GAS:简析Layer2系统的安全性和效率取舍

前言:

感谢MatterLabs提出关于部分L1数据链上可用性的问题,我们一直以来都非常重视社区的声音,并会根据社区的需求修改方案。因此,我们想借着这次机会向大家分享ZKSwap开发团队辛勤工作所交付的产品背后的一些思考。

经过非常谨慎细致的思考之后,为了TPS和Gasfee的效率,我们决定将ZKSwap的L2转账放在链下。在ZKSwap的设计中,L1相关的数据在链上,L2相关的数据,比如转账和交易,存在链下。尽管存在链下,这部分数据也会被验证者实时公布。

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

三种转账类型

ZK-Rollup协议中,一个区块可以包括三种类型的转账:

客户关系管理平台Salesforce扩展其客户服务:金色财经报道,客户关系管理 (CRM) 平台 Salesforce 周三表示,它正在扩展其客户服务,并包括对NFT 忠诚度计划的管理。根据其网站,其构成Salesforce Web3的产品套件将帮助公司构建、管理 NFT 并将其集成到他们的业务中。新平台还将通过其客户服务产品 Customer360 支持 Web3 技术。

此外,Salesforce Web3 正在推出 Web3 Connect,这是一种 API 集成,可以让客户在利用这些新技术时深入了解 Web2 和 Web3 的客户体验。Salesforce 还发布了 NFT Management,该平台允许公司通过 Salesforce 界面创建和监控其 NFT 集合和区块链数据。Salesforce 表示,它去年开始测试 Web3 技术,并在测试阶段成功执行了 275,000 笔交易。威士忌制造商 Crown Royal、玩具经销商 Mattel 和时装公司 Scotch and Soda 等公司都使用自己的 Web3 技术测试了 Salesforce 的技术。[2023/3/16 13:06:51]

类型1:来自L1的存款和创建AMM交易对的转账;

美SEC将对网络安全、消费者隐私规则提案进行投票,或涉及加密货币:金色财经报道,美国证券交易委员会将对新的规则和变化进行投票,以加强对网络安全、隐私和技术基础设施的要求,官员们称这可能包括加密货币。

美国证券交易委员会将投票决定是否提出修改意见,要求经纪人、交易商、投资公司、注册投资顾问和转让代理人在受到数据泄露影响时告诉人们。

据美国证券交易委员会一位官员称,这两项提案不会包括对加密货币的特殊分割或分割。就信息系统与加密货币交互的程度而言,网络安全变化将涵盖这一点。 而美国证券交易委员会的一位官员表示,如果国家证券交易所交易加密证券,则该规则将适用。[2023/3/16 13:06:42]

类型2:L2发起且只能被L1验证的转账。比如,公钥转账将需要L1签名来确保L1账户的密钥所有者能将他们的账户与L2账户关联起来,因为电路不能检查确认L1的签名;

TempleDAO攻击者已将1831枚ETH转入Tornado Cash:10月17日消息,链上数据显示,DeFi协议TempleDAO的攻击者已通过Tornado Cash转移资金,其中分别通过18笔100 ETH、3笔10 ETH、1笔1 ETH的交易转入Tornado Cash。

此前消息,TempleDAO项目遭受黑客攻击,涉及金额约236万美元。10月16日,PeckShield表示,TempleDAO攻击者开始通过Tornado.cash转移资金。[2022/10/17 17:28:29]

类型3:由L2签名验证而无法被L1验证的转账。

ZKSwap安全模型

一个区块内记录的L2转账在L1上只有部分记录。只有区块信息的总结会被记录在L1链上,例如区块哈希、新默克尔根、区块高度等等。

Decentraland DAO投票同意向Decentral Games发放100万美元赠款:6月17日消息,近日,Decentral Games(DG)向元宇宙项目Decentraland DAO提出一项提案,寻求获得100万美元赠款以支持其流动性池,这比一般的最高社区赠款额度24万美元(以MANA的形式支付)高出四倍多。该提案目前已获投票通过。

DG上个月提出申请该笔赠款是为了奖励QuickSwap上的ICE-USDC流动性池。ICE代币用于DG在2021年10月推出的P2E ICE Poker游戏。由DAO拨付的MANA将在三个月内分发给那些质押USDC-ICE LP代币的用户。

据悉,DG是Decentraland生态系统的重要参与者。据该公司称,ICE Poker约占Decentraland周活跃用户的60%。(The Block)[2022/6/17 4:35:40]

当一个区块的转账被提交到L1上,区块就被创建出来,区块哈希会被验证。由于以太坊内建了sha256算法,所以区块哈希通常也使用sha256进行计算。

为了保持数据可用性,所有的转账数据都应该被提交到L1上,这被称为“公开数据”。一笔转账的公开数据与其在L2上的转账并不完全相同。系统在进入“退出模式”时将使用公开数据,这样任何人都能恢复最近的经过验证的默克尔树。

电路

L2的电路与L1的智能合约能够协同工作,确保ZK-Rollup协议的功能性。L2的电路保证了以下几点:L2转账签名正确、L1/L2转账执行正确、区块信息计算正确、及时有效地更新账户信息——包括默克尔根、账户默克尔树和费用信息等等。

双验证模式

验证模块对与安全性来说十分重要,是ZK-Rollup协议的基础。

公开数据验证——验证第一类和第二类转账的内容和次序。例如,验证存款需要确保存款数额和信息与L1上记录的相同,并且顺序无误。

区块验证——验证一个区块里的转账被正确执行,并且L2的账户默克尔树根被及时恰当地通过零知识证明进行更新。当一个区块被验证之后,更新的默克尔根就取得了最终性。

总结来说,整体的安全假设如下:

·一个区块的所有转账公开数据在链上;

·验证一个区块中第一类和第二类转账被正确执行;

·证明一个区块内的所有转账被正确执行、账户默克尔树被正确更新、一个区块内的所有转账的公开数据能够匹配;

·证明该区块内所有公开数据都被正确计算;

·提交给L1的区块公开数据与零知识证明系统所证明的数据相同。

公开数据不上链时会发生什么?

如果公开数据不在链上,安全假设“提交给L1的区块公开数据与零知识证明系统所证明的数据相同”就不能被验证。这时候,当L2的零知识证明系统阵营所有转账都被正确执行、默克尔树都被正确更新时,只能说明一个区块内的转账有效,而不能证明来自特定区块的其他转账。

大多数第三类转账都是安全的,但是对于提现操作来说,提现的收款人未经验证,不能被零知识证明系统证明。

对于第一类转账来说,所有可能的第一类转账都能被证明,但不能被验证。类如,零知识证明系统能证明一些非L1发起的存款转账。

由于只有验证着能提交公开数据或者区块证明,所以社区必须信任验证者是诚实的。当验证者诚实时,以上所有的风险都不会存在。对ZKSwap来说,所有公开数据都在浏览器中同步公布,任何人都可以验证公开数据和任何链上区块。

将公开数据存在链下不是一个草率的决定。这个选择背后的主要原因是降低Gas费和提高可扩展性。

Gas费用

保持ZK-Rollup协议运行的一个痛点是Gas。为了向L1提交一个区块,需要消耗以下GasLimit):

一个区块中,最多可以包括120笔交易转账。

如果要在L1提交验证一个区块,需要消耗大约23万GasLimit,calldata费用约占31%。

可扩展性

可扩展性是另一个考虑因素。假设一笔L2转账消耗1850.7Gas,那么ZKSwap将消耗10%的以太坊Gas,整体TPS将在51.5。

这是在只有交易、没有提现的情况,所以正常使用中将消耗更多Gas,TPS会更低。

结论

保护用户资金安全对所有区块链项目来说都很重要,也是ZKSwap的核心价值。当转账的公开数据没有提交上链时,安全性就依赖于零知识证明电路。当验证者诚实时,用户的资产就是安全的。从技术角度来说,如果验证者不诚实,安全性将会是一个问题。这是降低Gas、提高TPS的一个权衡。

考虑到Gas消耗和可扩展性,ZKSwap做了一个艰难的决定,将公开数据不上链,换来对L2用户更高的TPS和更低的Gas消耗。

我们愿意倾听开发者和用户的反馈,让ZKSwap系统更好。我们也可以在任何时间将所有数据上链。事实上,在发布ZKSwap之前,我们已经实现了100%数据可用的版本,所以我们可用随时升级至这个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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