草根团队的扩容之路

作者:echo_z

随着 Optimism 发币、Arbitrum 开启 Odyssey 羊毛大战,2022 年下半年注定是 L2 百花齐放的阶段。此前,链茶馆已撰文详述过 L2 的背景ZK 系的 StarkWare 专项介绍,而作为 ZK 系的另一个代表项目,ZKSync 也值得关注。本文将在与 StarkWare 对比的框架下,深度解析 ZKSync 的产品架构及运营生态。

本文目录

1. 产品体系

  • 证明系统:SNARK vs STARK
  • 数据可用性模式:颗粒度不同的混合模式 Volition
  • 开发语言:原生语言 Cairo vs Solidity 优先策略
  • 整体架构:均以 Sequencer 和 Prover 为核心
  • 小结

2. 运营生态

3. 团队及融资

4. 优势与挑战

5. 附录

产品体系

ZKSync 的产品早已有之,但在 1.0 阶段,仅仅支持支付等简单功能;到 2.0 产品实现了 EVM 兼容,开始发挥其真正实力。

ZKSync2.0 在去年 6 月上线测试网,但没有向开发者开放;去年 10 月上线第一款 zkEVM 产品 UniSync,也就是 Uniswap 在 ZKSync 的版本;直到今年 2 月,终于向开发者开放了 ZKSync2.0 开发工具,开始部署生态。目前 ZKSync 主网产品仍然在 1.0 阶段。本文将重点围绕 2.0 进行介绍。

1.1 证明系统:SNARK vs STARK

ZKSync 与 StarkWare 在最底层所选择的证明系统不同,ZKSync 选择的是较为成熟的 SNARK 技术,而 StarkWare 则是自研的 STARK 系统。底层技术的差异,也使得二者的性能潜力、产品路线图迥然。

业界对于这两种证明系统的共识是:在计算量较大的情况下,STARK 的可扩展性和速度会明显胜过 SNARK,而且 STARK 更安全[1]。

在可扩展性和速度方面,STARK 能够生成包含更多计算结果的证明。虽然 STARK 所需要的字节数更多、验证也需要更长的时间,但是更大的证明本身能够使得每笔交易所分摊的 gas 更低。

在安全性方面,SNARK 必须要有受信的初始化(Trusted Setup),有一定的信任前提,而 STARK 则不需要这个前提。

1.2 数据可用性模式:颗粒度不同的混合模式 Volition

数据可用性(Data Availability),简单解释其含义为,除了交易更新完的最终状态数据之外、用于复原交易历史的其他相关信息,是否能被获取。如果这些必要数据都放在链上,就是 Rollup 模式,安全级别更高、同时也因为消耗了更多链上存储空间而更昂贵;如果放在链下就是 Validium 模式。数据可用性模式的选择,本质上是安全性和效率之间的取舍。

在这一点上,StarkWare 和 ZKSync 都采取了「Volition」模式,即 Rollup 和 Validium 的混合,用户可以自主选择用哪种方式来存储数据。

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来源:https://medium.com/starkware/volition-and-the-emerging-data-availability-spectrum-87e8bfa09bb

Volition 的设想最早由 StarkWare 提出,上图出自其 2020 年发布的博客。不过到目前为止,StarkWare 和 ZKSync 都还没有将 Volition 落地。但是在 ZKSync 的路线图中,似乎对这一功能设计更为重视,专门命名为 ZKPorter,并且将 ZKPoter 和 zkEVM 并列为两大架构上的突破 [2]。

值得注意的是,StarkWare 和 ZKSync 对于用户可选择的「颗粒度」设定是不同的。StarkWare 选择的颗粒度更细,实现难度也更大。

StarkWare 的设想中,用户将会以 「每笔交易」为单位,自主选择数据可用性模式。但这样可能会带来一个问题:当用户的同一个账户,同时选择这两种模式时,如果安全级别更低的 Validium 交易出现了问题,那在这笔交易之后出现的 Rollup 交易是否也会受到影响?按照 StarkWare 的早期设想,为了防止数据不可用性的攻击,设计了最小回滚机制,即如果检测到有数据不可用,就会将交易历史回滚至上一个数据可用的区块状态。在最坏的情况下,最小回滚机制可能会要求所有数据都发布在链上,其实又回到了 Rollup 模式 [3]。相关细节还未公布,但可以想见难题不少。

而在 ZKSync 的设计中,用户将以 「账户」为单位,选择数据可用性模式。也就是说,Rollup 账户的交易都将以 Rollupo 模式进行,ZKPoter 账户的冗余数据则都会放在链下。如此一来,两种模式下的交易其实是隔离的,各有各的交易历史,不会相互影响。不过,ZKSync 也会允许 zkRollup 和 ZKPoter 的账户之间进行互操作,猜测这样的交易会同时记录在 zkRollup 和 zkPorter 中,保证安全性。

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来源:https://blog.matter-labs.io/zkporter-a-breakthrough-in-l2-scaling-ed5e48842fbf

1.3 开发语言:原生语言 Cairo vs Solidity 优先策略

StarkWare 在很长一段时间内都以原生语言 Cairo 作为唯一的开发语言。Cairo 也是 StarkWare 团队自研的语言,能够很好地适配 STARK 证明系统,但由于要求开发者学习新的语言,造成了进入门槛高的问题。

在兼容 EVM 方面,StarkWare 的解决方案是由第三方团队 Nethermind 开发 Solidity 到 Cairo 的编译器 Warp。Warp1.0 版本由于生成的 Cairo 文件过大,普及率并不高,但 Warp2.0 版本借助了 Yul(一种 Solidity 的中间代码),大幅提升了效率 [4]。就在本月,Warp2.0 开始进入审计,即将投入使用。

ZKSync 则在更早以前就采取了 Solidity 优先的策略,ZKSync2.0 上线时就允许开发者用 Solidity 编写合约。其实现方式如下图所示:以 LLVM 作为编译器后台,通过 Yul 将 Solidity 编译到 LLVM,再编译到 zkEVM。这样做的好处在于,未来其他语言也可通过类似的方式(即先编译到 LLVM)来实现兼容。ZKSync 目前的开发和维护集中在 Solidity 语言上,未来将开发自研的语言 Zinc、开放 Rust 等语言的兼容。

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来源:https://blog.matter-labs.io/zksync-2-0-hello-ethereum-ca48588de179

ZKSync 的策略对开发者来说无疑降低了进入门槛,通过 EVM 兼容来快速吸引生态项目、沉淀 TVL 是其核心目标。但是鉴于 StarkWare 的编译器 Warp2.0 即将上线,预期同样能够吸引 Solidity 开发者(但不确定功能上有多少差异),ZKSync 的发展很有可能会受到影响。

1.4 整体架构:均以 Sequencer 和 Prover 为核心

整条网络的核心架构,将会决定网络以怎样的方式来实现去中心化。整体上,二者都将以 Sequencer 和 Prover 作为架构的核心。Sequencer 的核心作用包括:挑选有效交易并执行计算,而 Prover 则将为计算结果生成证明。

StarkWare 还未明确 Sequencer 和 Prover 的角色会分开还是合并,而 ZKSync 则已经将 Sequencer 的角色称为「全节点」,推测和 Prover 将会是独立的实体 [5]。此外,ZKSync 的架构中还增加了交互器(Interactor)以辅助 L2 和 L1 的交互、计算手续费等,以及偏执监视器(Paranoid Monitor)来做健康监控。

如何实现去中心化,从长远来看非常重要,但这一课题对于发展较为初期的 ZK Rollups 来说,还是下一步的问题,目前 StarkWare 和 ZKSync 都还没有非常明确的答案。

1.5 小结

本节从证明系统、数据可用性模式、开发语言和整体架构对比了 StarkWare 和 ZKSync。除了整体架构方面,二者的核心角色类似、细节尚不明确外,其他方面都有不小的差异。

在证明系统方面,StarkWare 采取的 STARK 比 ZKSync 采取的 SNARK 具有更强的可扩展性和安全性;在数据可用性模式方面,二者都提供了用户可自主选择的 Volition,但 ZKSync 将以账户为单位,而 StarkWare 以每笔交易为单位,ZKSync 的颗粒度更粗、路径也更简单;在开发语言方面,StarkWare 优先开发了原生语言 Cairo,随后通过第三方公司开发的编译器实现 EVM 兼容,而 ZKSync 则在最开始就采取了 Solidity 优先的策略,对开发者门槛更低,但现在依然面临 StarkWare 的强力竞争。

总体而言,ZKSync 的路线更「亲民」,产品也更类似苹果的组装模式,核心技术如 SNARK、LLVM 等均来自业界或学界的已有成果;相对来看,StarkWare 则更硬核,不论在技术还是产品层面,都选择了更难的原创路线。

运营生态

ZKSync 的生态项目集中在 Defi 和基础设施方面。

在 ZKSync 的官网,可以看到正在迁移到 ZKSync2.0 的成熟项目(部分如下图),Defi 类包括 1inch、FRAX、Zigzag 等;基础设施类包括 Gnosis Safe、Snapshot 等、跨链桥如 Orbit、中心化交易所如 Banxa。

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来源:https://ecosystem.zksync.io/

在其 notion 页面则罗列了即将或已经部署在 ZKSync2.0 的新兴项目。其中,Trustless Currency Protocol 是一个类似 Maker 的抵押借贷项目,SyncSwap 是一个类似 Uniswap 的代币兑换 DEX。Mint Square 是一个基于 ZK Rollups 建立的 NFT 市场,也在 StarkNet 测试网上进行了部署,tofuNFT 则是一个多链 NFT 市场,在 BNB、ETH、Arb 等多条链上均已部署。

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来源:https://matterlabs.notion.site/zkSync-2-0-Testnet-Applications-e38328bccda7472793024a25e26a1cac

整体而言,ZKSync2.0 的生态主要来源于成熟 Defi 及基础设施项目的迁移、多链 NFT 市场的部署,除此之外似乎还没有令人眼前一亮的项目。对比来看,StarkNet 测试网上有诸多游戏项目、以及 StarkNet 原生的 Defi 项目,从品类上比 ZKSync 要更丰富且独立。

团队及融资

Matter Labs 联创及 CEO Alex Gluchowski 来自德国,2011 年毕业于柏林工业大学(Technische Universität Berlin),获得硕士学位。其后,曾在多家公司担任研发/CTO 等职位。2013 年开始创业,联合创办过健身平台 Somuchmore GmbH(2013.12~2015.9)、野营车租赁平台 PaulCamper(2015.10~2017.8)。2017 年 9 月,进入香港的 Entropy Labs 担任研发,从此开始进入区块链行业。2018 年年末,联合创办 Matter Labs。

另一位联创 Alexandr Vlasov 的经历相对简单,2006~2012 年就读于莫斯科国立大学,专业为核与粒子物理学,2013~2018 年就读于加拿大的麦吉尔大学,获得电子工程博士学位,随后就加入了 Matter Labs 主管研发。

截止目前 Matter Labs 总融资额度 5,800 万美元,其中 5,000 万美元均来自 2021 年 11 月的 B 轮融资,由 a16z 领投。a16z 也投资了 Optimism,同时押注 OP 系和 ZK 系。

对比来看,StarkWare 曾有过 ZCash 的加密行业成功经验、团队以教授领头,且已经获得~2.8 亿美元融资,ZKSync 的团队和融资相对草根。

优势及挑战

ZKSync 的风格有些类似苹果,善于将成熟技术组装成用户可用的新产品,以 Solidity 为优先的策略也对开发者非常友好。对于 ZKSync 来说,现有的 zkEVM 能否迅速吸引 L1 上的已有成熟应用、将 TVL 做高,会是一个关键。这或许也是 ZKSync 希望在 L2 之争中占有一席之地的捷径之路。

然而在这一方面,ZKSync 面临多方面竞争:OP 系的 Optimism 已经发币,能够通过代币激励来吸引用户,而 Arbitrum 近日也已经开启 Odyssey 活动,通过营销活动来吸引用户和资金;一直以来基于原生语言 Cairo、生态较为独立的 StarkWare,也即将上线升级版的 Solidity 编译器,降低了开发者进入门槛。在这一场 L2 之争中,ZKSync 的速度将至关重要。

附录

[1]zkSNARKs vs. zkSTARKs: 

https://www.numio.one/zksnarks-vs-zkstarks/

[2]zkSync 2.0: Hello Ethereum: 

https://blog.matter-labs.io/zksync-2-0-hello-ethereum-ca48588de179

[3]MVR – Minimally Viable Rollback: 

https://ethresear.ch/t/mvr-minimally-viable-rollback/7538

[4]https://twitter.com/odin_free/status/1505127342431252482

[5]zkSync 2.0: Hello Ethereum: 

https://blog.matter-labs.io/zksync-2-0-hello-ethereum-ca48588de179

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