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zkPorter:L2 扩展的突破 将如何带来 20000+ TPS?

编者按:zkSync 是 Matter Labs 团队开发的基于 zkRollup 技术的以太坊 Layer2 解决方案,目前 GitCoin、imToken、Argent 等平台已经支持 zkSync 方案,提供了绕过 Layer1 的 Layer2 直接支付体验。但 Matter Labs 团队认为,仅靠 Rollups (无论是 Optimistic Rollups 还是 ZK-Rollups) 来扩展以太坊是远远不够的,因为 Rollups 依赖的链上数据可用性带来了固有限制,使得 Rollups 难以满足未来数以百万计的新主流用户的需求。为此,Matter Labs 团队公布了其雄心勃勃的 zkSync 2.0 路线图,zkSync2.0 将引入一个全新的整体架构,提供 zkRollup 和 zkPorter 两种账户的混合体验 (用户可以在这两种账户中自由选择,且二者是完全可互操作的)。本文中,Matter Labs 团队将介绍 zkPorter 将如何实现 20000+ TPS。

以下是正文:

向 Layer2 的大规模迁移即将发生。随着诸多应用协议从以太坊基础层 (Layer1) 转移到 Optimistic Rollups 和兼容于 EVM (以太坊虚拟机) 的 ZK-Rollups [1],许多人希望我们最终将能使链上交易费可控。但每个致力于扩展以太坊的人都知道这个行业的一个肮脏秘密:即使有了 Rollups,我们最终可能也会回到我们开始的地方。这是因为,交易吞吐量的任何实际增长都将很快会被诱导需求所吞噬。

Rollups 只能提供吞吐量的线性增长——所有数据仍然必须传播给所有全节点 (full nodes)。而要实现真正的可扩展性,我们需要吞吐量的指数级增长

这就是为什么我们认为这是一个非常重要的突破。我们设计了一个具有 20,000+ TPS 的系统,它提供了比 Optimistic Rollups 更多的安全性 (见下图)。更重要的是,它将在 6 个月后与 zkSync 2.0 一起上线主网

为何光有 Rollups 还不够?

2020 年 10 月,Vitalik 宣布了一个以 Rollup 为中心的以太坊路线图[2],并预测如果所有 Layer1 活动都转移至 Rollups,那么以太坊将可能实现大约 3000 的净 TPS。这很快就会成为现实了:Optimistic Rollups 和 ZK-Rollups 现在都支持 EVM 兼容性[3],它们正在推动应用从 Layer1 向 Layer2 的快速简单迁移

以太坊正在以爆炸式、指数级的速度增长。在过去一年的时间里,DeFi 用户数量从 15 万增加到超过 180 万,但是 Gas 费用的增长速度快了 16 倍 (每笔 Uniswap 交易由 0.20 美元至 36 美元)!见下图:

为何会这样?因为任何可扩展性的提升都将伴随着用户金融活动/交易的增长,并伴随着新用例的增加。我们不妨想想在过去一年里同时发生的事情:

  • DEX 月交易量:从 17.2 亿美元增长到了 670 亿美元;

  • DEFi 总锁仓量:从 7 亿美元增长到了 800 亿美元 (涨幅达到11000%!)

  • 在1个月内,NFT 交易平台 OpenSea 的销售额从 500 万美元增长到了 1 亿美元。

与以太坊主网相比,Optimistic Rollups 只能提供大约 25 倍的可扩展性提升,而 ZK-Rollups 仅提供大约 100 倍的可扩展性提升。不知不觉中,我们又将会回到起点:大多数普通用户仍将负担不起 Gas 费用和使用以太坊。

加密货币即将成为主流。在这个拥有 38 亿部智能手机的世界里 (相比之下,Metamask 的月活跃用户为 300 万),我们需要在可扩展性方面增加 1000 倍才能应对即将到来的用户量增长。这种可扩展性的缺口,正是激发了我们搭建 zkPorter

zkPorter:推动加密货币大规模采用的引擎

zkSync 2.0 中,Layer2 状态将分为两部分:拥有链上数据可用性的 zkRollup 和拥有链下数据可用性的 zkPorter

这两个部分都将是可组合和可互操作的:zkRollup 上的合约和账户将能够与 zkPorter 上的账户无缝交互,反之亦然。从用户的角度来看,唯一可察觉的区别是 zkPorter 账户的交易费将减少 100 倍

想象一下:Uniswap 在 zkRollup 上部署了他们的智能合约,zkPorter 账户的用户可以只支付 <$0.03 的交易费就能进行代币兑换。为什么会这么便宜呢?这是因为,绝大部分的 Rollup 费用是由于在以太坊 (Layer 1) 上发布数据的成本;而 zkPorter 账户可以在该 Uniswap 合约上进行数千次币币兑换,但仅需向以太坊发布一次数据更新

zkPorter 账户的数据可用性将由 zkSync Token 持有者 (即“守护者”,Guardians) 保护。这些“守护者”将通过签署区块来跟踪 zkPorter 上的状态,以确定 zkPorter 账户的数据可用性。守护者们通过质押 zkSync Token 来参与 PoS,因此任何数据可用性的失败都将导致他们的质押金被罚没。这为 zkPorter 上的数据可用性提供了加密经济保障。

需要注意的是,zkSync 中的 PoS 比侧链等其他系统中的 PoS 安全得多。这是因为,zkSync 的守护者本质上是无权的:守护者无法窃取资金。他们只能停止生产区块;而在这种情况下,用户仍然可以提取他们的资金。

每个用户都可以自由选择自己的安全阈值。任何想要获取以太坊链上所有可用数据的用户都可以完全停留在 Rollup 上面;但如果你是一个对交易费敏感的用户,你就可以选择在 zkPorter 上安家落户 (我们猜想,交易者和新用户最有可能使用 zkPorter)。这种链上/链下混合的数据解决方案称为 Volition [4]。

这将解锁那些原本在 Layer1 或者传统的 Rollups 上不经济的整个应用程序类别。现在这些应用进入以太坊中,并为以太坊用户服务。

zkPorter 对比 Optimistic Rollups

借助于密码学的零知识证明,这一切都是可能的。Optimistic Rollups 无法以 zkPorter 的方式实现这种扩展。如果在某条 Optimistic Rollup 链中,数据可用性被转移至链下,那么该 Rollup 链的恶意运营者将能够窃取在 Rollup 中的所有资金,而没有任何人能够向其发起挑战 (注:Optimistic Rollups 中使用欺诈证明 (fraud proofs) 来对潜在的欺诈行为发起挑战,而欺诈证明的校验依赖于以太坊 Layer1 链上的数据可用性)。

同时,zkPorter 有着比 Optimistic Rollups 更强的安全保障。为什么呢?我们来简要概述一下二者的潜在攻击的成本和收益。

1) 攻击成本

截至当前,通过协调 51% 的算力来攻击一条 Optimistic Rollup 链的成本不到 7000 万美元 (当以太坊2.0 PoS 到来时,这将不是什么大问题);另一方面,如果攻击者想要使 zkPorter 中的数据不可用,那么攻击者将需要买入和累积相当于所有被质押的 Sync Token 的 2/3 的价值 (几乎可以肯定会超过 7000 万美元)。此外,由于该攻击者在大量买入这些 Token 的时候会引发重大的滑点 (且那些已经被质押的 Token 无法被购买),因此实施这种攻击将比现货价格的成本要高得多。

2) Attack gains 攻击带来的收益

如果一条 Optimistic Rollup 被成功攻击了,攻击者可以盗取该 Rollup 中的所有资金。这大大增加了攻击者的攻击动机。而针对 zkPorter 的攻击无法直接盗取资金:如果攻击成功,攻击者只能停止区块生产,而不能盗取用户资金。这种想要从服务中断中获取盈利的难度,大大降低了此类攻击的动机。

在 zkPorter 上进行构建

zkPorter 即将到来。Matter Labs 团队正在致力于在6个月内将其投入生产。很快,我们就可以做好我们的蛋糕并开吃。

zkPorter 将在我们的下一代智能合约平台 zkSync 2.0 中可用,该平台将支持 Solidity。我们的目标是在今年5月推出公开测试网,并在夏季晚些时候主网上线。

在此期间,你可以使用 zkSync 1.x 进行支付 (它从2020年6月开始在主网上运行)。在几周之后,zkSync 1.x 将支持币币交易 (通过原子互换或者限价订单实现),以及支持原生的 NFTs (非同质化代币) 的铸造、转让和原子互换。

想要通过我们团队获取早期访问或者支持?联系我们:hello@zksync.io

帮助我们一起将以太坊带向数十亿用户

zkSync 是一个任务驱动的项目。如果你认同我们的价值观、愿景和以结果为导向的文化[5],就加入我们吧!

目前我们正在招聘的热门岗位 (全部招聘岗位请查看[6]):

  • 高级软件工程师 (Rust,Solidity)

  • 公关负责人

特别感谢 Haseeb Qureshi 对这篇文章的校审和评论!

原文链接:

https://medium.com/matter-labs/zkporter-a-breakthrough-in-l2-scaling-ed5e48842fbf

正文中涉及的链接:

[1]:https://medium.com/matter-labs/zkporter-a-breakthrough-in-l2-scaling-ed5e48842fbf

[2]:https://ethereum-magicians.org/t/a-rollup-centric-ethereum-roadmap/4698

[3]:https://medium.com/matter-labs/zksync-2-0-roadmap-update-zkevm-testnet-in-may-mainnet-in-august-379c66995021

[4]:https://medium.com/starkware/volition-and-the-emerging-data-availability-spectrum-87e8bfa09bb

[5]:https://www.notion.so/Matter-Labs-Team-Handbook-43342b471fe14f05b2baf250cb7c7a02

[6]:https://www.notion.so/Career-at-Matter-Labs-4a69ed0f7acb45c89f662cf12dbc2464

*本文首发于Unitimes App*

撰文:Matter Labs

编辑:南风

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