簡析Layer2系統的安全性和效率取舍_GAS:KSW

前言：

感謝MatterLabs提出關于部分L1數據鏈上可用性的問題，我們一直以來都非常重視社區的聲音，并會根據社區的需求修改方案。因此，我們想借著這次機會向大家分享ZKSwap開發團隊辛勤工作所交付的產品背后的一些思考。

經過非常謹慎細致的思考之后，為了TPS和Gasfee的效率，我們決定將ZKSwap的L2轉賬放在鏈下。在ZKSwap的設計中，L1相關的數據在鏈上，L2相關的數據，比如轉賬和交易，存在鏈下。盡管存在鏈下，這部分數據也會被驗證者實時公布。

例如，L2區塊7831：https://api.zkswap.info/block/7831/pub-data

三種轉賬類型

ZK-Rollup協議中，一個區塊可以包括三種類型的轉賬：

鏈游發行商Fenix Games與Polygon達成合作以支持旗下Web3游戲組合:3月25日消息，鏈游發行商Fenix Games宣布選擇Polygon區塊鏈支持其Web3游戲組合，并計劃在Polygon上推出一批區塊鏈游戲。Fenix Games首席商務官Rudy Koch稱本次合作將幫助開發人員更智能、快速地部署游戲區塊鏈。

此前消息，Fenix Games于去年11月完成由Phoenix Group和迪拜風險投資機構Cypher Capital參投的1.5億美元融資，并計劃收購、投資和發行區塊鏈游戲。（PR Newswire）[2023/3/25 13:26:11]

類型1：來自L1的存款和創建AMM交易對的轉賬；

類型2：L2發起且只能被L1驗證的轉賬。比如，公鑰轉賬將需要L1簽名來確保L1賬戶的密鑰所有者能將他們的賬戶與L2賬戶關聯起來，因為電路不能檢查確認L1的簽名；

意大利立法者批準對加密貨幣征收26%的資本利得稅:金色財經報道，加密貨幣交易者將從2023年開始繳納意大利26%的資本利得稅。意大利總理Giorgia Meloni的2023年擴張性預算在年底前敲定，其中包括210億歐元（223億美元）的稅收減免，以幫助企業和家庭應對持續的能源危機。這份387頁的預算通過將加密資產定義為“一種價值或權利的數字表示形式，可以使用分布式賬本技術或類似技術以電子方式傳輸和存儲，從而使加密資產合法化”。法案規定，如果每個納稅期交易加密資產超過2000歐元，則26%的稅率適用于加密交易的收益。新法案還為投資者設定了截至2023年1月1日持有資產價值的14%（而不是購買成本或價值）的“替代所得稅”。[2022/12/31 22:17:31]

類型3：由L2簽名驗證而無法被L1驗證的轉賬。

ETH合并可能會影響基于穩定幣與DeFi應用:金色財經報道，在 8月27日題為“DeFi 的穩定幣之戰”的報告中，DappRadar強調以太坊即將合并是加密行業中最受期待的事件之一，但DappRadar與其他利益相關者對此表示擔憂，因為它可能在升級過程中對ETH區塊鏈網絡上的幾個去中心化應用程序產生不利影響或不穩定。

灰度也在推特上表示，ETH 合并可能會影響以太坊區塊鏈上的原生代幣。灰度數據顯示，像USDT穩定幣占以太坊總市值的28%。此外，根據加密市場數據提供商 Coinmetrics的數據，各種基于以太坊的DeFi智能合約的鎖定價值約為 400 億美元。?[2022/8/30 12:56:39]

ZKSwap安全模型

一個區塊內記錄的L2轉賬在L1上只有部分記錄。只有區塊信息的總結會被記錄在L1鏈上，例如區塊哈希、新默克爾根、區塊高度等等。

數據：持有1枚以上ETH的地址數創歷史新高:7月10日消息，據Glassnode數據，當前持有1枚以上ETH的地址數為1,542,160，創歷史新高。[2022/7/10 2:03:24]

當一個區塊的轉賬被提交到L1上，區塊就被創建出來，區塊哈希會被驗證。由于以太坊內建了sha256算法，所以區塊哈希通常也使用sha256進行計算。

為了保持數據可用性，所有的轉賬數據都應該被提交到L1上，這被稱為“公開數據”。一筆轉賬的公開數據與其在L2上的轉賬并不完全相同。系統在進入“退出模式”時將使用公開數據，這樣任何人都能恢復最近的經過驗證的默克爾樹。

電路

L2的電路與L1的智能合約能夠協同工作，確保ZK-Rollup協議的功能性。L2的電路保證了以下幾點：L2轉賬簽名正確、L1/L2轉賬執行正確、區塊信息計算正確、及時有效地更新賬戶信息——包括默克爾根、賬戶默克爾樹和費用信息等等。

雙驗證模式

驗證模塊對與安全性來說十分重要，是ZK-Rollup協議的基礎。

公開數據驗證——驗證第一類和第二類轉賬的內容和次序。例如，驗證存款需要確保存款數額和信息與L1上記錄的相同，并且順序無誤。

區塊驗證——驗證一個區塊里的轉賬被正確執行，并且L2的賬戶默克爾樹根被及時恰當地通過零知識證明進行更新。當一個區塊被驗證之后，更新的默克爾根就取得了最終性。

總結來說，整體的安全假設如下：

·一個區塊的所有轉賬公開數據在鏈上；

·驗證一個區塊中第一類和第二類轉賬被正確執行；

·證明一個區塊內的所有轉賬被正確執行、賬戶默克爾樹被正確更新、一個區塊內的所有轉賬的公開數據能夠匹配；

·證明該區塊內所有公開數據都被正確計算；

·提交給L1的區塊公開數據與零知識證明系統所證明的數據相同。

公開數據不上鏈時會發生什么？

如果公開數據不在鏈上，安全假設“提交給L1的區塊公開數據與零知識證明系統所證明的數據相同”就不能被驗證。這時候，當L2的零知識證明系統陣營所有轉賬都被正確執行、默克爾樹都被正確更新時，只能說明一個區塊內的轉賬有效，而不能證明來自特定區塊的其他轉賬。

大多數第三類轉賬都是安全的，但是對于提現操作來說，提現的收款人未經驗證，不能被零知識證明系統證明。

對于第一類轉賬來說，所有可能的第一類轉賬都能被證明，但不能被驗證。類如，零知識證明系統能證明一些非L1發起的存款轉賬。

由于只有驗證著能提交公開數據或者區塊證明，所以社區必須信任驗證者是誠實的。當驗證者誠實時，以上所有的風險都不會存在。對ZKSwap來說，所有公開數據都在瀏覽器中同步公布，任何人都可以驗證公開數據和任何鏈上區塊。

將公開數據存在鏈下不是一個草率的決定。這個選擇背后的主要原因是降低Gas費和提高可擴展性。

Gas費用

保持ZK-Rollup協議運行的一個痛點是Gas。為了向L1提交一個區塊，需要消耗以下GasLimit）：

一個區塊中，最多可以包括120筆交易轉賬。

如果要在L1提交驗證一個區塊，需要消耗大約23萬GasLimit，calldata費用約占31%。

可擴展性

可擴展性是另一個考慮因素。假設一筆L2轉賬消耗1850.7Gas，那么ZKSwap將消耗10%的以太坊Gas，整體TPS將在51.5。

這是在只有交易、沒有提現的情況，所以正常使用中將消耗更多Gas，TPS會更低。

結論

保護用戶資金安全對所有區塊鏈項目來說都很重要，也是ZKSwap的核心價值。當轉賬的公開數據沒有提交上鏈時，安全性就依賴于零知識證明電路。當驗證者誠實時，用戶的資產就是安全的。從技術角度來說，如果驗證者不誠實，安全性將會是一個問題。這是降低Gas、提高TPS的一個權衡。

考慮到Gas消耗和可擴展性，ZKSwap做了一個艱難的決定，將公開數據不上鏈，換來對L2用戶更高的TPS和更低的Gas消耗。

我們愿意傾聽開發者和用戶的反饋，讓ZKSwap系統更好。我們也可以在任何時間將所有數據上鏈。事實上，在發布ZKSwap之前，我們已經實現了100%數據可用的版本，所以我們可用隨時升級至這個100%ZK-Rollup的版本，提供更高的Gas消耗、更低的TPS，但是更安全。

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