Hoo虎符研究院 ｜ Mir Protocol 調研報告_LYG:POLY

撰文：HooResearch

摘要：Polygon和MirProtocol于11月26日達成交易，以4億美元的價格收購這家ZK-rollups初創公司。Polygon專注于將零知識(ZK)密碼學作為區塊鏈擴展的最終游戲，先是HermezNetwork的合并以及zkEVM的發布，隨后又是PolygonMiden和PolygonNightfall。而此次Mir將主要是基于其零知識證明技術構建一個新項目——PolygonZero。Polygon和MirProtocol一起在以太坊Layer2擴容解決方案上可以碰撞出怎么樣的火花，目前還不得而知。ZK-rollups在目前是較為主要的擴容解決方案之一，而Polygon斥巨資收購的項目中，MirProtocol的資金占比是較大的而且在零知識證明上有新的創新，所以我們可以先談談這個Polygon最新收購的MirProtocol。

什么是MirProtocol

Mir是一家零知識證明技術的以太坊擴容初創公司。ZK-proof是一種加密工具，可以用于創建ZK-rollups。ZK-rollups又可以處理交易，而且不需要將所有交易數據都發布到以太坊上，以此來減少以太坊上的使用區塊，進而提高擴展性和降低gas費用。

Mir支持現有的去中心化應用程序，同時還為驗證者提供隱私和減少相對于以太坊主網1000倍的狀態大小。Mir水平擴展，在不犧牲安全性、可組合性和去中心化的前提下，增加了加入網絡的每個節點的吞吐量。

據相關報道稱，Mir的系統生成遞歸零知識證明，允許通過一個小證明來驗證以太坊交易。Polygon也認為Mir擁有最快的ZK-proof技術，這意味著Mir可以更快地生成證明并在一個證明中驗證更多交易。本報告也認為探究Mir協議的重點正是以上這些，Mir如何進行交易證明？如何降低工作量的同時保證驗證的有效性？遞歸零知識證明實現了什么？如何實現以太坊Layer2的可擴展性？

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減少狀態大小

Mir減少了狀態大小，即驗證所需的狀態量。在以太坊等傳統區塊鏈中，驗證交易需要訪問和交易交互的每個賬戶的狀態，因此節點需要存儲所有活動賬戶的狀態，而又隨著賬戶的增多，訪問和存儲將會變得非常昂貴。所以，Mir將賬戶數據移到鏈下，個人擁有的帳戶可以簡單地存儲在該個人的設備上。共享帳戶存儲在IPFS或其他存儲層上，即不再需要存儲任何賬戶數據，也不需要知道數據的存儲位置，Mir僅是提供了一種默克爾樹的方法來有效地驗證賬戶狀態的聲明。狀態大小的大大減少是依靠將賬戶數據移到鏈下，并依靠有效的驗證方式，從而形成無狀態區塊鏈。

Mir減少狀態大小并有效驗證的方法可以適用于以太坊等其他區塊鏈。賬戶持有人可以證明其賬戶數據，以及證明賬戶數據包含在鏈上。但是，如果需要檢查賬戶數據，這會產生增加交易規模的不良副作用。而Mir使用的是零知識證明來證明每筆交易的有效性，因此驗證者無需檢查任何賬戶數據。

所以，Mir大大減少了驗證所需的狀態量，降低了成本的同時保證了驗證的有效性。

遞歸零知識證明

Mir上的每筆交易都通過零知識證明進行驗證。這些證明可以遞歸組合，因此驗證者可以使用單個證明驗證一組交易。

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Mir創建了CommitmentLog和LivenessMask，Mir的驗證過程為：

?驗證記錄地址在LivenessMask中是活動的；?檢查上一個塊根是包含在CommitmentLog中的；?完成交易驗證，即生成驗證結果。

Graph:MirProtocol

這樣的驗證有個問題，就是驗證零知識證明也是比較昂貴的，如果驗證者需要為每筆交易驗證一個證明，Mir的吞吐量將顯著低于現有鏈的吞吐量。所以Mir開發了一種可以遞歸組合的零知識證明，使單個證明可以提供密碼學的保證并證明一組交易證明的有效性，即驗證者的“一個證明”可以驗證“一組交易”，然后向網絡其余部分證明這“一組交易”是有效的，從而允許Mir使用可用的計算進行擴展以生成遞歸證明。

在區塊中，每筆交易都生成一個交易證明，為驗證一個區塊中的所有證明，將證明結果聚合在一個二叉樹結構中。在樹的下一個layer，每一個證明通過計算每個證明的公共輸入并提取塊根集、消耗和訪問的記錄地址以及對每個交易中創建的記錄的承諾，遞歸地驗證兩個交易證明。再下一個layer，每一個證明也是一樣的驗證方式，并以此類推，形成遞歸證明的方式。并且以此來提高Mir的吞吐量。

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Graph:MirProtocol

同時，使用遞歸證明的方式驗證Mir的兩大重要驗證部件CommitmentLog和LivenessMask的更新。

使用遞歸證明來驗證交易提供了兩個好處：

1.消除了驗證者在加入網絡時驗證歷史交易的需要。現有鏈限制吞吐量以允許新驗證者趕上鏈的最新狀態，而Mir的新驗證者只需要簡單下載CommitmentLog頂層的節點，LivenessMask，并驗證即可，無需限制吞吐量；2.提高了吞吐量。消除了每個節點必須驗證每筆交易的要求，并允許每個節點驗證交易的子集。

但第二個好處實現的方法是有問題的，就是節點現在需要向網絡證明其經過驗證的交易集是有效的。“提供驗證的交易集有效”的解決方法是——分片，但現有的博弈論分片設計需要更強大的加密經濟假設、機制復雜性、欺詐證明和挑戰期。Mir提供了解決方法，驗證者可以驗證交易的子集并生成遞歸證明，表明該集合中的每個交易都是有效的，避免了驗證的復雜性。

Graph:MirProtocol

綜上所述，遞歸證明消除了新驗證者加入網絡時驗證歷史交易的需要，提高了網絡吞吐量，分片技術避免了傳統博弈論分片技術的復雜性，所以遞歸零知識證明實現了更具可擴展性的分片區塊鏈。

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可擴展性的實現

Mir使用零知識證明以兩種方式實現可擴展性：1.簡化交易等事務的執行，將應用層從驗證者中抽離出來，吞吐量不受帶寬，存儲或計算機成本等限制，驗證者的當前狀態相比以太坊縮小1000倍，顯著減少交易大小，并使交易執行成本大大減低；2.遞歸證明允許Mir上交易的復雜部分僅由單個驗證者驗證。吞吐量可以隨著加入網絡的每個新節點而擴展，增加的交易量激勵更多節點加入網絡，增加的吞吐量允許應用程序進一步擴展。

首先，Mir將應用層從驗證者中抽離出來，簡化交易執行，優化開發者使用體驗。

現有鏈中，開發人員構建在虛擬機上作為字節碼運行的應用程序，驗證者通過運行與虛擬機中的應用程序相關聯的字節碼來執行交易等事務。此模型下，訪問和更新應用程序后，驗證者必須直接重新執行復雜的計算，這限制了應用程序的復雜性并增加了成本。

Graph:MirProtocol

在Mir上，所有應用程序邏輯都在鏈下執行。對于驗證者，沒有令牌、應用程序邏輯或狀態存儲的概念，甚至沒有標準化的簽名方案。交易只是創建和使用通用記錄是Mir上的基本狀態單元，是對應用程序狀態和邏輯的承諾。它可以被認為是以太坊賬戶狀態的快照。）并通過證明進行驗證。

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Graph:MirProtocol

開發者可以使用任何編程語言或虛擬機來執行鏈下計算，而無需擔心gas。

其次，遞歸證明優化驗證成本和吞吐量擴展。

Mir使用遞歸證明來并行化交易證明驗證。驗證交易的昂貴部分僅由生成遞歸證明的單個節點執行。每個驗證者必須執行的更新CommitmentLog和LivenessMask非常便宜，因此吞吐量不受計算成本的限制。

Graph:MirProtocol

Mir官方數據顯示，節點的處理交易只需要下載大約10字節的數據，因此，Mir上的吞吐量不受帶寬、存儲或計算機成本等限制。另外，Mir上生成遞歸證明的聚合計算成本低廉，Mir也在使遞歸證明的生成更加高效，所以增加的費用量會吸引更多的算力，從而允許應用程序擴展和增加交易量。

Mir的融資和團隊

根據Crunchbase數據顯示，Mir歷史上有兩次融資事件：

Graph:Crunchbase

除了近期Polygon的收購，Mir早在2019年獲得$2m的種子輪融資，具體投資人和人數均未披露。而Mir正是在2019年由BrendanFarmer和DanielLubarov等8人創建的。Polygon的聯合創始人MihailoBjelic表示BrendanFarmer和DanielLubarov等8人現已全部加入Polygon團隊。

Graph:MirProtocol

ZK-rollups的市場表現

Polygon是目前市場上將零知識密碼學作為區塊鏈擴容最終答案的機構之一。Polygon曾在今年8月份承諾投資10億美元用于與ZK-rollups相關的工作。目前Polygon已經邁出了幾大步了：

?HermezNetwork——更名PolygonHermez，一個開源的ZK-Rollup，針對以太坊的安全、低成本和可用的令牌傳輸進行了優化。?ZkEVM——一個對ZK友好的以太坊兼容設施。?PolygonMiden——一個基于STARK的，與以太坊兼容的rollup。?PolygonNightfall——一個與EY合作建立的以隱私為重點的rollup。?MirProtocol——更名PolygonZero，以遞歸零知識證明實現低成本和可擴容的分片區塊鏈。

ZK-rollups作為區塊鏈擴容的解決方案之一，是否真的是擴容的最終答案？

目前市場上除了ZK-rollups，Optimistic-rollups，Plasma，Validium和Statechannels也都分別占據著一定的市場份額。

Graph:TheBlock

據TheBlock數據顯示，ZK-rollups整體市場份額證明其是目前市場上的主要二層擴容解決方案之一，ZK-rollups，Optimistic-rollups和Plasma三者近期的TVL都在$1.5B-$2.5B之間，其中Optimistic-rollups的市場份額可能稍多于其他二者。

而在ZK-rollups眾多項目中，目前DYDX和Loopring從市場反饋來看屬于其中的龍頭項目。

據TheBlock數據顯示，DYDX近期有接近$1B的TVL，Loopring的TVL在$500m-$1B之間，二者幾乎貢獻了ZK-rollups市場的大多數市值。而8月份Polygon收購的PolygonHermez的TVL在$800k-$900k之間，成立時間較短，市場份額較少。

綜上所述，ZK-rollups已經是目前市場上主要的二層擴容解決方案之一，暫無法確定其是否為最終答案。Polygon在ZK-rollups眾多項目中，目前占據較少的份額，還在比較初期的階段。Polygon收購MirProtocol改組的新項目PolygonZero，有希望為Polygon甚至ZK-rollups和整個二層市場帶來一些革新。

總結

Mir使用無狀態區塊鏈的方式，大大降低了驗證所需的狀態量，降低成本的同時保證驗證的有效性；遞歸證明消除了新驗證者加入網絡時驗證歷史交易的需要，提高了網絡吞吐量，分片技術避免了傳統博弈論分片技術的復雜性，從而實現了更具可擴展性的分片區塊鏈。

Mir的可擴展性具體表現在了兩方面，一是簡化交易等事務的執行，將應用層從驗證者中抽離出來，吞吐量不受帶寬，存儲或計算機成本等限制；二是用遞歸證明驗證Mir上交易的復雜部分，復雜部分僅有單個節點驗證，吞吐量便可以隨著加入網絡的每個新節點而擴展，增加的交易量激勵更多節點加入網絡，增加的吞吐量允許應用程序進一步擴展。

在市場上，ZK-rollups明顯是主要的二層擴展解決方案，雖然收購Mir的Polygon還僅僅是在市場上嶄露頭角，Mir之后整合的新項目PolygonZero是否能協助Polygon甚至ZK-rollups完成二層擴容的最終答案，還是令人期待的。

局限性

MirProtocol被Polygon收購后會形成一個怎樣的PolygonZero，完成怎么的Layer2擴容技術革新，還沒有人知道。所以本報告主要希望調研并探討的是，原先Mir已經實現了哪些擴容技術和區塊鏈性能上的優化，并不希望評判項目優劣和潛在問題，也并沒有非常全面和深入的考究Mir的各方各面。

Mir本身的各項技術也都在不斷的改良和發展中，將來的PolygonZero或許才是MirProtocol最終落地的樣式，又或者將來Polygon的一系列布局將會為市場帶來一個怎樣的ZK-rollups，都并非是本報告可以預測的。

來源：金色財經

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