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zkPorter: L2 扩容的突破

向 Layer2 的大规模迁移即将发生。随着协议从以太坊基础层向 Optimistic rollups 再到兼容 EVM 的 zkRollups 转移,许多人都希望我们最终可以使得链上 gas 费可控。但每个致力于以太坊扩容工作的人都知道这个行业的肮脏秘密:即使有了 rollups,我们最后可能也会回到我们最开始的地方。这是因为吞吐量的任何实际增长都会迅速地被诱导需求所吞噬。

Rollups 只能为吞吐量带来线性增长 —— 所有数据仍然必须广播到所有全节点中。然而为了实现真正的扩容,我们需要实现吞吐量呈指数性增长。

这就是为什么我们认为 zkPorter 是一项重大的突破。它拥有 20,000+ TPS,且比 Optimistic rollups 更加安全。更重要的是,它将在 6 个月之后与 zkSync 2.0 一起上线主网。

为什么 rollups 不足以满足扩容需求?

2020 年 10 月,Vitalik 发布了文章《以 rollup 为中心的以太坊路线图》,文中他表示,如果所有 L1 的交易活动都迁移至 rollups 中,那么以太坊网络的每秒交易量预估可以达到约 3000 笔。这一猜测很快就要成为现实了:optimistic 和 zkRollups 现在都支持对 EVM 的兼容,也就是说应用可以快速且简单地从 L1 迁移至 L2。

以太坊正以爆炸式、呈指数级增长中。在一年内,DeFi 用户从 15 万增长到 180 万名 —— 但是 gas 费的增长速度要快 16 倍!(Uniswap 上的交易费从 $0.20/笔涨到 $36/笔)。

为什么?因为可扩容性的任何提高,都会带来金融活动/交易的增长以及新的用例。我们来看一下过去一年同时发生的事情

➤ DEX 月交易总量:17.2 亿美元 → 670 亿美元

➤ DeFi 总锁仓量:7 亿美元 → 800 亿美元 (增长了 11000% !)

➤ 在一个月内,OpenSea 的销售量:500 万美元 → 1 亿美元

与以太坊主网相比,optimistic rollups 将只会扩容约 25 倍,而 zkRollups 扩容约 100 倍。我们将在不知不觉中,又回到了起点:大多数普通用户还是难以承受 gas 费和使用以太坊的成本。

加密行业很快就会成为主流。在这个拥有 38 亿台智能手机的世界中 (相比之下,Metamask 的月活跃用户有 300 万),我们需要将以太坊网络的可扩展性提高 1000 倍才能应对接下来的需求。这中间的差距促使我们构建 zkPorter。

zkPorter:推进加密货币大规模应用的引擎

上市矿企Hut 8第二季度亏损扩大至6900万美元:8月11日消息,上市矿企Hut 8今年第二季度亏损8810万加元(6900万美元),去年同一季度,Hut 8录得400万加元的亏损,而上一季度录得5570万加元的利润。Hut 8在周四的财报中表示,本季度的亏损是由其数字资产的价值重估造成的。

此外,由于电力成本上涨和比特币价格下跌,该公司的挖矿利润与第一季度相比减少了一半以上,至1490万加元。该矿工挖矿每个比特币的成本增长了44%,达到25,900加元,大约是2021年第二季度的水平。

Hut 8本季度总收入为4380万加元,与上一季度相比下降22%,但同比增长三分之一。在本季度挖矿了946个比特币,与今年第一季度挖矿的942个相比几乎没有变化。Hut 8的比特币持有量在本季度增长了14.6%至7,406,与前三个月的增长步伐保持一致。(CoinDesk)[2022/8/11 12:19:07]

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。

这两部分都是可组合且可互操作的: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。没错!这样的话,从用户的角度来看,唯一可察觉的区别就是 zkPorter 账户的费用减少了 100 倍。

想象一下:Uniswap 将智能合约部署在 zkRollup 端,并且 zkPorter 账户上的零售用户可以以 <$0.03 的交易费 swap 代币。是怎么做到这么便宜的呢?这是因为绝大多数的 rollup 费用来自在以太坊主网上发布数据的成本。而 zkPorter 账户可以在 Uniswap 部署的合约上做数千次 swap,但是只需要向以太坊主网上发布单次数据更新。

zkPorter 账户的数据可用性将由 zkSync 代币持有者 (即“守护者”,Guardians) 提供安全保障。他们将通过对区块签名以确认 zkPorter 账户的数据可用性来跟踪 zkPorter 上的状态。守护者质押 zkSync 代币参与 PoS,因此任何数据可用性上的故障都将导致他们被罚没。如此一来,这为数据可用性提供了加密经济上的保障。

值得注意的是,zkSync 上的 PoS 比侧链等其他系统上的 PoS 安全得多。这是因为 zkSync 的守护者本质上是没有权力的:守护者无法窃取资金。他们只能停止生产区块。而且在这种情况下,用户将仍然能够提取他们的资金。

每个用户都可以自行选择自己资金的安全阈值。如果用户想要将所有数据可用性放在链上,就可以选择完全留在 rollup 上。但是如果某些用户比较在意费用,那么他们可以选择使用 zkPorter (我们猜测交易者和新用户最有可能使用 zkPorter)。这种可以自行选择链上/链下存储数据的架构叫做 Volition。

这将吸引那些在 L1s 上甚至在传统 rollups 解决方案上不太经济适用的应用使用 zkPorter。而现在,这些应用可以在以太坊上构建,为以太坊用户服务了。

NBA Top Shot销售额从3月至5月下降80%:据NFT收藏品数据统计网站CryptoSlam数据,DapperLabs开发的NFT游戏NBATopShot销售额从3月的2亿美元下降至5月的4100万美元,销售额下降了80%,另外3月和5月交易次数相差不大,每个NFT的平均价格从3月的157美元下降至5月的31美元,下降80%。[2021/6/18 23:47:18]

zkPorter vs optimistic rollups

得益于零知识证明这一密码学,这一切才有可能实现。Optimistic rollups 按照 zkPorter 的方式实现如此大规模的扩容。如果 Optimistic rollup 将数据可用性放在链下,那么一名作恶的运营者就能够盗取 rollup 中的所有资金,而不会受到任何人的挑战。

同时,zkPorter 有着比 Optimistic rollups 更强的安全保障。为了理解其中的原因,接下来我们简要地概述一下 zkPorter 潜在攻击的成本和收益。

1) 攻击成本

截至今天,在 Optimistic rollup 上进行 51% 算力攻击的成本不到 7000 万美元 (以太坊向 PoS 迁移之后,这将不是大问题)。另一方面,如果想要使 zkPorter 上的数据不可用,攻击者将需要积累相当于所有 zkSync 质押代币的 2/3 的量 (几乎可以肯定将超过 7000 万美元)。再者,由于攻击者在购买代币时将会出现重大的滑点 (且质押代币无法被购买),因此发起这样的攻击要比现货价格的成本要高得多。

2) 攻击收益

如果 optimistic rollup 被成功攻击了,那么黑客就能盗取 rollup 中的所有资金。这极大地增加了攻击动机。而如果黑客攻击了 zkPorter,ta 无法直接盗取资金:就算攻击成功,黑客只能停止生产区块,而不能盗取用户的资金。这种将攻击变现的难度,极大地降低了此类攻击的动机。

在 zkPorter 上构建

zkPorter 即将到来。Matter Labs 团队正致力于研发工作,在 6 个月内推出产品级别的版本。很快,我们就能开始吃我们做的蛋糕了。

zkPorter 将在 zkSync 2.0 版本中可用 —— 这是我们下一代智能合约平台,将支持 Solidity。我们的目标是在 5 月份推出公共测试网,并在夏季晚些时候上线主网。

同时,用户也可以使用 zkSync 1.x 用于支付用途 (2020 年 6 月份上线主网)。几周后,1.x 将支持交易以及 NFT 交易。

想要提前联系我们团队或者想要获得我们团队的支持?联系我们:hello@zksync.io

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特此感谢 Haseeb Qureshi 的校对和建议!

Vitalik:

>zkPorter 有着比 Optimistic rollups 更强的安全保障

我认为这个说法不恰当。假设两种方案的代码都没有 bug (在我看来,optimistic rollups 在短期内出现 bug 的风险更小,但这是另一个问题),我更愿意将我的资产放在 optimistic rollup 上,而不是放在一个链下存储数据可用性的系统上。

看一下这篇文章的论点:

> 截至今天,在 Optimistic rollup 上进行 51% 算力攻击的成本不到 7000 万美元

这里举出的数据是由 Starkware 列出来的,其观点基本上是这样的:一名攻击者能够租用足够多的算力发起 51% 攻击,花费的成本为 $30/时。如果他们持续一周的审查攻击,成本大约在 $5000 万左右。

该论点有两处错误:

➤ 哈希值租用市场的流动性并不高,如果有人试图租用这么多算力,将会出现两种情况:要么没有那么多可租用的哈希值,要么在尝试租用时大大地提高了价格,同时警告了所有的用户。特别是,该网页 (https://www.crypto51.app/) 中,预测了使用 Nicehash 发起攻击的成本,但这个网页本身就展示了,Nicehash 只能够借出相当于以太坊网络 3% 的哈希值。

➤ 再者,尽管 51% 攻击发生了,社区也不会坐以待毙。相反,社区会协调一个紧急分叉来使攻击者下台,这完全能够在一周内实现 (解决上海 DoS 攻击的硬分叉只用了 6 天的时间,而解决 51% 攻击就更容易了,因为这是一个软分叉)。关于社区驱动的 51% 攻击恢复,我在 PoS 的背景下已经详细讨论过了;而在 PoW 的背景下将更困难,因为攻击者可以持续返回攻击,但想要恢复也是非常可行的。

简而言之,optimistic rollups 的安全性不错。

同时,该文章提倡的链下数据可用性委员会与基础链相比,安全性低得多。此外,他们之间没有紧密的耦合:如果一名攻击者将链下数据可用性层的代币全买了,那么以太坊社区根本无法保证可以帮助实行一个恢复分叉 (事实上,最近的先例:当一个应用层结构受到攻击时,甚至反对以太坊社区对链进行干预)。

另一方面,数据可用性层存储在分片中将受到整个以太坊网络的保护,两者将紧密耦合。在我看来,在此期间如果一些应用使用链下数据可用性是没问题的,但只有在基于分片的数据可用性可用之前,我们才可以明确链下数据为一个暂时的措施。但我认为这也没有必要;仅仅使用当前以太坊链来做数据可用性储存就可以了,容量已经可以达到 4000 TPS 了,我无法想象未来几年对交易的需求会超过这个水平。”诱导需求“确实存在,但不太可能在这个时候存在两个数量级的潜在诱导需求。

@gluk64:

这篇文章很难做到既易于阅读又能够 100% 反映技术上的细微差别。我会尽量将它展开说:

我先强调一下,该文章的目的不是为了指出 optimistic rollups 不安全。相反,我们表达的观点是:

1. 在实践中,这两种方法都具有相当的安全性,但 zkPorter 要便宜几个数量级。

2. 同时,zkPorter 与 zkRollup 有直接的联系,也就是说可以提供更好的安全保障,并且比 ORU 便宜。再者,我们明确地建议将所有资金大的账户存储在 zkRollup 中。

3. 因此,使用 zkPorter,用户可以在两者之间选择 a) 更便宜和更安全 b) 便宜更多并且仍然相当安全。在这前提下用户怎么还会选择 optimistic rollups 呢?

即使你不同意 zkPorter 比 ORUs 更安全,好吧,这些论点依然成立!一旦 zkRollup + zkPorter 上线,就不再需要 optimistic rollups 了。即使 zkPorter 的安全性就像简单的侧链那么糟糕 (事实上并不是的,详见下面”动机“部分),这个论点依然成立。

目前,认为 zkPorter 可能更安全的观点是基于以下几个互相支撑的独立要素提出的:

1. 蛮力攻击 (brute-force) 的成本是可以量化和比较的。

2. 针对性攻击在 optimistic rollups 上更为现实。

3. 攻击 zkPorter 的动机要低很多。

让我来详细说一下这三点。

> 哈希值租用市场的流动性并不高

没错,但是这仍然是可行的。比如,一个攻击者可能会租用大量的 GPUs 或者 FPGAs。成本可能要比我们文章里估算的要高得多。但是这类攻击的关键是:他们不需要运行一周。看似合理的投入就足够了。

> 尽管 51% 攻击发生了,社区也不会坐以待毙。

如果是在 PoS 系统中,我很赞成这种观点,但是在 PoW 系统中,这样至少会极具争议性。很多人会认为这是特定激励系统的设计缺陷,因此要像对待 Parity 多签 bug 一样对待它。削弱区块链的不可变性将很容易引发社区危机。

在实践中,具有高价值和高吞吐量的 ORU 将仅仅由一些团体运营。尽管通过 hacking + 社会工程学等手段对他们所有人进行攻击是比较难的,但是有有着数十亿美元的激励,也不是不可能发生的。我们正生存在艰难的时期——现在全部民族国家都在努力地保护他们的核武器工厂免受黑客攻击!

这一点很明显:与 ORUs 不同,zkPorter 攻击者只能冻结资产,而不能窃取资产。因此攻击者并不能够直接利用资产。此外,勒索数百万零售用户将非常困难,因为受害者很难达成任何共识。

最后的想法:zkPorter 和 ETH2 分片

我确信数据可用性的最终目标是将 ZKP 和 分片结合 (e.g. 由纠删码支持),而这只能在 L1 中实现。所以,没错,长期来看 ETH 2.0 和 3.0 将占主导。

而在那之前,超安全的 zkRollup 和超便宜的 zkPorter 之间实现无缝互操作的方案将是中长期的选择。

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

reddit 讨论链接:https://old.reddit.com/r/ethereum/comments/mq2lxd/zkporter_a_breakthrough_in_l2_scaling_matter_labs/

ECN的翻译工作旨在为中国以太坊社区传递优质资讯和学习资源,文章版权归原作者所有,转载须注明原文出处以及ETH中文站。若需长期转载,请联系eth@ecn.co进行授权。

来源 | Matter Labs

译者注:本文分为两部分,上半部分为 Matter Labs 对 zkPorter 的介绍;下半部分为 Vitalik 对文章的疑问与反驳,以及 zkSync 方的回复。

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