此段落內的文章

檢視更多

一文讀懂 Layer2 方案 zkSync 基本原理

Avatar
Whale
  • 更新於
追蹤

活動預告

imToken 邀請到了 zkSync 創始人 Alex 和鏈聞研究總監潘致雄，明晚 19:30 和大家一起聊聊 Layer2，掃描文末二維碼參加活動。

900-383__5_.jpeg

以太坊的理想之一是普惠金融，但由於現在幾乎所有的交易都在 Layer1 處理，導致網絡嚴重擁堵，礦工費居高不下，不少用戶因此被攔在門外。

所以社區希望藉助 Layer2 降低礦工費，吸引更多用戶參與進來。在《給區塊鏈擴容難嗎？從比特幣到以太坊》中，我們介紹了 Layer2 中被以太坊創始人 Vitalik 看好的 zkRollup 方案。

從中長期來看，隨著 ZK-SNARK 技術的改進，ZK Rollup 最終將在所有場景中勝出。 - Vitalik Buterin

imToken 2.9.0 已經深度集成了 zkSync 方案，今天這篇文章我們就來具體介紹下 zkSync 的原理和架構，下文將把 Layer1 和 Layer2 簡寫為 L1 和 L2。

zkSync 概覽

zkSync 是基於 ZK Rollup 架構的低成本擴容協議，主要通過零知識證明和數據可用性保障用戶資產安全，該項目目前的產品路線圖規劃如下：

image1.png

zkSync 正處於第一階段：支付場景，如其 Slogan 所述：

zkSync: secure, scalable crypto payments
zkSync：安全可拓展的加密資產支付方案

工作原理

  1. 用戶簽署交易並提交給驗證人；
  2. 驗證人將數千筆交易 Rollup 到一個區塊中，並向主網的智能合約提交新狀態的默克爾根和加密證明（SNARK），證明新狀態是基於舊狀態的正確更新；
  3. 除了證明以外，每筆交易的數據都會使用廉價的 Calldata 在主網發布，以便任何人在任何時刻都可以重建狀態；
  4. 證明和狀態均由智能合約驗證，從而驗證區塊中所有交易的有效性和區塊數據的可用性。

特點

  • 支持 ETH 和 ERC20 轉賬，L2 毫秒級確認，L1 10 分鐘內獲得最終確認；
  • 主網級別的安全性，毋需依賴第三方；
  • 零成本創建賬戶；
  • 極低的交易手續費（低至 $0.001)；
  • 支持任意有效的以太坊地址（包括智能合約地址）；
  • 支持任意代幣作為手續費支付；
  • 15 分鐘以內將資金從 L2 提現到 L1（OP Rollup 至少要 1～2 週）；
  • 支持多重簽名；
  • 支持智能合約（即將到來）。

優勢

  • 驗證人不可能破壞狀態和竊取資金；
  • 驗證人即使停止工作，用戶也可以藉助數據可用性隨時取回資金；
  • 用戶不必時刻監控 Layer2 網絡以防欺詐。

zkSync 架構

image7.png

架構說明

  • 主要架構分為鏈上和鏈下，也就是所謂的 L1 和 L2；
  • L1 的核心為智能合約，主要負責存款、提款、交易驗證；
  • L2 分為 L1 交互（Watcher、Sender）、L2 狀態維護（Mempool、Block Proposer、State Keeper、Block Commiter）、零知識證明系統。

zkSync 架構運作模式

  1. 存款
    1. 當用戶想要存款時，調用 L1 zkSync 智能合約存儲資金；
    2. Watcher 監控 L1 存款交易，當交易發生時則會放入 Mempool 中；
    3. Block Proposer 處理 Mempool 交易打包，並提交 State Keeper 更新賬本。
  2. 轉賬
    1. 當用戶想要使用 L2 低成本快速轉賬時，調用 zkSync API 提交轉賬交易；
    2. 交易同樣會按照流程流轉至  Mempool > Block Proposer > State Keeper；
    3. 最終 State Keeper 通知 Block Commiter 收集生成零知識證明所需信息，調用 Plonk Proving System 生成零知識證明後，借助 Sender 將存款和轉賬等交易數據，以及將對應的零知識證明提交到 L1 的 zkSync 智能合約驗證；
    4. 等待 L1 交易確認後，Watcher 會通知 L2 更新交易狀態為最終確認。

1 - 存款

image4.png

  1. L1
    1. 用戶從 L1 調用 zkSync 合約充值 ETH / ERC20 資產；
    2. 用戶可以設定充值地址和資產；
    3. 非代幣白名單內的資產，可能會出現合約 Revert。
  2. L2
    1. 等待主網 10 個區塊確認後，zkSync 會將資產入賬；
    2. 如果充值地址此前未創建，那麼將會自動為該地址創建賬戶。

2 - Signer

image2.png

  1. 創建 zkSync 賬戶
    1. 場景：L1 存款或者 L2 轉賬都會自動創建賬戶；

注：zkSync 的創建賬戶類似 EOS/Cosmos，賬戶會有唯一 ID 維護 ETH 地址、zkSync Signer 公鑰、Nonce、Balance 等關係。

     2. 生成 zkSync Signer

    1. 場景：每次調用 Transfer / Withdraw 時派生 Signer 用於授權交易；
    2. 步驟
      1. ETH 錢包進行 personalSign 簽名
      2. 使用「personalSign 簽名」作為種子生成 zkSync Signer
  1. 設置簽名公鑰
    1. 場景：每次 Transfer / Withdraw 檢查是否設置公鑰，如果沒有設置則提示用戶生成 zkSync Signer 完成簽名公鑰設置；
    2. 步驟
      1. 生成：調用 PersonalSign 生成 zkSync Signer
      2. 檢查：每次 Transfer / Withdraw 檢查是否設置公鑰，若有則進入步驟 iv
      3. 設置：調用 zkSync SDK - setSigningKey 設置 Signer 公鑰
      4. Next：繼續 Transfer / Withdraw
    3. 說明：
      1. zkSync Signer 專用於 L2 交易簽名，但收款地址依然採用以太坊地址，底層簽名則是採用 zkSync Signer；
      2. 用戶除了首次設置公鑰之外，其餘場景均對 Signer 沒有感知。

3 - 转账

image5.png

轉賬機制基本跟以太坊一樣，以下羅列部分特點：

  1. 收款地址
    1. 任意有效以太坊地址皆可轉賬
    2. 但轉給不存在的賬戶需要更多的手續費用於創建賬戶
  2. 代幣
    1. 理論上支持任意 ETH/ERC20
    2. 但目前依賴 代幣白名單
  3. 手續費
    1. 支持任意代幣支付手續費，比如 Dai
    2. 手續費計價：
      1. 鏈上（gas 费）
        1. 驗證 SNARK (~1.5k gas) + 交易狀態 (~0.4k gas)
      2. 鏈下（存儲和證明費）
        1. ~ 0.001 USD/筆
  4. 交易狀態
    1. Committed
      1. 時間：秒級；
      2. L2 交易發送成功的狀態，交易區塊雖然還沒有獲得 L1 最終確認，但不影響用戶繼續發起下一筆交易。
    2. Verified
      1. 時間：～10 分鐘
      2. 當交易區塊 SNARK 證明被 L1 智能合約驗證，L2 交易即獲得最終性。 

4 - 提款

image3.png

目前 zkSync 有 3 種提款至以太坊 L1 錢包的方式：

  1. Withdraw
    1. 類型：L2 交易；
    2. 時間：～10 分鐘 / ～ 4 小時（由用戶選擇的擋速決定）；
    3. 場景：當你擁有賬戶的 Signer 密鑰即可使用。
  2. ForcedExit
    1. 類型：L2 交易；
    2. 時間：不確定；
    3. 場景：當將資金轉入智能合約 / 交易所等特殊地址（無法擁有對應私鑰），為了解決無主賬戶（無法設置 Signer）的問題，zkSync 提供一份人工表單登記處理，幫助用戶提現資產。
  3. FullExit
    1. 類型：L1 交易；
    2. 時間：1 週；
    3. 場景：當遭遇 zkSync 網絡不可信，驗證人不作為等情況，用戶可以選擇向 L1 智能合約提交退出證明，將資金提款至 L1。

如何體驗 zkSync 呢？

imToken 2.9.0 已經深度集成了 zkSync，如果你想上手體驗 zkSync 的完整流程，可以點擊視頻👇 查看。

-活動報名-

明晚 19:30，我們邀請到 zkSync 創始人 Alex 和鏈聞研究總監潘致雄，和大家聊聊 Layer2 能否解決以太坊擁堵問題？ zkSync 是 Layer2 騰飛的引爆點嗎？ zkSync 會如何考慮 Native Token 機制和發放計劃？掃描海報二維碼即可報名參加活動。

image6.jpg