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Optimisticrollups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20,000TPS，且比Optimisticrollups更加安全。更重要的是，它将在6个月之后与zkSync2.0一起上线主网。

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%！)

数据：已有超800万枚NFT在zkSync网络上发行:金色财经报道，数据显示，截止今日，zkSync上已发行超过800 万个NFT，已部署超过44,000 个 NFT集合。根据 NFTScan 数据，平均每天产生8 万笔NFT 交易。[2023/8/14 21:22:40]

?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，optimisticrollups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

在zkSync2.0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。

数据：zkSync跨链桥TVL突破100万枚ETH，约合19.4亿美元:7月15日消息，据Dune数据显示，以太坊Layer2扩容解决方案zkSync跨链桥TVL已突破100万枚ETH，现为1,001,896枚ETH（约合19.4亿美元），跨链桥地址总量为1,780,975个。其他以太坊Layer2扩容解决方案TVL方面，当前Arbitrum跨链桥TVL为2,654,917枚ETH、Optimism为558,882枚ETH、StarkNet为113,434枚ETH。[2023/7/16 10:57:33]

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。

ZKSwap支持Layer2的LP Token提现到Layer1，开启Layer2网络可组合性的一小步:据官方消息，ZKSwap 支持Layer2的LP Token提现到Layer1，开启了 Layer2网络的可组合性的一小步。这样即使资金在Layer2 网络，通过LP Token的桥接，本质上依然可以享受以太坊DeFi生态中的可组合性。目前，Layer2最大的问题就是可组合性，ZKSwap为了解决这个问题迈出了一小步，ZKSwap已经支持Layer2中的流动性池子中锁定的资金凭证（LP Token）, 提现到Layer1了。这样即使大家在Layer2提供流动性并且锁定资金，也可以依然把相关凭证在以太坊网络中完成借贷等操作。[2021/1/31 18:32:47]

zkPortervsoptimisticrollups

得益于零知识证明这一密码学，这一切才有可能实现。Optimisticrollups按照zkPorter的方式实现如此大规模的扩容。如果Optimisticrollup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Optimisticrollups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Optimisticrollup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。

波卡二层扩容协议Plasm开始研究ZK-Rollups 并计划于Q4公布相关信息:10月13日，波卡二层扩容协议Plasm发推公布项目周报。周报显示，Plasm Network计划将实现Rollup解决方案，并已开始着手研究ZK-Rollups。官方表示，这方面的信息应该将在2020年第四季度公布。此外，周报还提到，Plasm已集成以太坊虚拟机EVM并升级至Substrate 2.0。[2020/10/13]

2)攻击收益

如果optimisticrollup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。MatterLabs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zkSync2.0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zkSync1.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。

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目前我们正招聘的热门岗位(完整清单查看网页版)：

蓝狐：Uniswap V3可能涉及ZK-Rollup的扩展方案等:蓝狐笔记创办人蓝狐今天发言表示：Uniswap的V3可能涉及到的，大家可以了解下

1.限价订单模式；

2.ZK-Rollup的扩展方案；

3.集成ZK-SNARk以及防止抢先交易；

4.UNI代币持有人的费用分配。[2020/9/24]

?高级软件工程师(Rust、Solidity)

?公关主管(负责讲故事的)

特此感谢HaseebQureshi的校对和建议！

Vitalik：

>zkPorter有着比Optimisticrollups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，optimisticrollups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optimisticrollup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Optimisticrollup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，optimisticrollups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4000TPS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optimisticrollups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optimisticrollups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zkRollupzkPorter上线，就不再需要optimisticrollups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optimisticrollups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。

蛮力攻击

>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。

针对性攻击

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！

攻击动机

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ETH2.0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/

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来源|MatterLabs

译者注：本文分为两部分，上半部分为MatterLabs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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