草根團隊的擴容之路

作者: echo_z

隨著 Optimism 發幣、Arbitrum 開啟 Odyssey 羊毛大戰,2022 年下半年註定是 L2 百花齊放的階段。此前,鏈茶館已撰文詳述過 L2 的背景ZK 系的 StarkWare 專項介紹,而作為 ZK 系的另一個代表項目,ZKSync 也值得關注。本文將在與 StarkWare 對比的框架下,深度解析 ZKSync 的產品架構及運營生態。

本文目錄

1. 產品體系

  • 證明系統:SNARK vs STARK
  • 數據可用性模式:顆粒度不同的混合模式 Volition
  • 開發語言:原生語言 Cairo vs Solidity 優先策略
  • 整體架構:均以 Sequencer 和 Prover 為核心
  • 小結

2. 運營生態

3. 團隊及融資

4. 優勢與挑戰

5. 附錄

產品體系

ZKSync 的產品早已有之,但在 1.0 階段,僅僅支持支付等簡單功能;到 2.0 產品實現了 EVM 兼容,開始發揮其真正實力。

ZKSync2.0 在去年 6 月上線測試網,但沒有向開發者開放;去年 10 月上線第一款 zkEVM 產品 UniSync,也就是 Uniswap 在 ZKSync 的版本;直到今年 2 月,終於向開發者開放了 ZKSync2.0 開發工具,開始部署生態。目前 ZKSync 主網產品仍然在 1.0 階段。本文將重點圍繞 2.0 進行介紹。

1.1 證明系統:SNARK vs STARK

ZKSync 與 StarkWare 在最底層所選擇的證明系統不同,ZKSync 選擇的是較為成熟的 SNARK 技術,而 StarkWare 則是自研的 STARK 系統。底層技術的差異,也使得二者的性能潛力、產品路線圖迥然。

業界對於這兩種證明系統的共識是:在計算量較大的情況下,STARK 的可擴展性和速度會明顯勝過 SNARK,而且 STARK 更安全[1]。

在可擴展性和速度方面,STARK 能夠生成包含更多計算結果的證明。雖然 STARK 所需要的字節數更多、驗證也需要更長的時間,但是更大的證明本身能夠使得每筆交易所分攤的 gas 更低。

在安全性方面,SNARK 必須要有受信的初始化(Trusted Setup),有一定的信任前提,而 STARK 則不需要這個前提。

1.2 數據可用性模式:顆粒度不同的混合模式 Volition

數據可用性(Data Availability),簡單解釋其含義為,除了交易更新完的最終狀態數據之外、用於復原交易歷史的其他相關信息,是否能被獲取。如果這些必要數據都放在鏈上,就是 Rollup 模式,安全級別更高、同時也因為消耗了更多鏈上存儲空間而更昂貴;如果放在鏈下就是 Validium 模式。數據可用性模式的選擇,本質上是安全性和效率之間的取捨。

在這一點上,StarkWare 和 ZKSync 都採取了「Volition」模式,即 Rollup 和 Validium 的混合,用戶可以自主選擇用哪種方式來存儲數據。

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

Volition 的設想最早由 StarkWare 提出,上圖出自其 2020 年發布的博客。不過到目前為止,StarkWare 和 ZKSync 都還沒有將 Volition 落地。但是在 ZKSync 的路線圖中,似乎對這一功能設計更為重視,專門命名為 ZKPorter,並且將 ZKPoter 和 zkEVM 並列為兩大架構上的突破 [2]。

值得注意的是,StarkWare 和 ZKSync 對於用戶可選擇的「顆粒度」設定是不同的。StarkWare 選擇的顆粒度更細,實現難度也更大。

StarkWare 的設想中,用戶將會以 「每筆交易」為單位,自主選擇數據可用性模式。但這樣可能會帶來一個問題:當用戶的同一個賬戶,同時選擇這兩種模式時,如果安全級別更低的 Validium 交易出現了問題,那在這筆交易之後出現的 Rollup 交易是否也會受到影響?按照 StarkWare 的早期設想,為了防止數據不可用性的攻擊,設計了最小回滾機制,即如果檢測到有數據不可用,就會將交易歷史回滾至上一個數據可用的區塊狀態。在最壞的情況下,最小回滾機制可能會要求所有數據都發佈在鏈上,其實又回到了 Rollup 模式 [3]。相關細節還未公佈,但可以想見難題不少。

而在 ZKSync 的設計中,用戶將以 「賬戶」為單位,選擇數據可用性模式。也就是說,Rollup 賬戶的交易都將以 Rollupo 模式進行,ZKPoter 賬戶的冗餘數據則都會放在鏈下。如此一來,兩種模式下的交易其實是隔離的,各有各的交易歷史,不會相互影響。不過,ZKSync 也會允許 zkRollup 和 ZKPoter 的賬戶之間進行互操作,猜測這樣的交易會同時記錄在 zkRollup 和 zkPorter 中,保證安全性。

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

1.3 開發語言:原生語言 Cairo vs Solidity 優先策略

StarkWare 在很長一段時間內都以原生語言 Cairo 作為唯一的開發語言。Cairo 也是 StarkWare 團隊自研的語言,能夠很好地適配 STARK 證明系統,但由於要求開發者學習新的語言,造成了進入門檻高的問題。

在兼容 EVM 方面,StarkWare 的解決方案是由第三方團隊 Nethermind 開發 Solidity 到 Cairo 的編譯器 Warp。Warp1.0 版本由於生成的 Cairo 文件過大,普及率並不高,但 Warp2.0 版本借助了 Yul(一種 Solidity 的中間代碼),大幅提升了效率 [4]。就在本月,Warp2.0 開始進入審計,即將投入使用。

ZKSync 則在更早以前就採取了 Solidity 優先的策略,ZKSync2.0 上線時就允許開發者用 Solidity 編寫合約。其實現方式如下圖所示:以 LLVM 作為編譯器後台,通過 Yul 將 Solidity 編譯到 LLVM,再編譯到 zkEVM。這樣做的好處在於,未來其他語言也可通過類似的方式(即先編譯到 LLVM)來實現兼容。ZKSync 目前的開發和維護集中在 Solidity 語言上,未來將開發自研的語言 Zinc、開放 Rust 等語言的兼容。

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

ZKSync 的策略對開發者來說無疑降低了進入門檻,通過 EVM 兼容來快速吸引生態項目、沉澱 TVL 是其核心目標。但是鑑於 StarkWare 的編譯器 Warp2.0 即將上線,預期同樣能夠吸引 Solidity 開發者(但不確定功能上有多少差異),ZKSync 的發展很有可能會受到影響。

1.4 整體架構:均以 Sequencer 和 Prover 為核心

整條網絡的核心架構,將會決定網絡以怎樣的方式來實現去中心化。整體上,二者都將以 Sequencer 和 Prover 作為架構的核心。Sequencer 的核心作用包括:挑選有效交易並執行計算,而 Prover 則將為計算結果生成證明。

StarkWare 還未明確 Sequencer 和 Prover 的角色會分開還是合併,而 ZKSync 則已經將 Sequencer 的角色稱為「全節點」,推測和 Prover 將會是獨立的實體 [5]。此外,ZKSync 的架構中還增加了交互器(Interactor)以輔助 L2 和 L1 的交互、計算手續費等,以及偏執監視器(Paranoid Monitor)來做健康監控。

如何實現去中心化,從長遠來看非常重要,但這一課題對於發展較為初期的 ZK Rollups 來說,還是下一步的問題,目前 StarkWare 和 ZKSync 都還沒有非常明確的答案。

1.5 小結

本節從證明系統、數據可用性模式、開發語言和整體架構對比了 StarkWare 和 ZKSync。除了整體架構方面,二者的核心角色類似、細節尚不明確外,其他方面都有不小的差異。

在證明系統方面,StarkWare 採取的 STARK 比 ZKSync 採取的 SNARK 具有更強的可擴展性和安全性;在數據可用性模式方面,二者都提供了用戶可自主選擇的 Volition,但 ZKSync 將以賬戶為單位,而 StarkWare 以每筆交易為單位,ZKSync 的顆粒度更粗、路徑也更簡單;在開發語言方面,StarkWare 優先開發了原生語言 Cairo,隨後通過第三方公司開發的編譯器實現 EVM 兼容,而 ZKSync 則在最開始就採取了 Solidity 優先的策略,對開發者門檻更低,但現在依然面臨 StarkWare 的強力競爭。

總體而言,ZKSync 的路線更「親民」,產品也更類似蘋果的組裝模式,核心技術如 SNARK、LLVM 等均來自業界或學界的已有成果;相對來看,StarkWare 則更硬核,不論在技術還是產品層面,都選擇了更難的原創路線。

運營生態

ZKSync 的生態項目集中在 Defi 和基礎設施方面。

在 ZKSync 的官網,可以看到正在遷移到 ZKSync2.0 的成熟項目(部分如下圖),Defi 類包括 1inch、FRAX、Zigzag 等;基礎設施類包括 Gnosis Safe、Snapshot 等、跨鏈橋如 Orbit、中心化交易所如 Banxa。

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來源:https://ecosystem.zksync.io/

在其 notion 頁面則羅列了即將或已經部署在 ZKSync2.0 的新興項目。其中,Trustless Currency Protocol 是一個類似 Maker 的抵押借貸項目,SyncSwap 是一個類似 Uniswap 的代幣兌換 DEX。Mint Square 是一個基於 ZK Rollups 建立的 NFT 市場,也在 StarkNet 測試網上進行了部署,tofuNFT 則是一個多鏈 NFT 市場,在 BNB、ETH、Arb 等多條鏈上均已部署。

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

整體而言,ZKSync2.0 的生態主要來源於成熟 Defi 及基礎設施項目的遷移、多鏈 NFT 市場的部署,除此之外似乎還沒有令人眼前一亮的項目。對比來看,StarkNet 測試網上有諸多遊戲項目、以及 StarkNet 原生的 Defi 項目,從品類上比 ZKSync 要更豐富且獨立。

團隊及融資

Matter Labs 聯創及 CEO Alex Gluchowski 來自德國,2011 年畢業於柏林工業大學(Technische Universität Berlin),獲得碩士學位。其後,曾在多家公司擔任研發/CTO 等職位。2013 年開始創業,聯合創辦過健身平台 Somuchmore GmbH(2013.12~2015.9)、野營車租賃平台 PaulCamper(2015.10~2017.8)。2017 年 9 月,進入香港的 Entropy Labs 擔任研發,從此開始進入區塊鏈行業。2018 年年末,聯合創辦 Matter Labs。

另一位聯創 Alexandr Vlasov 的經歷相對簡單,2006~2012 年就讀於莫斯科國立大學,專業為核與粒子物理學,2013~2018 年就讀於加拿大的麥吉爾大學,獲得電子工程博士學位,隨後就加入了 Matter Labs 主管研發。

截止目前 Matter Labs 總融資額度 5,800 萬美元,其中 5,000 萬美元均來自 2021 年 11 月的 B 輪融資,由 a16z 領投。a16z 也投資了 Optimism,同時押注 OP 系和 ZK 系。

對比來看,StarkWare 曾有過 ZCash 的加密行業成功經驗、團隊以教授領頭,且已經獲得~2.8 億美元融資,ZKSync 的團隊和融資相對草根。

優勢及挑戰

ZKSync 的風格有些類似蘋果,善於將成熟技術組裝成用戶可用的新產品,以 Solidity 為優先的策略也對開發者非常友好。對於 ZKSync 來說,現有的 zkEVM 能否迅速吸引 L1 上的已有成熟應用、將 TVL 做高,會是一個關鍵。這或許也是 ZKSync 希望在 L2 之爭中佔有一席之地的捷徑之路。

然而在這一方面,ZKSync 面臨多方面競爭:OP 系的 Optimism 已經發幣,能夠通過代幣激勵來吸引用戶,而 Arbitrum 近日也已經開啟 Odyssey 活動,通過營銷活動來吸引用戶和資金;一直以來基於原生語言 Cairo、生態較為獨立的 StarkWare,也即將上線升級版的 Solidity 編譯器,降低了開發者進入門檻。在這一場 L2 之爭中,ZKSync 的速度將至關重要。

附錄

[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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