算负载。
• zk Compression：仅在 Solana 区块链上存储压缩数据的“指纹”（哈希）和相应的 ZK 证明。这显著减少了链上存储的数据量，从而降低了存储成本。

3) 隐私和完整性：

• zk Rollups：利用 zk-SNARK（简明非密码学知识论证）证明确保交易的有效性，同时不泄露详细的交易数据。这种方法在保护以太坊主网的隐私的同时确保安全性。
• zk Compression：结合数据压缩和 ZK 证明，优化区块链存储，同时数学上证明压缩数据的完整性。它确保解压后的数据与原始数据匹配，同时不揭示内容，从而保护隐私。

4) 解决方案的性质：

• zk Rollups：被视为第二层（L2）扩展解决方案，因为它们将交易执行和状态管理转移到次级链上，增强了可扩展性并降低了主网的成本。
• zk Compression：不被归类为第二层滚动解决方案，而是一种升级，直接在 Solana 的第一层链上提高数据存储效率。它优化了存储成本，而无需引入单独的执行层。

总结

综上所述，这两种扩容方法都强调了在保持区块链网络核心原则的同时，确保网络可持续增长的平衡方法的重要性。

在这方面，Solana 在采用先进的扩容解决方案方面取得了显著成就，为区块链行业的广泛采用和创新铺平了道路。