讀懂ZkSync演進及未來：ZkSync1.0、zkSync2.0及Layer3

要點：

- 由於缺少智能合約支持，ZkSync 1.0 與其他通用 L2 相比，採用率並不樂觀，除了Token轉移和交換之外，該 rollup 幾乎沒有什麼實用功能。

- Matter Labs 團隊計劃於 10 月 28 日在其主網上推出其 alpha 階段的 zkEVM，使他們成為第一個推出具有 EVM 兼容性的通用智能合約 ZK rollup 的團隊。

- 第一個推出 zkEVM 的團隊可以獲得顯著的先發優勢，特別是如果以太坊的交易費用激增，將會迫使用戶離開基礎層。

- zkSync 團隊認為其在降低硬體要求方面取得了重大突破，成為了證明過程中的積極參與者。

- zkSync 的最終目標是由他們的證明技術提供動力，擁有一個百花齊放的 L3 生態，同時保持以擴展以太坊為焦點的目標。

ZkSync 1.0 由 Matter Labs 在 2020 年推出，是一個零知識 rollup（ZKR），依賴於以太坊的安全性，主要用於 Token 交換或轉移。它不支持智能合約，所以今天 zkSync 1.0 上的產品是有限的，這也導致其相對於其他以太坊擴展解決方案而言，採用率較低。Matter Labs 團隊希望通過在 10 月 28 日在主網上推出他們的 alpha zkSync 2.0，即 zkEVM 來解決這個問題。此外，Matter Labs 宣布它將在 2023 年第第一季在測試網上推出 L3。

ZkSync 1.0

儘管缺乏對智能合約的支持，ZkSync 1.0 也成功吸引了超過 5400 萬美元的資金。zkSync 上的大部分 TVL 是 ETH 和各種穩定幣，因為除了 Token 轉移和交換之外，網路上缺乏實用性，此外，NFT 鑄幣也未能獲得巨大的吸引力。目前，該 rollup 上的許多資金用戶可能正在為不可避免的 Token 空投做準備，而這應該能抓住 zkSync 經濟的未來增長。Optimism 和 Arbitrum 是兩個最受歡迎的以太坊擴展解決方案，鑒於它們已經支持智能合約，所以其用戶活動要多得多。雖然每天的交易量並不是一個完美的度量標準，但也提供了一些關於 zkSync 因尚不支持智能合約而錯過活動量的洞察力。

zkSync 上的所有資金都在以太坊的智能合約中得到保障，計算和儲存則在鏈下進行。數個交易被捆綁進一個批次，在以太坊上結算，以攤銷所有 L2 交易者的 gas 成本，然後同時結算。所有在 rollup 過程中發生的狀態變化都以 calldata 的形式發布到以太坊，同時還有一個 SNARK 證明，以確保狀態變化是有效的。發布到以太坊的 calldata 使任何人都有能力重建 L2 狀態，並且比在 EVM 上儲存整個 L2 狀態要便宜得多。SNARKs 能夠以低成本和及時的方式驗證大批量的交易（即時確認，15 分鐘內完成），並且與以太坊基礎層相比，為 zkSync 的交易吞吐量帶來了巨大的提升（例如，分別為～2,000 和～15 tps）。

與其他擴展架構相比，ZKR 提供了許多優勢。例如，ZKR 繼承了以太坊的安全性，而像 Ronin Network 這樣的側鏈則受制於其自身驗證器集的漏洞。ZKR 也不依賴於像 Optimism 或 Arbitrum 這樣的欺詐證明，即誠實的第三方必須監控區塊的惡意交易，並需要一個 7 天的挑戰期，延遲資金提取。此外，ZKR 上的資金總是可以由其合法所有者取回，無論驗證者集的狀態如何，這與 plasma 鏈的情況不同，在 plasma 鏈中，驗證者需要安全地監控提款。

zkEVM 的機會

zkEVM 的競爭已經在 Scroll、zkSync 和 Polygon 之間升溫，但隨著 zkSync 計劃在 10 月底推出其主網 alpha 版本，似乎有望獲得勝利，畢竟先發優勢對率先衝過終點線的團隊可能產生的潛在影響是很難低估的。據悉，MATIC 早在 2017 年就作為首批 EVM 兼容鏈之一推出，然後在 2021 年 2 月改名為 Polygon，且能夠在以太坊交易費用暴漲的情況下吸引大量的 dApps 和用戶。通過重新部署類似的代碼，將應用程序遷移到 EVM 兼容的鏈上是相對容易的，因此，無論哪個團隊率先推出 zkEVM，都可以看到 dApp 部署和用戶活動的爆炸性增長，並建立強大的網路效應，就像 Polygon 在 2021 年的那樣。

如前所述，側鏈不具有與 ZKR 相同的安全性，而領先的以太坊 L2，包括 Arbitrum 和 Optimism，都屬於 optimistic rollup，這類 rollup 要求從官方橋接中提取資金需要有 7 天的挑戰期。目前，L2 的採用一直占據敘事的主導地位，而 L2 支付給以太坊結算的總 gas 量也一直呈上升趨勢。鑒於 zkEVMs 的安全性和用戶體驗優於其以太坊側鏈和 optimistic rollup 的同類產品，zkEVMs 的推出將成為這一趨勢的助推器。

ZkSync 的願景

ZkSync 2.0 的主網 alpha 版本發布將僅限於註冊其項目參與公平發布的開發者。選擇排除用戶是為了確保 dApp 團隊有充足的時間來確保他們的產品順利運行，使用戶不受任何 bug 的影響，並給 Matter Labs 團隊更多的時間來迭代他們的 zkEVM 的設計。值得注意的是，Starkware 的 Starknet 是另一個通用的 ZKR 智能合約鏈，且還在 alpha 階段。Starknet 使用其自己的語言為 ZKR 優化，即 Cairo 語言，而不是專注於 EVM 兼容性。另外，Warp 正在開發一個從 Solidity 至 Cairo 語言的轉接器，這可能會使其與 zkSync 的 zkEVM 類似。開發者工具、最佳安全實踐和 Cairo 的開源庫將遠遠落後於 Solidity。此外，Polygon 於 10 月 10 日在測試網上推出了他們的 zkEVM，儘管 zkSync 的 zkEVM 已經在測試網上運行了大約 9 個月。

ZkSync 通過採用 Solidity（以太坊的高級智能合約源代碼）並將其編譯為 Yul（一種中間語言，可以為不同的虛擬機編譯為字節碼）來實現 EVM 的兼容性。然後使用 LLVM 編譯器框架將 Yul 代碼重新編譯為一套為 zkSync 的 zkEVM 設計的自定義、電路兼容的字節碼。這種方法通過直接從高層代碼開始，繞過了對 EVM 執行中所有步驟的 zk 證明，從而使證明過程更容易分散，且同時保持高性能。對 Rust、JavaScript 或其他語言的支持可以在未來通過構建新的編譯器前端來添加，因此增加了其 zkEVM 架構的靈活性。需要指出的是，zkEVM 是兼容 EVM 的，在字節碼層面上並不等同。因此，雖然幾乎所有的以太坊智能合約代碼都可以移植到開箱即用的 rollup 上，但也會有一些例外的情況，比如一些代碼需要改變，並重新審核，以及調試工具在沒有小的調整下不兼容。對此，Matter Labs 團隊計劃建立一個 EVM 字節碼編譯器，在 zkSync 上作為合約運行，以解決這些小問題。

帳戶抽象

與以太坊的默認行為相比，正在 zkEVM 中實現的一個主要改進是帳戶抽象的想法。以太坊的核心架構支持兩種類型的帳戶：外部擁有的帳戶（EOAs），是由私鑰控制的公共地址，可用於簽署交易（例如 Metamask 錢包），以及合約帳戶，根據底層代碼操作，不能啟動交易。這裡的主要目標是將持有 Token 的帳戶與授權交易的簽名者脫鈎。

zkSync 的 zkEVM 中的 EOA 帳戶當然能夠發起交易，但也能夠像以太坊上的智能合約帳戶一樣在其中實現任意邏輯。這就是所謂的 "帳戶抽象"，與 EIP-4337 非常相似，只是稍作修改，為用戶提供了更流暢的體驗。可以補償其他帳戶交易的帳戶被稱為 Paymasters。在實踐中，Paymaster 帳戶應能使協議以 ETH 或各種 ERC-20 Token 代表用戶支付交易費用。隨著用例的發掘，帳戶抽象可以為錢包提供商開闢一條新的創新途徑。值得注意的是，這是一個仍在迭代中的新想法，用戶應謹慎行事。

zkPorter

zkEVM 競賽是目前主要的 L2 敘事，但更值得注意的是 zkSync 的 zkPorter。雖然 zkEVM 將為以太坊帶來一個數量級的擴展，但 ZKR 仍然需要將數據發布到以太坊基礎層上，這降低了它們的潛在規模。zkPorter 的引入將把 zkSync 的 zkEVM 牢牢地置於 volition 類別中，這意味著用戶可以決定是否在鏈上或鏈下儲存其數據。優先考慮安全而不是吞吐量和極低交易費用的用戶將選擇在 rollup 上進行活動，以保證數據的可用性。而將吞吐量和較低的交易費用置於安全之上的用戶將在 zkPorter 上進行他們的活動，那裡的數據會被發布並在鏈下可用。

所有 zkPorter 交易數據將被發布到 Guardian 網路，這是一個由最終的 zkSync Token 擔保的權益證明網路。Guardian 將通過簽署區塊來跟蹤 zkPorter 方面的狀態，以確認數據是否可用。惡意行為的 Guardian 將被罰沒，從而為數據可用性提供加密經濟保障。與 Optimistic rollup（如果數據移到鏈下，惡意營運商將能夠竊取匯 rollup 上的任何資金）不同的是，邪惡的 Guardian 只能凍結 zkPorter 狀態，而 zkPorter 狀態反過來會凍結他們自己的資金。此外，購買所有未質押的 zkSync Token 來完成這樣的攻擊將花費大量的資金，並在這個過程中產生巨大的滑點。

zkSync 在 ZKR 和 zkPorter 方面採取的雙帳戶方法將為用戶提供一個全面的目的地來進行他們的活動，同時保留高度的安全保證。ZKR 和 zkPorter 兩邊的智能合約和帳戶將完全可以相互組合。例如，Aave 可以在 ZKR 上啟動他們的合約代碼，以獲得最大的安全性，但用戶仍然可以通過他們在 zkPorter 端的帳戶與合約進行互動，以實現更低的費用和更高的吞吐量。zkPorter 的最終設計仍在進行中，因此所以計劃可能會有變化。

Layer 3

雖然沒有太多的資訊可以公開，但 Matter Labs 最近宣布其目標是在 2023 年第第一季推出由其 zkEVM 驅動的 L3。被稱為 "Opportunity" 的 ZKR L3 可能是有史以來第一個在測試網上推出的 L3，其願景是擁有無數個完全可定製的 "超級鏈（HyperChain）"，它們都通過原生橋接相互連接，從而將安全互操作性的想法變為現實。這一 L3 將是高度實驗性的，但也會是新的區塊鏈擴展架構研究和發展的合理的下一步。

構建 L3 驗證器的第三方將能夠選擇他們公開的數據，從而為用戶實現隱私。這些團隊也將被授權推出他們自己的 Token ，以捕捉他們正在建設的東西的上升空間。此外，這些 Token 也可以在去中心化其證明過程、排序器或數據可用性解決方案中發揮關鍵作用。在可定製性方面，可以在 Cosmos 的特定應用鏈和 zkSync 的 L3 之間進行比較，關鍵的區別在於以太坊的安全性支撐着後者，以及鏈間完全可互操作的資產，不需要像 IBC 這樣的通用消息傳輸協議。

ZkSync 希望其在不犧牲性能的情況下降低參與證明過程的硬體要求的突破將使他們成為行業標準。這將使他們的 ZKR、zkPorter 和所有其他 zkSync L3 處於同一電路上，並消除反覆被利用的橋接攻擊載體。雖然這個願景是雄心勃勃的，但它將在交易成本和速度、開發者和用戶體驗、互操作性和安全性方面有 10-100 倍的改進。而剩下的問題主要有兩個：一個是在字節碼層面上不等同於 EVM 的 L2 能否成為行業標準，另一個是爭奪用戶心智市佔率的 L2 和 L1 團隊能否放下分歧，將區塊鏈擴展到大眾？

最後的思考

ZkSync 長期以來一直是零知識密碼學的先驅，且在擴展以太坊的道路上持續開拓。他們在 10 月底之前計劃在主網上推出的第一個 zkEVM 將為他們提供一個重要的先發優勢，並允許他們建立強大的網路效應。其在 zkPorter 和 ZKR 兩端使用可互操作性帳戶的方法是一種獨特的策略，對開發人員和終端用戶來說，都很有利。此外，Matter Labs 創建標準驗證器供所有鏈採用的願景也非常有雄心，但只有他們真的開發出了迄今為止最先進的驗證器，他們的願景才是富有成效的。這將為一個具有合理主權水平、高性能和安全的互操作性的 L3 生態系統的蓬勃發展打開大門。與他們的戰略相關的主要風險是他們為其 zkEVM 選擇的底層架構：在高級智能合約代碼層面的 Ethereum 兼容 ZKR，而不是在字節層面的 EVM 等效，或者通過創建一個新的編程語言，完全擺脫 EVM 的兼容性。一些團隊正在研究上述三種策略，而只有時間才能證明在擴大以太坊規模的層面上誰下了正確的賭注。

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