Подробное объяснение архитектуры zkSync, ее сходств и различий с OP-Stack.

Автор: xpara, Four Pillars, перевод: Jinse Finance xiaozou

Ключевые моменты:

Matterlabs, компания-разработчик zkSync, работает над созданием своего уникального zkEVM и созданием отличных продуктов.

В настоящее время zkSync Era демонстрирует рост, о чем свидетельствуют его впечатляющие показатели и развертывание разработки в разных проектах.

Мы можем понять архитектуру zkSync через три ключевых уровня zkSync: уровень выполнения, уровень расчетов и уровень доступности данных.

ZK-Stack (базовый код zkSync) и OP-Stack могут иметь схожие принципы. Тем не менее, есть явные различия, которые можно увидеть с точки зрения разработчиков децентрализованных приложений, основных разработчиков и бизнес-операторов.

1**, история развития zkSync******

1.1 Краткая история zkSync

Разработка zkSync началась в EthCC в 2019 году. В то время это была еще небольшая команда, занимавшаяся совместной разработкой и развертыванием Rollup с zkSNARK. В январе 2019 года они запустили проверку концепции, используя zkSNARK для управления сайдчейном в Ethereum. С тех пор они сделали децентрализацию основным принципом. Они сосредоточились на хранении всех данных транзакций в Ethereum и разработали модель с несколькими операторами для обработки модели децентрализации сортировщика.

В июне 2020 года команда добилась значительного прогресса, запустив основную сеть zkSync v1. zkSync v1 — это ключевая веха в развитии zkSync, представляющая фактическую реализацию его первоначальной концепции в более широком масштабе. Год спустя, в июне 2021 года, они совершили еще один прорыв и выпустили тестовую сеть zkSync 2.0, также известную как Era.

К марту 2023 года была успешно выпущена полная основная сеть zkSync, что стало большим достижением для команды. Это развитие показывает, что платформа достигла высокого уровня зрелости и готова к более широкому внедрению. Это выпуск первой основной сети zkEVM, развернутой в экосистеме Ethereum Rollup.

В настоящее время команда работает над тем, чтобы сделать zkSync открытым исходным кодом. Это позволит отдельно развертывать цепочки zk rollup из ZK-Stack, что позволит командам запускать свои собственные настраиваемые накопительные пакеты. Ожидается, что дальнейшие подробности об этой захватывающей разработке будут объявлены в ближайшее время.

*** **** *' *** **

Matterlabs, команда разработчиков zkSync, привлекла значительные средства для продвижения своей миссии. С их последним раундом серии C в ноябре 2022 года их общее финансирование составило 458 миллионов долларов, включая несколько раундов и выделенные экосистемные фонды, включая, например, отдельный выделенный экосистемный фонд на 200 миллионов долларов, серию C на 200 миллионов долларов, серию B на 50 миллионов долларов. во главе с a16z, а также серию A и посевной раунд на 8 миллионов долларов.

· Посевной раунд: На посевном этапе Matterlabs получила финансирование в размере 2 миллионов долларов от PlaceholderVC, Hashed и других инвесторов. Этот ранний финансовый стимул обеспечил необходимую основу для их работы по запуску проекта zkSync.

Серия A: после начального раунда Matterlabs привлекла дополнительные 6 миллионов долларов в рамках финансирования серии A. Этот новый приток капитала дает стимул для продвижения их исследований и разработок и приближает zkSync к своей конечной цели.

Серия B: Matterlabs набирает обороты, поскольку им удалось собрать 50 миллионов долларов в раунде серии B, возглавляемом в основном a16z.

· Серия C: раунд финансирования Matterlabs C составляет 200 миллионов долларов.

Наконец, в дополнение к вышеупомянутым инвестиционным раундам, Matterlabs запустила специальный экосистемный фонд на 200 миллионов долларов. Этот фонд предназначен для содействия росту и развитию более широкой экосистемы zkSync.

Все эти ресурсы обеспечивают Matterlabs финансовую поддержку, необходимую для продвижения своей миссии zkSync, ускорения темпов разработки и содействия росту более широкой экосистемы. В целом, Matterlabs имеет значительный объем финансирования важных блокчейн-проектов.

2**、Текущий статус экосистемы zkSync**

2.1 Общий статус

За прошедшие годы zkSync добился значительного прогресса в развитии. zkSync v1, теперь zkSync Lite, достиг вехи разработки в декабре 2020 года, превысив общую заблокированную стоимость (TVL) в 1 миллион долларов. С тех пор TVL экосистемы zkSync росла в геометрической прогрессии. На данный момент TVL zkSync превысил 650 миллионов долларов, что делает его третьим по величине L2 Rollup в экосистеме Ethereum.

К июню этого года у zkSync были впечатляющие ключевые показатели. Хотя zkSync немного уступал Arbitrum в июне, он занял первое место в TPS. Он имеет самый быстрый темп роста TVL и лидирует по общей сумме комиссионных платежей на уровне 1.

Кроме того, количество уникальных кошельков также увеличивается, что указывает на рост популярности среди пользователей. В то же время количество ETH, подключенного к zkSync, также растет.

2.2 Основные элементы

2.2.1 Серебро

Argent — это не связанный с хранением мобильный кошелек для криптовалют на основе Ethereum, обеспечивающий безопасный и удобный способ управления цифровыми активами.

Argent имеет уникальный дизайн режима безопасности, даже если мобильный телефон пользователя потерян или украден, он также может защитить активы пользователя. Модель безопасности включает в себя такие функции, как биометрическая аутентификация, социальное восстановление и кошельки со смарт-контрактами в сети. V God, основатель Ethereum, также сказал, что Argent — это кошелек с мультиподписной безопасностью и функциями социального восстановления.

2.2.2 Синхронизация

SyncSwap — крупнейший протокол DeFi в эпоху zkSync. Это DEX на основе AMM, который предоставляет различные важные функции в дизайне AMM. Он предоставляет пул AMM для различных токенов, важные свойства заключаются в следующем.

Stableswap: мультипул позволяет SyncSwap объединять несколько различных моделей пулов, каждая из которых имеет свой собственный оптимальный сценарий, что делает транзакции более эффективными. Первой моделью пула, которая будет реализована, будет Стабильный пул.По сравнению с классическим пулом общего назначения, стабильный пул поддерживает эффективные транзакции со стейблкоинами, позволяя SyncSwap выйти на крупномасштабный рынок стейблкоинов.

· Smart Router: он служит платформой агрегации ликвидности, которая объединяет различные пулы ликвидности и различные модели пулов, чтобы без особых усилий обеспечить лучшую цену. Обеспечивает многоскачковое и разделение путей.

Динамические сборы: SyncSwap ввел динамические сборы на своей DEX, что позволяет пользователям настраивать сборы за транзакции в зависимости от рыночных условий и предпочтений сообщества. Включая переменные сборы, целевые сборы, скидки на сборы и доверительные сборы. Эти функции предоставляют пользователям гибкость и адаптируемость для оптимизации их торговых стратегий и возможности оставаться в курсе постоянно меняющихся рынков и сообществ.

2.2.3 Теваэра

Игровая экосистема Tevaera привносит в игровой мир уникальное сочетание приключений и технологий. Teva Games предлагает игры самых разных жанров, действие которых происходит в естественной среде и которые связаны между собой центральной сюжетной линией персонажей-хранителей. Первая многопользовательская игра дебютирует с выпуском Tevaera 2.0, предлагая захватывающий игровой процесс, включая крипто-тематические обновления и несколько игровых режимов.

Сетевая игровая инфраструктура, состоящая из Teva Core, Teva Chain, Teva Dex и Teva Market, еще больше расширяет экосистему.

· Teva Core — это продвинутая многопользовательская игровая среда.

· Teva Chain — игровая гиперцепочка третьего уровня, которая облегчает переход к полноценным играм.

· Teva DEX способствует устойчивой игровой экономике благодаря автоматическому игровому индексу.

· Teva Market позволяет чеканить и торговать уникальными символами NFT.

3**, архитектура zkSync**

zkSync Era — это протокол L2, разработанный для решения проблемы масштабируемости Ethereum с использованием структуры свертки с нулевым разглашением (ZK). Разработанная Matter Labs, это платформа zk-rollup, ориентированная на потребности пользователей. Платформа предназначена для широкой совместимости с виртуальной машиной Ethereum (EVM) в пользовательской виртуальной машине, оптимизированной для доказательств с нулевым разглашением.

Операцию объединения zkSync можно обобщить в следующие этапы:

(1) Первоначально транзакции или приоритетные действия генерируются пользователями.

(2) Впоследствии оператор берет на себя ответственность за обработку запроса пользователя. После успешной обработки оператор создает операцию свертки и включает ее в блок.

(3) После завершения блока оператор отправляет его в смарт-контракт zkSync в форме отправки блока. Стоит отметить, что смарт-контракт проверяет часть логики, которую запускают определенные накопительные пакеты.

(4) Наконец, смарт-контракту zkSync предоставляется доказательство блока, и этот шаг — проверка блока. Если контракт валидатора считает проверку успешной, он подтверждает новое состояние как окончательное. Это рабочий жизненный цикл свертки zkSync.

В этом разделе мы рассмотрим, как работает zkSync, уделив особое внимание трем основным уровням:

(1) Уровень выполнения: Уровень выполнения относится к процессу, который приводит к изменениям или переходам в состоянии блокчейна. Проще говоря, это место, где транзакции принимаются и применяются к предыдущему состоянию.

(2) Уровень расчетов. Уровень расчетов использует систему проверки, чтобы гарантировать, что изменения, внесенные на этапе выполнения, точно отражают общее состояние системы.

(3) Уровень доступности данных. Уровень доступности данных — это часть системы, которая ведет учет. Здесь хранятся все данные транзакций (входы), системные обновления (выходы) и доказательства. Цель состоит в том, чтобы гарантировать, что текущее состояние системы всегда можно воссоздать с нуля, когда это необходимо.

3.1 Уровень исполнения

3.1.1 Уровень исполнения на уровне виртуальной машины

Он работает на zkEVM типа 4, что означает, что он берет код смарт-контракта, написанный на языке высокого уровня (например, Solidity, Vyper), а затем компилирует его в язык, дружественный к zk-SNARK.

Кроме того, уникальной особенностью zkSync Era является то, что он использует компилятор на основе LLVM, который в конечном итоге позволит разработчикам писать смарт-контракты на C++, Rust и других популярных языках.

Фреймворк LLVM — это компилятор для создания цепочек инструментов языка смарт-контрактов. Его высокоуровневое промежуточное представление (IR) позволяет разработчикам проектировать, развертывать и улучшать эффективные языковые функции, одновременно используя преимущества широкой экосистемы LLVM.

В установленной цепочке инструментов LLVM обрабатывает LLVM IR, вводит полную оптимизацию и, наконец, передает оптимизированный IR генератору внутреннего кода zkEVM.

3.1.2 Обзор уровня исполнения

В zkSync Core App (основное приложение) играет ключевую роль в управлении уровнем выполнения.

Его основная обязанность — отслеживать депозиты или приоритетные операции смарт-контрактов L1. Этот механизм имеет решающее значение для обеспечения бесшовной интеграции zkSync с сетью Ethereum, поскольку все изменения, инициированные из сети Ethereum, необходимо отслеживать и отражать в среде zkSync Layer 2 (L2).

Основное приложение также отвечает за управление пулом памяти (mempool), который собирает входящие транзакции. Этот набор транзакций затем помещается в очередь для обработки, эффективно действуя как зона ожидания, прежде чем транзакции будут подтверждены и добавлены в блок.

В обязанности основного приложения также входит извлечение транзакций из мемпула, их выполнение на виртуальной машине (ВМ) и корректировка состояния по мере необходимости. По сути, процесс состоит из сбора транзакций, их обработки и отражения результатов в системе.

После выполнения транзакции основное приложение генерирует блок цепочки. Эти блоки состоят из выполненных и проверенных пакетов транзакций. Затем основное приложение отправляет эти блоки и доказательства смарт-контракту L1. Этот процесс обеспечивает синхронизацию состояния цепочки L1 Ethereum с цепочкой L2 zkSync.

Для поддержки беспрепятственного взаимодействия между приложениями на основе Ethereum он предоставляет совместимый с Ethereum web3 API. Это делает zkSync более доступным и удобным для разработчиков и пользователей, имеющих опыт работы с экосистемой Ethereum.

3.2 Расчетный уровень

Уровень урегулирования отвечает за обеспечение целостности переходов состояний zkSync. Этот процесс проверки выполняется в смарт-контракте, развернутом на Ethereum. В этом процессе есть два важных контракта.

(1) Контракт исполнителя: этот контракт получает данные блока от валидаторов и zk доказательства переходов состояний в zkSync.

(2) Контракт верификатора: это логический контракт, который позволяет системе проверять данные блока и доказательства zk, предоставленные контрактом исполнителя.

3.2.1 Контракт с исполнителем

Функция ProveBlocks играет центральную роль в обеспечении целостности и безопасности системы zkSync. Его основная обязанность заключается в проверке доказательств zk-SNARK представленных блоков. Вот краткое описание того, как это работает:

Во-первых, proofBlocks гарантирует, что блоки проверяются в правильном порядке. Он делает это, проверяя, является ли предыдущий полученный блок следующим блоком в последовательности блокчейна, которую необходимо проверить.

· Затем функция начинает перебирать каждый представленный блок. Он проверяет, соответствуют ли хэши этих блоков ожидаемому значению в определенном месте в цепочке блоков. Это гарантирует, что проверяемый блок действительно является правильным блоком.

Затем функция начинает строить массив proofPublicInput, который становится общедоступным входным значением для процесса проверки доказательства zk-SNARK. Номер блока для каждого зафиксированного блока содержится в этом массиве.

Затем, используя массив proofPublicInput и некоторые сохраненные параметры, функция проверит доказательство zk-SNARK. Это похоже на решение головоломки, все части должны идеально сочетаться друг с другом.

· Если доказательство проверено, функция обновляет систему, чтобы отразить, что блоки теперь проверены. Это как поставить галочку рядом с пунктом в контрольном списке.

Наконец, для каждого проверенного блока функция запускает специальное событие BlockVerification. Это похоже на отправку уведомления о том, что номер блока, хэш и обязательство подтверждены.

Короче говоря, функция proofBlocks действует как бдительный привратник, обеспечивая проверку блоков в правильном порядке, обеспечивая точность доказательств zk-SNARK и соответствующим образом обновляя состояние системы. Его цель — предотвратить выполнение недействительных блоков, обеспечив общую безопасность и целостность системы zkSync.

3.2.2****Контракт с верификатором

Контракт верификатора — это место для реализации описанной выше логики проверки. Он действует как защита для zkSync, проверяя доказательства zk-SNARK для проверки отправленных данных. Контракт валидатора используется для проверки правильности данных, отправленных в zkSync.

Контракт верификатора хранит «ключ проверки», который используется для проверки доказательств zk-SNARK. Всякий раз, когда zkSync хочет зафиксировать обновление, он генерирует доказательство zk-SNARK и отправляет его в контракт валидатора через контракт исполнителя.

Контракт валидатора затем использует ключ проверки, чтобы проверить действительность доказательства. Если это работает, вы знаете, что обновление является законным, не глядя на фактические данные. Если недействительно, обновление будет отклонено.

Проверяя эти доказательства, контракт валидатора гарантирует, что только правильные и действительные данные будут получены в zkSync. Это критически важно для безопасности и предотвращения недопустимых обновлений состояния.

3.3 Уровень доступности данных

Уровень доступности данных системы действует как архив, хранящий всю информацию о транзакциях (входные данные), системные изменения (выходные данные) и доказательства. zkSync использует интерфейс смарт-контракта для установки своей политики доступности данных (DA). zkSync планирует предоставить несколько вариантов доступности данных для снижения затрат и защиты конфиденциальности.

3.3.1 zkPorter

zkSync запустил решение для обеспечения доступности данных вне сети под названием «zkPorter». Инструмент предназначен для интеграции с системой свертки zkSync, облегчая взаимодействие между сводками и учетными записями zkPorter. Для обеспечения безопасности данных в zkPorter включены «опекуны» — лица, которые размещают токены zkSync и проверяют доступность данных, подписывая блоки.

zkPorter работает как протокол внутреннего консенсуса, способствуя высокой пропускной способности транзакций. Для сравнения, стандартный режим ZK Rollup в zkSync 2.0 способен обрабатывать от 1000 до 5000 транзакций в секунду (TPS). zkPorter может управлять от 20 000 до 100 000 TPS, в зависимости от сложности транзакции.

Компромисс использования zkPorter заключается в том, что пользователи должны доверять внутреннему механизму консенсуса zkSync. Это приводит к менее децентрализованному решению для объединения. Пользователь должен выбрать между zkPorter (более низкая стоимость, но менее безопасный) или режимом ZK-накопительного пакета (самый высокий уровень безопасности).

Кроме того, zkSync 2.0 упрощает взаимодействие, позволяя легко переключаться между учетными записями ZK-rollup и zkPorter. Принципиальное различие между zkPorter и Starkware Volition заключается в определении доступности данных: в zkPorter это решение принимается на основе учетной записи, тогда как в Volition это решение принимается на основе отдельной транзакции в рамках созданной учетной записи.

4**, стек ZK и стек OP**

Недавно Matter Labs объявила о предстоящем выпуске ZK-Stack. ZK-Stack предоставит программное обеспечение, аналогичное OP-Stack, для настройки и управления накопительным пакетом.

Общие черты OP-Stack и ZK-Stack следующие:

Бесплатный и с открытым исходным кодом: оба разработаны под лицензией с открытым исходным кодом, что обеспечивает свободный доступ. Они поощряют разработчиков вносить свой вклад, надстраивая программное обеспечение.

Совместимость: концепция гиперцепи ZK Stack Hyperchain может быть легко подключена к сети без доверия с малой задержкой и общей ликвидностью. Кроме того, OP-Stack предусматривает концепцию Superchain для соединения всех цепочек на основе OP-Stack.

· Децентрализация: чтобы добиться более децентрализованной сети и сообщества, как OP-Stack, так и ZK-Stack четко предложили план децентрализации в недавней дорожной карте. Этот шаг не только повышает устойчивость сети, но и обеспечивает более справедливое распределение власти и контроля.

Несмотря на сходство с концептуальной точки зрения, существуют различия с технической и деловой точек зрения. В этом разделе мы углубимся в различия между следующими точками зрения.

(1) Разработчики децентрализованных приложений

(2) Основные разработчики

(3) Бизнес

4.1Взгляд разработчика децентрализованного приложения*

4.1.1 Эквивалентность EVM

Развертывание EVM OP-Stack: EVM OP-Stack реализуется путем внесения незначительных изменений в geth Ethereum, что делает систему почти полностью совместимой с EVM. С другой стороны, ZK-Stack включает некоторые изменения в коды операций EVM, а некоторые коды операций еще не поддерживаются. Несмотря на эти изменения, их влияние было минимальным, а проекты были тщательно протестированы и проверены в реальных условиях.

Однако были инциденты из-за эквивалентности ZK-Stack, отличной от EVM. Ярким примером является 921 ETH, застрявший в смарт-контракте, потому что контракт использует функцию передачи. Эта проблема была эффективно решена.

4.1.2 Абстракция собственной учетной записи

В отличие от ERC-4337, архитектура ZK-Stack включает встроенную функцию абстракции учетной записи (AA). В такой системе, как ERC-4337, необходимо иметь отдельный мемпул UserOps, чтобы разрешить абстракцию учетных записей в сети.

4.1.3 Поддержка конфиденциальности

Используя валидацию, хранение данных в конфиденциальной базе данных обеспечивает конфиденциальность при условии, что оператор сохраняет конфиденциальность данных блока. Эта функция особенно полезна для корпоративных пользователей.

4.2 Точка зрения основного разработчика

4.2.1 Работа с инфраструктурой: OP-Stack более интуитивно понятен

Операция: и zkSync, и OP-Stack используют Sequencer для координации транзакций и хранения данных в Ethereum. Однако для работы zkSync требуется прувер. Это приложение для проверки обрабатывает сгенерированные сервером блоки и связанные с ними метаданные для создания доказательств достоверности с нулевым разглашением. Напротив, OP-Stack не требует отдельной сложной инфраструктуры для участия в игре-проблеме.

4.2.2 Альтернативы ВМ: ZK-Stack имеет больше возможностей для предоставления различных вариантов

zkSync работает с компилятором LLVM, который транслирует байт-код zkEVM, демонстрируя потенциал для создания сред выполнения с использованием других языков, таких как C++.

4.2.3 Доступность данных: ZK-Stack предлагает несколько вариантов

Уровень доступности данных OP-Stack в основном зависит от Ethereum, где хранится вся информация о транзакциях и корневые состояния выходных данных. Это приводит к высокой стоимости эксплуатации цепочки OP-стека. Однако были попытки компенсировать эти затраты за счет хранения данных транзакций в Celestia DA.

ZK-Stack интенсивно исследует и разрабатывает альтернативы решениям для обеспечения доступности данных, таким как zkPorter. Этот подход позволяет пользователям самостоятельно определять доступность данных на основе их предпочтений в отношении большей безопасности или более низкой стоимости. Кроме того, предприятия, желающие сохранить конфиденциальность данных, могут использовать такие решения, как Validium, которые поддерживают безопасное хранение данных.

4.3 Бизнес-перспектива: затраты и выгоды

Сегодня запуск независимых накопительных пакетов является жизнеспособным вариантом, особенно с учетом того, что программное обеспечение с открытым исходным кодом, такое как ZK-Stack и OP-Stack, разрабатывается и поддерживается публично. Кроме того, платформы Rollup-as-a-Service (RaaS), такие как Caldera и Conduit, значительно упрощают этот процесс.

Помимо точки зрения разработчика, очень важно реалистично оценить потенциальные затраты и выгоды, связанные с операциями объединения. Однако прогнозирование этих сумм может быть затруднено из-за нескольких переменных.

Поскольку в кодовую базу регулярно вносятся значительные улучшения, как видно из недавнего обновления Optimism's Bedrock, затраты, связанные с выполнением накопительных обновлений, быстро снижаются. Эта динамика затрудняет точную оценку затрат и выгод. Кроме того, конкретные расходы, связанные с серверами и инфраструктурой, широко не известны, так как один объект обычно управляет всем объединением. Наконец, колебания цены базового токена (например, zkSync и ETH от Optimism) добавляют еще один уровень неопределенности, поскольку стоимость может колебаться в зависимости от настроений рынка.

Вот некоторые из основных затрат и выгод:

4.3.1 Стоимость

· Стоимость выпуска L1: стоимость хранения транзакций, корней состояния и данных подтверждения. Как правило, выпуск оптимистичной сводки обходится дороже, поскольку для ее проверки требуется хранить необработанные данные транзакции. Некоторые накопительные пакеты публикуют различия состояний вместо полных данных состояния, чтобы избежать дополнительных затрат.

· Эксплуатационные расходы сортировщика L2.

Стоимость доказательства: для zk это стоимость создания и проверки доказательства; для доказательства мошенничества это стоимость оспаривания доказательства.

4.3.2 Преимущества

· Комиссия за транзакцию L2

Возможно MEV, но во избежание проблем с централизацией большинство известных сортировщиков L2 не извлекают MEV.

5. Вывод

Matterlabs работала над разработкой zkEVM и добилась в ней значительного прогресса. Несмотря на то, что он не полностью совместим с EVM (Type4 EVM), использование LLVM, похоже, имеет большой потенциал. Следующим этапом планов Matterlabs является выпуск ZK-Stack, кодовой базы, которая позволит разработчикам использовать ее солидную кодовую базу для создания собственных накопительных пакетов. Инструмент обещает явные преимущества перед OP-Stack, особенно с точки зрения защиты конфиденциальности и масштабируемости.

Тем не менее, оба проекта все еще находятся на ранних стадиях, и предстоит проделать большую работу. Тщательная оценка структуры затрат и выгод, связанных с развертыванием, имеет решающее значение. Кроме того, важная задача заключается в создании экосистемы разработчиков вокруг этих двух кодовых баз. Детальный анализ и стратегическое планирование необходимы для обеспечения устойчивого развития платформы и связанных с ней технологий.

Я надеюсь, что оба проекта будут процветать, и создание открытого исходного кода и общие дорожные карты станут нормой в пространстве web3.