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zkSync的演进及未来:zkSync1.0、zkSync2.0及Layer3

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原文作者:Blockworks 研究员 Sam Martin

原文编译:DeFi 之道

要点:

由于缺少智能合约支持,ZkSync 1.0 与其他通用 L2 相比,采用率并不乐观,除了代币转移和交换之外,该 rollup 几乎没有什么实用功能。

Matter Labs 团队计划于 10 月 28 日在其主网上推出其 alpha 阶段的 zkEVM,使他们成为第一个推出具有 EVM 兼容性的通用智能合约 ZK rollup 的团队。

第一个推出 zkEVM 的团队可以获得显著的先发优势,特别是如果以太坊的交易费用激增,将会迫使用户离开基础层。

zkSync 团队认为其在降低硬件要求方面取得了重大突破,成为了证明过程中的积极参与者。

zkSync 的最终目标是由他们的证明技术提供动力,拥有一个百花齐放的 L3 生态,同时保持以扩展以太坊为焦点的目标。

ZkSync 1.0 由 Matter Labs 在 2020 年推出,是一个零知识 rollup(ZKR),依赖于以太坊的安全性,主要用于代币交换或转移。它不支持智能合约,所以今天 zkSync 1.0 上的产品是有限的,这也导致其相对于其他以太坊扩展解决方案而言,采用率较低。Matter Labs 团队希望通过在 10 月 28 日在主网上推出他们的 alpha zkSync 2.0,即 zkEVM 来解决这个问题。此外,Matter Labs 宣布它将在 2023 年第一季度在测试网上推出 L3。

ZkSync 1.0

尽管缺乏对智能合约的支持,ZkSync 1.0 也成功吸引了超过 5400 万美元的资金。zkSync 上的大部分 TVL 是 ETH 和各种稳定币,因为除了代币转移和交换之外,网络上缺乏实用性,此外,NFT 铸币也未能获得巨大的吸引力。目前,该 rollup 上的许多资金用户可能正在为不可避免的代币空投 做准备,而这应该能抓住 zkSync 经济的未来增长。Optimism 和 Arbitrum 是两个最受欢迎的以太坊扩展解决方案,鉴于它们已经支持智能合约,所以其用户活动要多得多。虽然每天的交易量并不是一个完美的度量标准,但也提供了一些关于 zkSync 因尚不支持智能合约而错过活动量的洞察力。

zkSync 上的所有资金都在以太坊的智能合约中得到保障,计算和存储则在链下进行。数个交易被捆绑进一个批次,在以太坊上结算,以摊销所有 L2 交易者的 gas 成本,然后同时结算。所有在 rollup 过程中发生的状态变化都以 calldata 的形式发布到以太坊,同时还有一个 SNARK 证明,以确保状态变化是有效的。发布到以太坊的 calldata 使任何人都有能力重建 L2 状态,并且比在 EVM 上存储整个 L2 状态要便宜得多。SNARKs 能够以低成本和及时的方式验证大批量的交易(即时确认,15 分钟内完成),并且与以太坊基础层相比,为 zkSync 的交易吞吐量带来了巨大的提升(例如,分别为~2,000 和~15 tps)。

与其他扩展架构相比,ZKR 提供了许多优势。例如,ZKR 继承了以太坊的安全性,而像 Ronin Network 这样的侧链则受制于其自身验证器集的漏洞。ZKR 也不依赖于像 Optimism 或 Arbitrum 这样的欺诈证明,即诚实的第三方必须监控区块的恶意交易,并需要一个 7 天的挑战期,延迟资金提取。此外,ZKR 上的资金总是可以由其合法所有者取回,无论验证者集的状态如何,这与 plasma 链的情况不同,在 plasma 链中,验证者需要安全地监控提款。

zkEVM 的机会

zkEVM 的竞争已经在 Scroll、zkSync 和 Polygon 之间升温,但随着 zkSync 计划在 10 月底推出其主网 alpha 版本,似乎有望获得胜利,毕竟先发优势对率先冲过终点线的团队可能产生的潜在影响是很难低估的。据悉,MATIC 早在 2017 年就作为首批 EVM 兼容链之一推出,然后在 2021 年 2 月改名为 Polygon,且能够在以太坊交易费用暴涨的情况下吸引大量的 dApps 和用户。通过重新部署类似的代码,将应用程序迁移到 EVM 兼容的链上是相对容易的,因此,无论哪个团队率先推出 zkEVM,都可以看到 dApp 部署和用户活动的爆炸性增长,并建立强大的网络效应,就像 Polygon 在 2021 年的那样。

如前所述,侧链不具有与 ZKR 相同的安全性,而领先的以太坊 L2,包括 Arbitrum 和 Optimism,都属于 optimistic rollup,这类 rollup 要求从官方桥接中提取资金需要有 7 天的挑战期。目前,L2 的采用一直占据叙事的主导地位,而 L2 支付给以太坊结算的总 gas 量也一直呈上升趋势。鉴于 zkEVMs 的安全性和用户体验优于其以太坊侧链和 optimistic rollup 的同类产品,zkEVMs 的推出将成为这一趋势的助推器。

ZkSync 的愿景

ZkSync 2.0 的主网 alpha 版本发布将仅限于注册其项目参与公平发布的开发者。选择排除用户是为了确保 dApp 团队有充足的时间来确保他们的产品顺利运行,使用户不受任何 bug 的影响,并给 Matter Labs 团队更多的时间来迭代他们的 zkEVM 的设计。值得注意的是,Starkware 的 Starknet 是另一个通用的 ZKR 智能合约链,且还在 alpha 阶段。Starknet 使用其自己的语言为 ZKR 优化,即 Cairo 语言,而不是专注于 EVM 兼容性。另外,Warp 正在开发一个从 Solidity 至 Cairo 语言的转接器,这可能会使其与 zkSync 的 zkEVM 类似。开发者工具、最佳安全实践和 Cairo 的开源库将远远落后于 Solidity。此外,Polygon 于 10 月 10 日在测试网上推出了他们的 zkEVM,尽管 zkSync 的 zkEVM 已经在测试网上运行了大约 9 个月。

ZkSync 通过采用 Solidity(以太坊的高级智能合约源代码)并将其编译为 Yul(一种中间语言,可以为不同的虚拟机编译为字节码)来实现 EVM 的兼容性。然后使用 LLVM 编译器框架将 Yul 代码重新编译为一套为 zkSync 的 zkEVM 设计的自定义、电路兼容的字节码。这种方法通过直接从高层代码开始,绕过了对 EVM 执行中所有步骤的 zk 证明,从而使证明过程更容易分散,且同时保持高性能。对 Rust、JavaScript 或其他语言的支持可以在未来通过构建新的编译器前端来添加,因此增加了其 zkEVM 架构的灵活性。需要指出的是,zkEVM 是兼容 EVM 的,在字节码层面上并不等同。因此,虽然几乎所有的以太坊智能合约代码都可以移植到开箱即用的 rollup 上,但也会有一些例外的情况,比如一些代码需要改变,并重新审核,以及调试工具在没有小的调整下不兼容。对此,Matter Labs 团队计划建立一个 EVM 字节码编译器,在 zkSync 上作为合约运行,以解决这些小问题。

帐户抽象

与以太坊的默认行为相比,正在 zkEVM 中实现的一个主要改进是账户抽象的想法。以太坊的核心架构支持两种类型的账户:外部拥有的账户(EOAs),是由私钥控制的公共地址,可用于签署交易(例如 Metamask 钱包),以及合约账户,根据底层代码操作,不能启动交易。这里的主要目标是将持有代币的账户与授权交易的签名者脱钩。

zkSync 的 zkEVM 中的 EOA 账户当然能够发起交易,但也能够像以太坊上的智能合约账户一样在其中实现任意逻辑。这就是所谓的 “账户抽象”,与 EIP-4337 非常相似,只是稍作修改,为用户提供了更流畅的体验。可以补偿其他账户交易的账户被称为 Paymasters。在实践中,Paymaster 账户应能使协议以 ETH 或各种 ERC-20 代币代表用户支付交易费用。随着用例的发掘,账户抽象可以为钱包提供商开辟一条新的创新途径。值得注意的是,这是一个仍在迭代中的新想法,用户应谨慎行事。

zkPorter

zkEVM 竞赛是目前主要的 L2 叙事,但更值得注意的是 zkSync 的 zkPorter。虽然 zkEVM 将为以太坊带来一个数量级的扩展,但 ZKR 仍然需要将数据发布到以太坊基础层上,这降低了它们的潜在规模。zkPorter 的引入将把 zkSync 的 zkEVM 牢牢地置于 volition 类别中,这意味着用户可以决定是否在链上或链下存储其数据。优先考虑安全而不是吞吐量和极低交易费用的用户将选择在 rollup 上进行活动,以保证数据的可用性。而将吞吐量和较低的交易费用置于安全之上的用户将在 zkPorter 上进行他们的活动,那里的数据会被发布并在链下可用。

所有 zkPorter 交易数据将被发布到 Guardian 网络,这是一个由最终的 zkSync 代币担保的权益证明网络。Guardian 将通过签署区块来跟踪 zkPorter 方面的状态,以确认数据是否可用。恶意行为的 Guardian 将被罚没,从而为数据可用性提供加密经济保障。与 Optimistic rollup(如果数据移到链下,恶意运营商将能够窃取汇 rollup 上的任何资金)不同的是,邪恶的 Guardian 只能冻结 zkPorter 状态,而 zkPorter 状态反过来会冻结他们自己的资金。此外,购买所有未质押的 zkSync 代币来完成这样的攻击将花费大量的资金,并在这个过程中产生巨大的滑点。

zkSync 在 ZKR 和 zkPorter 方面采取的双账户方法将为用户提供一个全面的目的地来进行他们的活动,同时保留高度的安全保证。ZKR 和 zkPorter 两边的智能合约和账户将完全可以相互组合。例如,Aave 可以在 ZKR 上启动他们的合约代码,以获得最大的安全性,但用户仍然可以通过他们在 zkPorter 端的账户与合约进行互动,以实现更低的费用和更高的吞吐量。zkPorter 的最终设计仍在进行中,因此所以计划可能会有变化。

Layer 3

虽然没有太多的信息可以公开,但 Matter Labs 最近宣布其目标是在 2023 年第一季度推出由其 zkEVM 驱动的 L3。被称为 “Opportunity” 的 ZKR L3 可能是有史以来第一个在测试网上推出的 L3,其愿景是拥有无数个完全可定制的 “超级链(HyperChain)”,它们都通过原生桥接相互连接,从而将安全互操作性的想法变为现实。这一 L3 将是高度实验性的,但也会是新的区块链扩展架构研究和发展的合理的下一步。

构建 L3 验证器的第三方将能够选择他们公开的数据,从而为用户实现隐私。这些团队也将被授权推出他们自己的代币,以捕捉他们正在建设的东西的上升空间。此外,这些代币也可以在去中心化其证明过程、排序器或数据可用性解决方案中发挥关键作用。在可定制性方面,可以在 Cosmos 的特定应用链和 zkSync 的 L3 之间进行比较,关键的区别在于以太坊的安全性支撑着后者,以及链间完全可互操作的资产,不需要像 IBC 这样的通用消息传输协议。

ZkSync 希望其在不牺牲性能的情况下降低参与证明过程的硬件要求的突破将使他们成为行业标准。这将使他们的 ZKR、zkPorter 和所有其他 zkSync L3 处于同一电路上,并消除反复被利用的桥接攻击载体。虽然这个愿景是雄心勃勃的,但它将在交易成本和速度、开发者和用户体验、互操作性和安全性方面有 10-100 倍的改进。而剩下的问题主要有两个:一个是在字节码层面上不等同于 EVM 的 L2 能否成为行业标准,另一个是争夺用户心智份额的 L2 和 L1 团队能否放下分歧,将区块链扩展到大众?

最后的思考

ZkSync 长期以来一直是零知识密码学的先驱,且在扩展以太坊的道路上持续开拓。他们在 10 月底之前计划在主网上推出的第一个 zkEVM 将为他们提供一个重要的先发优势,并允许他们建立强大的网络效应。其在 zkPorter 和 ZKR 两端使用可互操作性帐户的方法是一种独特的策略,对开发人员和终端用户来说,都很有利。此外,Matter Labs 创建标准验证器供所有链采用的愿景也非常有雄心,但只有他们真的开发出了迄今为止最先进的验证器,他们的愿景才是富有成效的。这将为一个具有合理主权水平、高性能和安全的互操作性的 L3 生态系统的蓬勃发展打开大门。与他们的战略相关的主要风险是他们为其 zkEVM 选择的底层架构:在高级智能合约代码层面的 Ethereum 兼容 ZKR,而不是在字节层面的 EVM 等效,或者通过创建一个新的编程语言,完全摆脱 EVM 的兼容性。一些团队正在研究上述三种策略,而只有时间才能证明在扩大以太坊规模的层面上谁下了正确的赌注。

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