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为什么我们需要 zkPorter?

背景介绍

以太坊扩容在社区中的讨论如火如荼,多个解决方案正在加紧开发,并有望在今年全部上线主网。在整个以太坊 Layer2 方案爆发的前夕,imToken 联合 ETHPlanet、EthFans、ECN、上海前沿技术研讨会和 HiBlock 等多家优秀的以太坊生态社区与公司,共同策划一场以太坊扩容主题系列活动。

4 月 23 日举办了第一场活动:Rollup – 以太坊 L2 扩容新范式杭州线下 Meetup。

zkSync 分享现场视频

以下是本次 zkSync 分享:zkPorter —— Why Rollups Are Not Enough 的文字版,由 imToken Riely 整理。

大家好,我叫 Angela,是 zkSync 的产品经理。今天很高兴有机会跟大家分享我们最新的进展 —— zkSync 2.0。

大家都希望 Rollup 能在今年夏天尽快普及。当 Rollup 被广泛使用后,我们预计矿工费可以便宜 100 倍。现在我们已经看到很多小资金在使用 zkSync 网络,但总体来说,我们认为目前的 Rollup 还没有经过广泛的检验,因此还不建议大资金涌入。但是,再过几个月,我们的 Rollup 会越来越安全。那时,zkSync 对于大资金来说,也同样地安全可靠,而且我们还会支持 NFT 和 zkEVM,让更多应用部署到 zkSync 网络上。同时,我们也会看到之前那些因为以太坊太贵而外溢到其他链(比如:BSC,Polkadot,Solana,Polygon)的用户回归以太坊。另外,Coinbase IPO 也吸引了大量新用户,相信他们也迫不及待想试试!

2020 到 2021 年间,以太坊用户增长了 12 倍,

但是矿工费却呈指数增长,上升了 192 倍

早在 2018 年,我们就预见到了以太坊可拓展性的不足,无法服务十亿级别的用户的情况。为此我们开始做 zkRollup。但是按照上图的趋势,我们预计当前的 Rollup 方案提供的可拓展性仍然难以满足潜在快速增长的用户和需求,可能在 Rollup 普及一段时间以后,矿工费又会变得很高。因此,在 zkRollup 的基础上,我们有了新的突破 – zkPorter。

在讲 zkPorter 之前,我先介绍 zkSync 2.0 是怎么工作的。zkSync 2.0 会有一个默克尔树根,这个默克尔树根会分成两个部分。第一个部分是 zkRollup,zkRollup 账户会在 zkRollup 的默克尔树的叶子节点上。第二个部分是 zkPorter,zkPorter 的账户都在 zkPorter 默克尔树的叶子节点上。

zkRollup

那么 Rollup 的安全性如何呢?Rollup 的安全性主要由两个很重要的因素决定,第一是数据有效性,第二是数据可用性。数据有效性保证了你的资产无法被别人动用;数据可用性保证了资产的归属权,也就是证明了你对资产的所有权。

zkRollup 通过把交易的计算和存储转移至 zkSync 网络,然后将处理后的数据提交到以太坊主网来拓展以太坊性能。具体而言,当前 zkSync 网络中的验证人会将用户在二层网络中的交易汇总,然后通过 zkSNARK 算法压缩后,把得到的默克尔树根上传到一层网络中,以此保证区块中所有交易的有效性。

至于数据可用性,我们通过把处理后的数据放到以太坊的 calldata 里面来保证。那么为什么是 calldata 而不是智能合约呢?这是因为在同等安全性的前提下,放在 calldata 比放在智能合约更便宜。
由于 zkRollup 会将每笔交易压缩后的数据传到以太坊主网上,因此 zkRollup 的数据有效性和可用性都得到了保证,并且和以太坊是同等程度的。

zkPorter

zkPorter 和 zkRollup 的主要区别是数据可用性。大家想想,为什么 Rollup 不能达到我们希望的可拓展性?这是因为我们要把每笔交易压缩后的数据都放在以太坊上面,但是以太坊的区块大小是有上限的。

那该怎么办呢?这时候,我们可以选择提供链下数据可用性的 zkPorter,这样就能达到我们所期望的可扩展性。

zkPorter 账户的数据可用性由 zkSync 代币持有者保障。在 zkSync 2.0,你可以享受 zkRollup 和 zkPorter 账户的混合体验(你们可以自由选择,而且是完全可互操作的)。守护人(guardian)将通过质押其 zkSync 代币参与权益证明,并通过对区块签名来确认 zkPorter 账户的数据可用性。
当然,天下没有免费的午餐,由于 zkPorter 依靠 zkSync 代币持有者(即守护人)来保障数据可用性,所以 zkPorter 的安全性将会比以太坊略低。但是需要强调的是,zkRollup 的安全性不会变,仍然具备和以太坊一样的安全性。你可以看下图中的蓝点,这蓝点是 zkRollup 的数据可用性。绿点显示的是由 zkSync 代币持有者组成的守护人(guardian)网络里面的数据可用性。

对应上图中高一点的蓝点,在数据有效性上,zkPorter 和 zkRollup 的有效性都是由 zkSNARK 保证的,并且账户状态的正确性有着和以太坊主网相同的安全保证。这也就意味着没有人可以移动你账户的资产。

那么数据可用性在 zkPorter 上具体是怎么样的呢?通常我们讲区块链安全的时候,需要考虑最坏的情况。看看在最坏的情况下,系统安全性如何保证。我们先看 zkSync 的代币持有者,即守护人(guardian),他们需要签字确认每一个 zkSync 区块的数据可用性。即便 ⅓ 的 zkSync 持有者拒绝生产区块,这对 zkSync 网络来说也是没有太大影响的。因为 zkRollup 和 zkPorter 还可以去找另外的 ⅔ 问其数据可用性。

最差的情况是网络遭遇 ⅔ 多数攻击。在这种情况下,攻击者可以去签字确认最后的区块,即它仍有有效性。但在这种情况下,攻击者会让数据不可用。此时,普通用户不能证明自己所拥有的资产,因此无法正常管理这些资产。但同时,对攻击者来说,他也无法证明他拥有这些资产,同样无法动用这些钱。

大家可能会问,zkPorter 和 Optimistic Rollup 哪个更安全呢?我们认为是 zkPorter 更安全。为什么?因为 zkPorter 的攻击者没有足够的动力去破坏我们的系统。如果有一千万个的 zkSync 代币,攻击者需要使用七百万个代币去攻击,并且他拿不走任何资产(只能冻结 zkPorter 的状态,因此也会冻结自己的押金)。但是在 Optimistic Rollup 上,攻击者可以通过复杂但可行的攻击方法从 Optimistic Rollup  中盗取资金。因此我们认为 zkPorter 比 Optimistic Rollup 更安全。

以太坊主网 vs zkRollup vs zkPorter

其实更重要的是,你愿意接受哪种程度的安全性。如果你是大额资金,并且更认可以太坊主网的安全性,那我们建议你还是在以太坊上。但是如果你想要便宜一点,那么我们建议你使用 zkPorter。

刚刚我们讲到,由于以太坊区块大小和 TPS 的限制,现在很多 Rollup 解决方案的最大 TPS 不超过 2000。但是 zkPorter 的数据可用性没有被以太坊限制,可以达到 2 万多 TPS,甚至更多。如果说以太坊主网矿工费是 100,那么 zkRollup 转账需要支付 1(zkRollup 的矿工费会跟随以太坊,以太坊矿工费如果更贵,那么 zkRollup 也会变贵),zkPorter 转账只需要支付 $0.01(基本固定)。

为什么说 zkSync 2.0 是一个突破?这是因为 zkPorter 和 zkRollup 可以互相转账。这也是我们为什么我们选择基于以太坊,以太坊上的互操作性和可组合性是惊人的!

如果我们使用 zkPorter 账户在 Uniswap 做一千次兑换,最后只需要确认交易汇总后的最终状态是怎样的,这样就可以把交易费用节约至 $0.1,这就是 zkPorter 的优势。

然后我再从数据有效性和可用性的角度,和 Optimistic Rollup 对比一下。在 zkSync 2.0 中, L2 状态将会分成两个部分:数据可用性在链上的 zkRollup 和数据可用性在链下的 zkPorter。但是 Optimistic Rollup 做不到这样,因为它的有效性依赖于以太坊上面的数据可用性,否则它无法做欺诈性证明,所以 Optimistic Rollup 的 TPS 是受以太坊自身限制的。然而,zkPorter 可以突破这个限制。

zkSync 路线图

什么时候才能在 zkSync 上面造东西?首先,我们在 5 月份就会支持 NFT 了!然后,zkEVM 也会在 5 月份上线测试网。我们争取让 zkEVM 在 8 月份能上线以太坊主网。

谢谢大家!在这里我想要特别感谢 Riely,她帮我翻译了很多以太坊相关的专业词汇。同时,我们在中国的社区看到了非常多积极的成员,非常感谢你们的支持。对此,Alex 和我都特别感动。那就这样啦,拜拜!

zkSync 创始人 Alex 总结

我对 zkRollup 和 zkPorter 感到非常兴奋,因为他们能把大量的用户带回以太坊,并给他们最大程度的安全性。我们高度关注协议的安全性,不管你们是 DeFi 项目方还是普通的以太坊用户,我们都希望你们有安全保障。同时,zkPorter 对所有用户开放,你们不用担心再遇到链上昂贵的费用。
zkSync 希望带给大家一个流动性充足、功能丰富的系统,不论贫富,在这里每个人都有平等参与经济系统的权利。这也是我们公司的价值观之一,即多元包容。我们坚信这一点。

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