ZeroSwap：基于ZK-Rollup的 DEX_SWAP:ERO

在DeFi領域，DEX是最重要的組成部分。根據Duneanalytics的統計，過去7天的DEX交易量已經超過40億美元。Uniswap當日的交易量也超過3億美元，這些交易量都是記錄在鏈上的真實交易量，不可做假。

在今年年初的時候Uniswap上鎖定的資產量才1500萬美元左右，即便是兩個月前的7月25日也才8000多萬美元，而僅僅兩個多月后，Uniswap鎖定資產量超過20億美元，可見其發展的迅速。

兩個月時間Uniswap的鎖定資產量從不到1億飆升至超過20億美元

雖然DEX發展迅速，但盛況之下并非沒有缺陷。如今的DEX交易量往往由投機交易、挖礦等因素驅動，掩蓋了一些需要重視的問題。這些問題包括高費用、速度慢、低吞吐量、用戶體驗差等。參與過挖礦的用戶都深有體會，在擁堵的高峰期，挖礦gas費用幾十美元，甚至上百美元也是常有的事情。

擁堵時以太坊上的高額gas費用

由于多數AMM模式的DEX執行都是在鏈上完成，每個交易每個操作都需要等待區塊確認，這導致交易速度過慢。對于用戶來說，swap本意是兌換，但這種兌換的體驗不夠理想。

目前大多數的DEX都是基于以太坊，以太坊的TPS大約不到20，對于不斷增長的交易需求來說，這樣級別的吞吐量是明顯不夠的。

目前的DEX用戶還是相對小眾的加密用戶，即便如此，也不堪重負。假設，DEX要跟CEX競爭，要對CEX形成足夠的競爭壓力，它還需要解決上述的基礎設施滯后的問題。

為了解決這些問題，目前有兩個選擇，一是離開以太坊，進入其他公鏈進行構建，正如目前Serum在Solana上構建DEX一樣；二是依然留在以太坊上，利用Layer 2的技術進行擴展，同時等待以太坊的分片。

LayerZero宣布上線zkSync Era主網:4月27日消息，全鏈互操作性協議LayerZero宣布上線zkSync Era主網。[2023/4/27 14:31:23]

在其他公鏈上構建DEX的優勢是，費用、速度、吞吐量等問題都可以得到極大緩解；不足之處在于它從頭開始，需要較長時間構建，因為DeFi上在以太坊上已經有足夠多的樂高技術，且形成了一定程度的網絡效應，同時在網絡安全性上以太坊也更高。

還有第二種方案是依然基于以太坊，但充分利用Layer 2技術，以實現對DEX現有問題的解決。藍狐筆記之前也提到過Layer 2賽道《以太坊的Layer 2賽道》，其中Zk-Rollup在安全性上有它的優勢，同時也可以解決費用、吞吐量等問題，適合于DEX方面的構建。

ZeroSwap是基于Zk-Rollup技術的DEX。ZK-Rollup是一種Layer2的解決方案。ZeroSwap試圖解決上述DEX存在的問題，它的核心在于通過應用Zk-Rollup技術實現低費用、快速的兌換體驗，同時它還具有高級別的安全性。

利用Zk-Rollup技術，將ERC20代幣轉移到Layer 2，所有的代幣交易和兌換發生在layer 2，不過由于它可以通過不斷生成的零知識證明保證layer 1和layer 2狀態的一致性，由此可以無須等待區塊確認時間，無須繳納高額gas費用，實現更快速度的兌換，同時還擁有layer 1級別的安全性，這是接近于CEX的代幣兌換體驗。

具體來說，ZeroSwap利用了zkSync的Zk-Rollup技術。zkSync是Zk-Rollup技術的一種實現。首先是用戶將簽名的交易提交給驗證者。驗證者將多筆交易執行rollup操作，合并為一個區塊，并將更新后的合約狀態樹的根哈希、與之相對應SNARK證明發送到鏈上的合約。驗證者也會把交易對應的狀態增量發送到鏈上，由此人們可以重新構建交易后的狀態。

由于SNARK證明和狀態增量都會經過鏈上合約的驗證，可以證明所有交易的合法性以及區塊數據的可用性。因此，驗證者是無法篡改狀態的，也無法挪用Layer 2上的資金，因為所有狀態的改變都需要對應證明，這是無法偽造的。

Valour旗下ETP產品BitcoinZero和EthereumZero上線法蘭克福證交所:10月19日消息，數字資產投資公司Valour旗下交易所交易產品（ETP）BitcoinZero和EthereumZero已上線法蘭克福證券交易所ZertifikateAG并開啟交易。此外Valour基于Cardano、Polkadot和Solana的ETP產品不久也計劃陸續上線交易所。

此前報道，去年12月Valour推出基于BTC的ETP產品BitcoinZero，且對該產品收取零管理費，故其名稱為BitcoinZero。（prnewswire）[2021/10/19 20:40:14]

此外，在這個過程中，資金并沒有托管給第三方，私鑰依然由用戶掌握。從zkSync的Zk-Rollup實現可以看出，Zk-Rollup的核心思想是通過大量交易聚合，以及鏈上智能合約來解析和驗證這些交易，并使用零知識證明技術將這些聚合交易的證明上鏈，從而實現layer 2層面的代幣交易。

在這個過程中，大部分計算和存儲都發生在鏈下，鏈上存儲的數據大大減少，資金鎖定在智能合約。同時，由于鏈上存儲了SNARK證明和交易狀態增量，即便是驗證者不工作，用戶也可以通過鏈上數據恢復交易，取回鎖定的代幣。這可以保證代幣的安全性，用戶依然掌控了私鑰，這方面它跟目前 Layer 1的DEX沒有什么區別。在保證安全性的前提下，它可以做到的極大地降低交易費用、加快交易速度，實現好幾個數量級別的體驗提升。

SNARK驗證的gas消耗遠低于驗證大量交易的Gas消耗，將完整狀態存儲在鏈下的成本也遠低于存儲在鏈上。從理論上，Zk-Rollup可以通過layer 2方式實現以太坊的可擴展性，與此同時極大降低交易費用。

目前ZeroSwap基于zkSync的ZK-Rollup進行layer 2技術實現，它適合于構建安全的去中心化的兌換協議。它支持基本的代幣兌換，包括存入代幣、轉賬和兌換、提取代幣。存入代幣是指將代幣從Layer 1轉移到zkSync的Layer 2上；轉賬和兌換是指在Layer 2上進行代幣轉移和代幣的交易，其好處是基本上無須手續費；最后是代幣提取，將Layer 2上的代幣轉回至Layer 1賬戶。

tZERO對其公開交易的數字證券實行零費用交易:金色財經報道，Overstock旗下證券型代幣平臺tZERO昨日宣布，已對其公開交易的數字證券實行零費用交易。[2020/9/4]

ZeroSwap基于Zk-Rollup的技術構建了去中心化的DEX協議。從表面上看，ZeroSwap是類似于Uniswap的AMM模式的DEX，但從底層技術實現和用戶體驗看，它們之間又有一定的區別。

它跟當前Uniswap的最大區別在于可以極大降低交易費用，極大提高交易速度，可以實現接近于CEX的兌換體驗，同時還能保證Layer 1級別的安全性。考慮到其他的Layer 2方案，例如Optimistic rollups和Validium技術，雖然它們也能極大提高交易速度以及降低交易費，但它們在安全性上做了較大的平衡。

六大layer2技術的綜合比較，Source:Alex Gluchowski

鑒于ZK-Rollup在安全性上的重視，基于Zk-Rollup的DEX是未來的發展趨勢。從ZeroSwap的計劃看，它預期是在10月底上線，鑒于Uniswap的Layer 2 還沒有推出，ZeroSwap有可能成為第一個推出基于ZK-Rollup的AMM模式的DEX。

從大框架來說，ZeroSwap系統包括了鏈上智能合約、鏈下ZeroSwap 服務端、零知識證明系統以及前端用戶界面。具體如下圖：

ZeroSwap的整體框架，Source：ZeroSwap白皮書

鏈上智能合約是部署在以太坊上的一組智能合約。用戶的代幣會存入其中，它還會記錄和驗證Layer 2狀態的更新和對應的證明，它是連接鏈上和鏈下的橋梁。ZeroSwap的Layer 2服務端處理鏈下的交易，一方面它通過接口跟用戶發生交互，一方面它監聽以太坊鏈上的交易。

分析 | TokenGazer：吞吐量的提升將賦能主流公鏈新的價值 ?:在4月17日Algorand全球行杭州站活動中，TokenGazer高級研究員HK分享了他對于公鏈數據表現的思考：PoS的市值小，使用率低，但使用率低的一個重要因素是PoS的TPS容量會比PoW要高很多。目前被廣泛接收的公鏈，一旦吞吐量更上一個臺階，手續費進一步降低，將產生新的業務模式，這些新的業務模式將賦予公鏈新的價值。

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通過聚類算法，將以太坊的地址采用半監督學習的方法進行分類，在刨去礦工、交易所、錢包的元素之后，我們可以清晰的看到以太坊上出現的新的使用類型，這就給了我們一個新的觀測的角度，去看看到底哪些token的活躍度比較高，這樣就能更好的估量公鏈未來的發展。[2019/4/17]

交易請求會放入ZeroSwap的內存池，區塊提議者對交易進行Rollup，生成新區塊，狀態Keeper則負責更新Layer 2中的代幣狀態，并將其發送給Committer。Committer跟Prove server通信，獲得對應交易的證明。這些狀態和所對應的SNARK證明會發送到鏈上的ZeroSwap智能合約。

ZeroSwap的零知識證明系統兩個特點。一是具有分布式架構，其Prove server支持多個Prover，多個Prover可以查詢Prove server的證明任務，在生成證明后返回給Prove server。二是采用了PLONK的零知識證明算法，它可以極大降低零知識證明的使用門檻。

PLONK的全局信任設置只需要生成一次，電路規模在一定范圍內可復用。ZeroSwap的交易過程會反映到其狀態樹的變化上。ZeroSwap的狀態樹是高度為34的默克爾樹，用于記錄當前系統中所有賬戶的余額狀態。

根節點Root的子節點為系統中所有賬戶節點。賬戶節點包括普通賬戶節點和Pair賬戶節點。普通賬戶節點用于記錄賬戶內所有代幣的狀態，可以有多個葉子節點，每個葉子節點代表一個類型的代幣以及其數量。Pair賬戶節點用于記錄ZeroSwap中某個交易對資金池的狀態。它只包含兩個葉子節點，每個葉子節點代表該資金池中其中一個代幣的余額和類型。

Zerocoin存在一個名為“拒絕服務”的漏洞，允許黑客銷毀用戶的硬幣:據Thenextweb消息，Zerocoin存在一個名為“拒絕服務”的漏洞，允許黑客銷毀用戶的硬幣，這個漏洞已經存在2個月時間，至今仍未解決。數字貨幣顧問Peter Todd表示，原始的Zerocoin協議被打破, 即使它 “被證明是安全的”。他們只能證明, 攻擊者不能竊取硬幣, 但他們不能證明攻擊者不能摧毀不屬于他們的硬幣。[2018/4/14]

ZeroSwap上的狀態樹，Source：ZeroSwap白皮書

總結來說，ZeroSwap在技術有自己的特色，例如它采用了Plonk證明系統，其ZK證明電路可以支持不同大小，其初始可信設置只需一次，且在已有設置上可升級；在Layer 2層面實現了Uniswap的兌換邏輯，有可能成為首個實現基于ZK-Rollup的AMM模式的DEX，如果順利實現，可以極大降低用戶的費用，加快交易速度。

跟目前Layer 1上的DEX相比，基于Layer 2的ZeroSwap上有哪些操作？這些操作的背后跟Layer 1上的DEX又有什么不一樣？從用戶前端操作的角度，ZeroSwap比Uniswap多了存入和提取代幣的操作，其他操作基本一致。

從交易者的角度，在ZeroSwap上完成交易，需要哪些操作？這些操作的背后是什么？

相對于Layer 1上的DEX交易來說，Layer 2上的DEX交易需要將代幣從Layer 1賬戶上存入到Layer 2的賬戶，之后才能進行代幣的兌換或轉賬。這里會涉及到代幣的存入、轉賬、兌換以及提取操作。

首先是向Layer 2賬戶存入代幣。用戶將以太坊鏈上的代幣存入ZeroSwap的合約，一旦ZeroSwap監聽到用戶在鏈上將代幣轉入ZeroSwap的合約之后，它會根據交易的詳情更新狀態樹。ZeroSwap會根據交易找到相應的賬戶，并根據存入金額更新賬戶中該代幣的余額。如果賬戶還沒有相應代幣的葉子節點，首先會創建該代幣的葉子節點，然后在更新狀態。葉子節點的狀態更新會導致根節點哈希的改變。根節點哈希會與存入交易的SNARK證明一起發送到鏈上的ZeroSwap合約中。

其次是在Layer 2上進行轉賬和交易。在ZeroSwap上進行轉賬就是把一種代幣從一個賬戶發送到其他賬戶的過程。轉賬也由用戶在Layer-2上發起，ZeroSwap Server收到轉賬請求后找到相應的收發賬戶，更新這兩個賬戶下的代幣余額狀態。更新后的狀態樹的根節點哈希和轉賬相對應的SNARK證明一起發送到ZeroSwap的智能合約上。

不過，它并不是鏈上的代幣轉移，因為代幣還在ZeroSwap合約中。用戶在Layer 2上進行交易，它本質上是用自己的代幣與Layer 2中代幣對資金池中的代幣進行兌換。用戶將其在ZeroSwap賬戶下的某個代幣發送到相應的代幣對賬戶，ZeroSwap則根據AMM算法計算出用戶可以獲得的相應代幣的數量，并發送給用戶賬戶。

與此同時，ZeroSwap將更新后的狀態樹根節點哈希以及兌換操作所對應的SNARK證明發送到ZeroSwap合約上。在代幣兌換后，跟轉賬操作一樣，鏈上的代幣狀態不會發生改變，因為代幣還在ZeroSwap合約中。

ZeroSwap上兌換操作流程，Source：ZeroSwap白皮書

最后跟Layer 1上的DEX不同，Layer 2 上的DEX代幣要回到Layer 1，用戶還需要將代幣從Layer 2賬戶提取到Layer 1。當用戶從ZeroSwap中提取代幣時，首先用戶在Layer 2上發起，之后ZeroSwap 服務器會收到用戶的提幣請求，之后更新該用戶賬戶下對應的代幣狀態，并將更新后的狀態樹根節點哈希以及提取操作的SNARK證明發送到鏈上的ZeroSwap合約。合約進行驗證，然后將合約中鎖定的相應代幣發送到用戶在鏈上的賬戶。

這一點類似于傳統CEX的提幣操作，不過不同的是，用戶可以自由掌控ZeroSwap DEX的提幣，而CEX的提幣則會受限于CEX機構。在AMM模式的DEX中，交易者要完成交易，首先要有代幣對的流動性池。

那么如果從流動性提供者的角度，在ZeroSwap上如何提供流動性，如何移除流動性？其背后是什么原理？

流動性提供者如何添加流動性？

首先由用戶在Layer 2上發起添加某個代幣對流動性的請求，ZeroSwap服務器收到請求后會找到對應請求人的賬戶和代幣對賬戶，然后根據AMM算法要求將用戶賬戶下的兩種代幣轉入到代幣對賬戶。系統根據當前代幣池的資金量，計算出用戶可以得到的LP代幣數量，LP代幣代表了用戶在流動性池中權益份額。狀態更新后的狀態樹根節點哈希和對應的添加流動性證明一起發送到ZeroSwap合約中。

往代幣池注入流動性，Source：ZeroSwap白皮書

流動性提供者如何移除流動性？

首先由用戶在Layer 2上發起移除流動性的請求，ZeroSwap服務器收到用戶請求后會找到對應請求人的賬戶并銷毀相應數量的LP代幣。同時，該代幣對賬戶會根據銷毀LP的數量按比例將兩種代幣返回給請求人的賬戶。狀態更新后的狀態樹根節點哈希和相應的移除流動性操作證明一起發送到ZeroSwap合約中。

最后，ZeroSwap上還有一個提取流動性的操作，它并不是移除流動性，而是將流動性池的LP代幣從Layer 2 提取到Layer 1。從操作過程看，它跟其他代幣從Layer 2 提取回Layer 1是一致的。不過不同點在于LP代幣還有一個“鑄造”，需要在Layer 1生成LP代幣，發送到相應賬戶。

ZeroSwap什么時候推出？根據ZeroSwap發布的計劃看，2020年10月10日可以在以太坊測試網上使用，支持Layer 2交易池的創建、兌換以及流動性的添加和移除；2020年10月20日支持多個交易池的組合。2020年10月30日正式推出，在以太坊主網上啟動，支持類似于Uniswap的各種功能。2020年12月30日實現Plonk證明系統的電路優化，以及證明性能GPU優化；2020年11月初開啟流動性挖礦。

DEX不僅是DeFi的重要發展，也是整個加密領域最大的發展之一。在加密領域，CEX是最大的價值捕獲者。如今的DEX逐漸演變成為CEX的實質對手。

不過，目前的DEX在可擴展性、交易費用、交易速度、交易體驗等方面依然存在短板，無法達到CEX的水平，但隨著Layer 2解決方案的推出，尤其是Zk-Rollup技術的推出，DEX會逐漸解決其短板。一旦這些技術上的短板得以解決，DEX有機會走向大規模的人群的采用，進而在實質上真正成為CEX的對手。 

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