從技術視角剖析4個Layer2 DEX : ZKSwap/StarkNet/Unipig/Loopring

近期以太坊上的高手續費和低TPS使以太坊上的Layer2擴容之爭變成了焦點。ZKSwap團隊推出的Layer2擴容方案Zkspeed相比于市場上其他擴容方案有著技術上的領先優勢，由此帶來產品上更為良好的體驗。

本篇文章將以市場上既有的產品為基礎，從技術方案角度出發，比較當下ZKSwap方案和其他擴容方案的異同之處。在具體的展開描述之前，也將簡短的介紹下目前市場上的Layer2擴容技術的基本狀況。?

Layer2擴容技術概述

迄今為止，Layer2市場上已經是一片繁榮，技術上不斷創新，各種產品也層出不窮。對于市場上的所有的產品，從技術角度上劃分，可以大體分為三類：

1.狀態通道：通過促進鏈下交易來減輕以太坊的負擔，具有即時存取、高吞吐的特點，其弊端是設置通道浪費耗時，并且需要在通道中支付鎖定資金，同時定時監測通道狀態；

2.側鏈技術：具有獨立共識規則的獨立區塊鏈，與Layer1的共識不同步，這是它的弊端；

3.rollup技術：可以看作是一個高級的非托管側鏈技術，它將計算放在鏈下，交易數據以及最新世界狀態放在鏈上，保證了鏈上數據可用性。

高盛報告：62%的受訪家族辦公室對加密資產不感興趣:5月9日消息，5 月 9 日，高盛的一份調查報告顯示，與兩年前相比，更多的家族辦公室表示對加密資產類別不感興趣。家族辦公室是通常與高凈值個人和家族合作的財富管理公司，該調查于 1 月和 2 月進行，收集了來自全球 166 個家族辦公室的回復。

調查結果顯示，大約 26% 的家族辦公室投資于加密貨幣，高于 2021 年的 16%，但那些沒有投資并且對未來進入該領域沒有興趣的受訪者也大幅增長，從兩年前的 39% 增加到 62%。

在此期間，對該資產類別可能感興趣的受訪者從 45% 下降到 12%。亞太地區（APAC）的家族辦公室投資加密貨幣的比例為 30%，略高于美洲或歐洲、中東和非洲（EMEA）的類似公司。[2023/5/9 14:51:31]

與其他的兩種方案相比，rollup無需提前鎖定代幣，也不用設置自己的共識規則；而且它還可以保持和Layer1同樣等級的安全性，同時方案本身具有通用性。隨著Layer2技術的持續發展，rollup技術方案也變得多樣化，根據交易數據存儲的位置和使用的證明方法的不同，又可以將rollup技術細分為以下四類：

NBA球星Giannis Antetokounmpo NFT在Sorare NBA以113.9 ETH成交:2月7日消息，以太坊夢幻籃球游戲Sorare NBA上NBA雄鹿隊球星Giannis Antetokounmpo NFT以約113.9 枚ETH（約18.7萬美元）成交。該成交價刷新Sorare NBA系列單品成交價記錄，打破Giannis Antetokounmpo NFT鏈上最高成交價記錄，高于2021年2月該球星NFT在NBA Top Shot上的9.5萬美元成交價。（Decrypt）[2023/2/7 11:52:00]

1.ZK-Rollup：Layer1+Validityproofs，數據存儲在鏈上，用零知識證明來保證狀態轉換的有效性；

2.Optimisticrollup：Layer1+Fraudproofs，數據存儲在鏈上，在挑戰期間，用欺詐證明來驗證狀態轉換的有效性；

3.Validium：Layer2+Validityproofs，數據存在鏈下，用零知識證明來保證狀態轉換的有效性，并設立“數據可用性委員會”來保證鏈下數據的可用性；

Meta與歐萊雅合作推出Web3加速器項目:金色財經報道，Meta與化妝品牌歐萊雅以及法國商學院HEC Paris達成合作關系，推出一項Web3創業加速計劃。該計劃旨在幫助專注于3D制作、AR、VR、混合現實、頭像創建、用戶體驗的可移植性、Token 經濟或其他與元宇宙和 Web3 相關的主題的企業。至少有五家企業將參與其中。[2022/10/25 16:38:10]

4.Plasma：Layer2+Fraudproofs，數據存儲在鏈下，用戶提供欺詐證明來驗證狀態轉換的有效性；

在實際的產品設計過程中，基于不同的業務場景，設計者往往需要在效率和安全性上做出權衡，要效率還是要絕對安全，每個產品設計時都有自己的側重面。因此，也就有了上述的四種rollup方案。現在市面上的大部分產品，按技術分類的話，應該大都屬于上述四類，更準確的說，是屬于前三類，第四類方案提出的最早，安全性考慮的較少。?

所以，ZKSwap團隊推出的Layer2擴容方案Zkspeed同樣也屬于上述范疇。然而，作為Layer2賽道上的一個新星，Zkspeed方案與其他主流產品推出的Layer2方案相比會有什么樣的技術優勢呢？產品體驗又有何異同呢？接下來，我們將選取市場上具有代表性的幾個產品，從技術方案和實際體驗效果上做一些簡單的對比分析，來看看Zkspeed擴容方案是否優勝同時產品體驗是否更好。

分析師：Nexo官方未發布“阻止用戶提現并為其提供高額存款利息”的郵件:7月16日消息，DeFi分析師otteroooo發推稱，市場流傳的一份郵件截圖可能暗示加密借貸平臺Nexo資不抵債。郵件截圖顯示，Nexo客服稱將暫停用戶提現請求，建議用戶重新進入資產鎖定期并為其提供額外的存款利息。

之后，分析師FatMan回復稱，Nexo創始人已經確認這是一封假電子郵件。從來沒有發生過。[2022/7/16 2:17:10]

Layer2技術對比分析

根據我們的市場調研，我們選取了三個市場上具有代表性和前沿性的的產品，分別是StarkWare的starkNet、Uniswap的unipig、Loopring的loopring。首先，我們先從技術方案的角度，來看一下Zkspeed和starkNet、Unipig、Loopring的區別，具體的如下表所示：

表1.Layer2擴容方案分析表

圖片說明：crs對應需要多次可信設置的zkp算法；srs對應只需要一次可信設置的zkp算法?

根據上述表格可以看出：

-?Loopring：

美股開盤，三大指數集體低開:道瓊斯指數5月19日（周四）開盤下跌309.08點，跌幅0.98%，報31180.99點；

標普500指數5月19日（周四）開盤下跌26.28點，跌幅0.67%，報3897.40點；

納斯達克綜合指數5月19日（周四）開盤下跌30.83點，跌幅0.27%，報11387.33點。[2022/5/20 3:29:13]

使用的Layer2擴容方案是基于zkRollup方案設計的，同時也支持Validium方案，即鏈上數據可用性是可以選擇的。該方案使用的零知識證明算法是zksnark算法，需要第三方生成可信設置。

優點是：這種算法的proof大小是常量大小的；

缺點是：可信設置是不通用的，針對不同的交易類型，都需要單獨進行可信設置。因此，為了提高證明傲率，每個區塊里的交易類型要求為同一交易類型，導致了如果某種類型的交易較少，那它上鏈的速度就會很慢，因為要等待足夠的交易才打包區塊。不過，在Loopring發布的協議3.6版本里可以看到，已經取消了了區塊里是相同類型的交易的限制，相信會有更好的交易體驗。

-?StarkWare：

StarkWare團隊研發的Layer2擴容引擎starkEx，支持Validium方案和zkRollup方案兩種模式可選。狀態更新的有效性由零知識證明來保證，其用到的零知識證明算法是zkstark算法，

優點是：與常用的zksnark算法不同，zkstark算法不需要第三方的可信設置，而且其算法本身不依賴數學難題假設，具有一定的抗量子性；

缺點是：proof的大小比其他的zkp算法要大的多，生成證明需要消耗大量的計算資源和存儲空間。同時，StarkWare團隊研發的Layer2擴容解決方案值得期待，一種以太坊上的基于STARK的去中心化無許可L2ZK-Rollup產品，并且支持基于Cairo語言的通用計算；具體內容可參考鏈接starkNet。?

-?Uniswap：

使用的Unipig擴容方案是基于Optimisticrollup設計的，如前圖所示，改方案存在挑戰期，即在挑戰期間，用戶可以提供欺詐證明來驗證執行者的行為是否作惡。

優點是：該方案兼容EVM，并且交易數據存在鏈上，保證了安全性；

缺點是：由于存在潛在的欺詐性證明，鏈上事務處理的時機會延緩；挑戰成本昂貴，導致挑戰模式基本上算是形同虛設。

-?ZKSwap：推出的Zkspeed擴容方案兼顧了ZK-Rollup、Validium和Optimisticrollup方案的特點。即實現所有與Layer1交互的交易數據全部上鏈，把單純Layer2的交易數據存放在鏈下(Validium)，交易hash數據上鏈，同時ZKSpeed?也會提供一個完全上鏈的版本，這樣可以實現更高的安全性，并提供零知識證明保證狀態轉換的有效性。

ZKSwap采用自己研發的Zkspeed與其他三個擴容方案的差異：

1.Zkspeed方案采用PLONK零知識證明算法，所有交易類型共用一套可信設置，如此就無需按照交易類型進行區塊打包；

2.Zkspeed方案采用了GPU實現版的PLONK算法，相比于普通的CPU實現版本運行速度上提升了3倍以上，再加上頂尖的硬件設備，使得證明的生成時間大大縮短，大幅提高了系統的吞吐量；

3.ZKSwap團隊經過反復研究論證，在Zkspeed方案上探索性的采用了聚合證明方案，并首先應用到AMM?的DEX?領域，把多個區塊的證明聚合成一個證明，使得鏈上一次就可以完成多個區塊的驗證，大大的降低了交易的平均成本。?

聚合證明的技術原理如下圖所示：

?圖2.Aggregation方案

在rollup方案里，一個很明顯的技術特點就是交易的批量處理，即對區塊里的所有交易的有效性產生一個證明，然后鏈上主合約完成證明的有效性驗證。如圖2左側所示，這和原始的單個交易處理力度相比，已經有了巨大的吞吐率的提升和交易成本的降低。然而，ZKSwap團隊發現，受限于零知識證明算法橢圓曲線參數的選取，一個區塊內能批量處理的交易數量是有限的，再加上鏈上一次驗證計算的成本高達50WGas，導致每筆交易的成本并沒有低到預期。因此，ZKSwap技術團隊持續進行技術應用創新的突破，并最終關注到了聚合證明方案。

如上圖右側所示，聚合證明的思想很簡單，可簡單表述為：把每個區塊的proof當作輸入，把鏈上驗證的過程當作證明電路，證明鏈上的驗證過程是正確的，由于驗證的形式就是一個雙線性配對，因此，多個proof可以進行線性組合，然后利用一次雙線性配對完成所有proof的有效性驗證。這樣一來，多個證明的驗證過程由多次變成1次，驗證成本大幅降低，成本降低的幅度取決于區塊聚合度，目前Zkspeed方案支持聚合上鏈的交易筆數可根據實際情況進行調配，20、10、5筆均支持。同時，為了探索進一步降低交易成本的可能性，ZKSwap團隊追求精益求精，繼續對上鏈數據進行聚合提交，即，多個區塊一次提交，節省了一些固定成本，進一步壓縮交易成本，最終實現一筆交易的成本消耗最低至1400Gas，遠低于行業其他產品。?

展望

遺憾的是，目前ZKSwap的方案還不兼容EVM，ZKSwap團隊的愿景是構建一個支持通用EVM的rollup擴容解決方案，使得其他應用無需重新編寫智能合約就能實現快速遷移，目前ZKSwap團隊已經投入研究，并取得了一些進展。除此之外，starkWare和MatterLabs分別開發了starkNet和zinc的Layer2擴容解決方案，需要用對應新設計的DSL語言來編寫證明邏輯，雖然此方案不算完美，但也算是一個階段性的研發成果。未來ZKSwap團隊愿和其他團隊一起，共同致力于以太坊的Layer2擴容建設。

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