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。

今日恐慌與貪婪指數為59，等級為貪婪:金色財經報道，今日恐慌與貪婪指數為59（昨日為56），等級為貪婪。注：恐慌指數閾值為0-100，包含指標：波動性（25%）＋市場交易量（25%）＋社交媒體熱度（15%）＋市場調查（15%）＋比特幣在整個市場中的比例（10%）＋谷歌熱詞分析（10%）。[2023/7/1 22:11:39]

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：

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；

75,805,000 USDT從Tether Treasury轉移到Kraken:金色財經報道，數據顯示，75,805,000 USDT（價值約 75,880,804 美元）從 Tether Treasury 轉移到 Kraken。[2023/5/10 14:53:17]

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。

電子貨幣機構Verto 推出美元賬戶:金色財經報道，FCA 授權電子貨幣機構 (EMI)的Verto推出了美元賬戶，根據 2011 年電子貨幣條例 (EMR)，客戶資金存放在受保護賬戶中，該條例規定了保護要求，以保護客戶收到的資金提供支付服務或電子貨幣。

Verto 為非洲一半的科技獨角獸以及包括馬士基、MTN 和 Interswitch 在內的全球巨頭提供服務。[2023/3/24 13:23:11]

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：

Hooked Protocol：將部署新uHGT代幣合約并進行代幣遷移:12月19日消息，Web3社交網絡Hooked Protocol發布uHGT安全事件澄清和代幣遷移解決方案相關文章。12月18日發生一起uHGT代幣安全事件，團隊立即發現風險，并部署修復措施以解決該事件。BUSD和HOOK代幣的所有用戶資產都是安全且不受影響的。應用內體驗和uHGT收益正常。在遷移期間，每個uHGT代幣的固定匯率設置為0.000002 BUSD。[2022/12/19 21:53:53]

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。

跨鏈基礎設施Celer Network推出全鏈流動性協議Peti:10月31日消息，據官方博客，區塊鏈互操作性協議Celer Network宣布正在推出全鏈流動性協議Peti。Peti為交易者和專業做市商提供改進的全鏈交易體驗：流動性不受限、零滑點、MEV保護以及最佳流動效率。據悉，Peti由Celer消息跨鏈框架提供支持，目前正在主網上運行。Celerc Bridge已經與Peti和其他全鏈DApp集成，做市商可以通過Peti SDK和API加入。[2022/10/31 12:01:24]

-?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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