ZKS:ZKSwap提出实用zkrollup协议ZKSpeed，可大幅提高TPS并降低Gas费用

以太坊网络作为区块链世界里最活跃的开发平台，日常的拥堵，越来越高的手续费，让生态中的应用和用户们都苦不堪言。最近以来，单笔转账的平均费用更是高达24.7美元。这种糟糕的体验如果得不到改善，将对以太坊的发展将会造成不良的影响。

因此，近些年越来越多的区块链研究者和开发人员致力于底层技术研究，想尽各种技术手段，来改善整个网络状态。有针对Layer-1的技术方案，例如ETH2.0的分片技术，通过修改或优化区块链的共识网络，来提高网络的出块效率，从而加快区块确认时间，达到交易快速上链的目的；也有针对Layer-2的技术方案，在保持Layer-1功能足够简单且强大稳定的前提下，把一些原本在Layer-1上的一些计算和操作，放在链下去做，然后通过密码学的技术来保证这些链下操作的准确性。

但从长远角度来看，基于Layer-2的扩容技术方案将更适合区块链的健康发展

因为区块链的基础架构已经比较清晰，稳定且易于维护，基于此强加复杂逻辑，就有可能使Layer-1变得越来越脆弱。所以，区块链的结构发展方向应该是Layer-1尽量保持不动，除非有重大变故，比如密码学技术的突破，导致底层使用的密码学原语的修改。其他的复杂逻辑及创新应用放在Layer-2去做，Layer-1和Layer-2相辅相成。

美SEC首席会计师：会计师事务所与加密公司合作时应牢记义务和风险:金色财经报道，美国证券交易委员会（SEC）首席会计师Paul Munter发布了一份声明，警告会计师事务所在与加密货币公司合作时应牢记义务和风险，Munter写道，加密货币公司可能会聘请会计师“对其业务的某些部分进行某种形式的审查，通常表现为所谓的‘审计’”，并错误地将这项工作描述为与财务报表审计相当。这样做不仅会产生误导，而且可能要承担法律责任，会计师在其行为和活动中应该保持诚信，包括确保会计师的姓名或服务不会被用来传达虚假的合法性或误导投资者。

Munter称，根据 1934 年《证券交易法》，会计师事务所有法律义务寻找非法活动并向SEC报告。会计师或其客户的“重大错报”可能违反《证券交易法》和《1933 年证券法》，导致公司受到谴责或停业，这些规定也适用于个人。[2023/7/28 16:03:21]

研究者也逐渐发现了这一点，因此，基于Layer-2的扩容技术方案层出不穷。然而，理想很丰满，现实很骨感。当理论需要实践的时候，开发人员才发现要想达到预期，有太多的地方需要权衡利弊，对于不同的应用场景，可能也要做出不同的妥协。

迄今为止，Layer-2扩容方案里，被讨论的最多的有zkRollup、OptimisticRollup、Validium和Plasma。在此借用StarkWare里AvihuLevy的一张图来区分它们：

Yearn Finance被黑客攻击的金额约为1160万美元:金色财经报道，据 PeckShield 监测，今天的损失 Yearn Finance yUSDT 被黑客攻击的金额约为1160 万美元。如前所述，黑客利用配置错误的 yUSDT 中的一个错误，从一个1万美元的 USDT 中铸造了极其巨大的 yUSDT（1,252,660,242,212,927.5）。接下来，铸造的 yUSDT 又被换成了其他稳定币。[2023/4/13 14:01:27]

这四个方案的特点如下：

zkRollup：由以太坊的研究员提出，特点是所有计算过程由链下计算，链上存储，参与计算的明文数据通过calldata的形式发送到链上合约，降低存储成本，同时，链下计算的正确性由零知识证明算法保证；由此也能看出，此方案确实能大幅提高TPS，也能降低单次交易的费用。

OptimisticRollup：从图上可以看出，OptimisticRollup和zkRollup位于同一行，也就说明它们的共同点是：明文数据通过calldata的形式发送到链上合约；不同之处是OptimisticRollup采用交互式错误证明来确保链下计算的准确性，如果被识别出故意作恶，那将会收到惩罚；相比于zkRollup，OptimisticRollup的安全性假设弱一些。

PeckShield：BAYC #4587被窃:金色财经报道，据PeckShield在社交媒体披露，“无聊猿”BAYC #4587已被“0x43C9”开头地址的黑客窃取，该NFT在289天前被出售，当时销售价格为89.9 ETH (约合147,535.79美元)。[2023/2/23 12:24:16]

Validium：此方案由StarkWare提出，获得V神的认可，得此命名。特点是计算过程在链下完成，由零知识证明算法保证计算的正确性，链上完成验证并存储最终得世界状态；还有一点需要注意得是，为了获得更好的可扩展性，此方案把交易数据也存储在链下，同时由可信的“数据可用性”委员会提供数据可用性的证明，相比前两个方案，这个方案损失了一定的数据可用性，但是确实提供了更好的数据可扩展性；因此，在实际的应用场景中，此方案可能会得到更多的青睐。

Plasma：由V神提出，相比于其他三个方案，这个方案被提出的时间最早。方案特点比较显著，链下计算，链上存储，交易数据也存到链下，简单粗暴，用户可以发起错误型证明来证明执行者的作恶行为，由此获得奖励，惩罚作恶的执行者。

?虽然现在已经有了以上方案，但由于还没有真正在Layer-2上跑起来的应用，所以孰优孰劣也很难下定论。目前在以太坊上最活跃的应用概念是Defi，其中又以DEX占用的网络资源最多，Layer-2的提出将明显给DEX发展带来更大空间。下面可以从一个具体案例来看Layer-2的落地。

APT突破14美元，24小时涨幅11.64%:1月22日，行情数据显示，APT（Aptos）突破14美元，现报价14.12美元，24小时涨幅11.64%。[2023/1/22 11:26:01]

?目前市场上很热的ZKSwap算是探索者之一，ZKSwap提出的Layer-2扩容方案叫ZKSpeed(APraticalandScalableZk-rollupSolution一个实用并且可拓展的zk-rollup协议)。

下面通过一张图来展示ZKSwap设计的方案和上述方案的关系：

从图上可以看到，ZKSwap的第一版扩容方案ZKSpeed基础架构结合了ZK-rollup和Validium和Plasma方案特点，在此基础上又通过聚合证明、GPU优化、证明电路优化三个方案，大幅提升了整个网络的吞吐能力。

在做详细介绍之前，需要说明一下为何采用了交易数据链下存储的方案。事实上，ZKSwap的初衷是完全按照zkRollup的方案来实现，因此它不仅能提降低交易成本，同时也保证了链上数据可用性，有了这个，用户随时可以提供默克尔树的有效性证明，从链上提取属于自己的钱。遗憾的是，经过真实的测试，在这种方案下，上链的成本仍然很昂贵，每一笔layer2交易的GasLimit为6000?左右,作为对比Layer1上面以太坊的GasLimit为21000,普通ERC20的转账交易的GasLimit为50000左右。这离Layer-2的扩容目标高吞吐，低Gas相差甚远；具有很快的上链速度，但是交易成本很高，相信也会降低用户主动做交易的意愿；因此，如果Layer2的平均每一笔交易成本太高，Layer2主打的高TPS也很难实现。因此，要想把Layer-2的扩容方案用于真实场景，首先需要Layer2资金的绝对安全性;第二需要Layer2的TPS够快第三?需要Layer2的每一笔交易的Gas成本只有主网交易成本的5%，或者2%。

持有或丢失BTC的数量达到21个月高点:金色财经报道，Glassnode数据显示，持有或丢失的BTC数量刚刚达到7,440,315.481的21个月高点。[2022/8/23 12:42:01]

ZKSpeed方案中，对链下数据处理分为2部分，所有和Layer1交易相关的数据都会实时上链，保证资金的觉得安全性，并实时生成零知识证明和验证证明，但是对于仅仅和Layer2相关的交易采用分布式存储的方案，实时披露原始交易数据，并把数据摘要实时上链，目前数据摘要由Layer2运营方自己发布，并且任何人可以实时验证该摘要的准确性，长期来看，数据摘要的计算和发布可以通过分布式的形式进行，并引入社区验证。ZKSpeed方案对链下数据进行了分类，大幅度提高了数据的可拓展性，关于数据可用性这个方面，ZKSpeed方案的可拓展性长期来看优于所有交易都上链的OptimisticRollup方案，长期来看，受制于以太坊的layer1的每个BlockGasLimit的限制，如果所有数据都上链存储，那么在Layer2系统的可拓展性方面存在明显的天花板，考虑到巨大的上链Gas成本，这样的Layer2系统在实际应用中，其TPS很难到20以上，其实用性会大大降低。

??ZKSpeed扩容协议通过对链下数据进行分类，实现了数据可用性和数据可拓展性的权衡。数据可用性的问题得到解决，那么下一步的目标就是提高零知识证明系统的可用性和处理速度。ZKSpeed方案基于零知识证明算法，保证一个区块内的所有交易导致的世界状态的变化是正确的，多笔交易一次性处理，实现系统性能的第一次提升，带来了较高的TPS。但是，这种解决方案带来的提升效果只能说是勉强可以接受，ZKSwap团队不满于此，坚持寻找新的技术方案来实现更高的系统容量和更低的交易成本；经过不屑努力，终于找到了一个新的解决方案，即聚合证明(AggregativeProof)。

?AggregativeProof聚合证明

?聚合证明的逻辑其实很简单。大家知道，基础的Layer-2扩容方案里，一个区块对应一个有效性的证明，链上合约验证证明的有效性。现在以太坊的出块平均速度是15s一个区块，如果链上一次能验证多个区块的有效性，那么平摊在每个交易上的成本将大幅减少。基于这个思考，ZKSwap采用了一种聚合证明方案。所谓的聚合证明方案就是，现在是一个区块一个证明，把一段时间内，或者是固定数量的区块产生的多个证明，再用零知识证明的方式去证明这些区块的证明是有效的。这样链上只需要一次验证，就可以实现多个区块证明的有效性验证。

?经过实际测试，ZKSwap在采用了聚合证明方案后，单笔交易的费用降低到了1000，该成本是以太坊主网ERC20转账成本的1/50(以太坊主网转账的GasLimit大概是50000左右)，这个结果足够让人惊喜。试想一下，如果能在主网的出块时间间隔内，能生成更多的零知识证明，那么整个系统的TPS将会得到大幅改善，为此，ZKSwap同样做出了大量的努力，实现了GPU版的PLONK算法，相比于CPU版本的PLONK算法，计算速度提升3倍有余，同时，ZKSwap通过大规模高性能机器，专门用于零知识证明的生成，对于规模为2^28次幂的超大型电路，生成一个证明不到2分钟。但同时，受算法采用的椭圆曲线参数限制，每个区块里可证明的最多交易数量和可证明的证明数量存在上限，导致系统的的性能上限收到了限制。虽然有此约束，但ZKSwap最终的实测TPS仍然远超过了现有的其他产品，目前在最新的压力测试中，采用ZKSpeed方案的ZKSwap项目的TPS可以到100以上。

ZKSpeed已经把目光放在了不需要可信设置的递归SNARK上，相比于聚合证明，递归SNARK将不需要可信设置，并且一次性可验证的区块数量将不受限制，仅取决于出块的速度和生成证明的速度。

?系统实测结果

?以下列举出几个常用的交易类型对应的费用，详细见表格：

由于Deposit和Withdraw操作涉及到与Layer-1的交互，因此交易成本相对于Layer2转账和Swap交易操作较多。不过，无论是哪一种交易类型，其每笔交易的成本已经领先于行业内的其他产品，基于ZKSpeed方案的ZKSwap已经实现了资金安全性和高TPS以及低Gas成本的全面权衡，并且具备很大的实用价值，在Layer2的实际应用中，具备很大的技术优势。

展望

ZKSpeedLayer2扩容方案是一个兼具实用和工程优化的zk-rollup方案，通过零知识证明的聚合证明，Plonk算法的并行处理，以及对链下数据的分类处理，大大提高了Layer2系统的TPS,并大幅降低了Layer2交易的Gas成本。相比其他的Layer2方案，ZKSpeed方案在实用性方面取得了更大的突破，并将率先支持DeFi的应用在Layer2大规模部署，关于ZKSpeed的方案细节，敬请关注即将发布的技术白皮书和系统示例

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