如何用零知识密码学解决 DeFi 性能问题？

作者 | Brad Behrens

什么是DeFi

去中心化金融（DeFi）是一个新兴的生态系统，主要是在上，由协议组成，旨在使传统的金融服务成为无许可和非托管的服务。很多人将DeFi协议称为 "金融积木"，因为每个协议都是模块化的金融基元，具有与其他协议互操作的能力，能够创造出新颖的金融服务。这些新兴的金融服务包括去中心化交易所(DEX)，如Uniswap，它用自动做市商(AMM)取代了传统的订单簿模式，以非托管方式匹配交易，通过Synthetix协议提供的合成资产在链上暴露于真实世界的资产，以及借贷协议，如Aave和Compound等。

DeFi的需求与收费市场的竞争力

DeFi已经找到了明显的产品与市场的契合点，通过赚取收益率和使用DEX来促进代币交换，让加密资产产生效益的需求并没有减少的迹象。需求的不减反增对网络造成了很大的影响，用户通过增加加gas费来激励矿工优先打包交易。

按项目划分的每月DEX量：https://www.duneanalytics.com/

提高交易费用以利用市场机会（如新推出的治理代币或提供流动性以赚取池化资产的收益率）的动机将永远存在，因为这是任何市场中遵循货币激励的自然行为。然而，当协议还没有迁移到 2.0架构时，问题就出现了， 2.0 架构会通过分片来大幅提高主链的吞吐量。2017年通过推出非同质代币的（NFT）CryptoKitties而导致网络拥堵的这一交易/秒级瓶颈，现在与DeFi应用中的实体经济活动比以往任何时候都更加相关。

YAM协议启动

似乎每个星期都会有一个新的DeFi项目推出，提出一个新颖的货币实验，为早期参与者提供有吸引力的收益机会。最近推出的项目是Yam协议，它结合了受Ampleforth启发的弹性供应机制，以维持美元挂钩，在供应扩张时存储yCRV的金库，从部署开始的链上治理，以及受YFI启发的公平代币分配模式，其中不存在前矿或VC利益。

YAM项目启动期间的Gas价格：https://ethgasstation.info/

在最高峰时，由YFI、COMP和MKR等几种治理代币组成的YAM farming池锁仓的总价值（TVL）在不到24小时内就累积了相当于6.063亿美元的数字资产。虽然这些合约是由Synthetix的奖励/Staking 协议合约和Compound的链上治理合约组合而成；但该协议没有经过正式的审计，可能会对多个DeFi协议的参与者和链上治理造成不可预见的安全风险。因此，可以说基于一个未经审计的合约中，仅仅为了追求高收益的机会而快速积累TVL。

对Yam协议锁定的总价值(USD): https://yam.zippo.io/

DeFi愿景

DeFi的价值主张一直是创造无许可、非托管的金融服务，并以较低的进入门槛实现 "为无银行账户的人提供银行服务 "的目标。由于市场的竞争性和目前网络的可扩展性限制，小型市场参与者的进入门槛提高，这一愿景正在慢慢被削弱。由于在2.0第一阶段推出之前，这些可扩展性限制仍将存在，因此DeFi领域将被迫通过实施第2层可扩展性解决方案来适应，否则就有可能牺牲其愿景，即创建一个无许可的低准入门槛金融系统。

DeFi利用零知识密码学的技术

Layer2 可扩展性解决方案旨在减少链上交易量，即通过采用确保与链上交易相同的安全性和最终性的加密方案来减少链上计算量。DeFi生态系统的中心需求点是DEX，它促进了代币交换，并允许选择存入加密资产的参与者作为提供流动性的手段，以促进低滑点交易，从而以交易费、治理代币或加密资产收益率的形式赚取奖励。因此，要想充分扩大规模以降低区块空间的需求压力，首要关注的就是这个中心基础设施。

ZK-Rollup

一个突出的Layer2可扩展性解决方案是ZK-Rollup，其中一组交易可以通过zk-snark加密打包在一起成为一个单一的交易。这种结构的基本前提是承认交易数据包含13个字节（to, from, value, fee, nonce）的事实，因为数字签名包含32-96个字节，这需要更多的gas来验证每个交易。

ZK-Rollup结构涉及到一个Relayer节点收集一组交易t[1]，t[2]，...，t[n]，他验证每个交易数字签名是否正确。然后构造一个zk-snark证明，以证明交易集的每个从前状态到后状态的状态转换是有效的，这使得状态转换可以以更低的成本在链外执行。

这种Layer2构造对于需要高吞吐量、快速结算时间和廉价交易费用的平台来说非常重要。现代DEX符合所有这些要求，并且由于对区块空间的高需求，以及在等待交易确认时依赖于分配的交易费用和交换ERC20代币所需的多笔交易方面，受到收费市场竞争的影响。

Loopring协议v3.0已经实现了以主链作为交易数据的单一真实来源的zk-rollup构造，俗称Layer2扩展性中的数据可用性，并实现了2025 tx/s的显著吞吐量和0.0002美元/交易或150美元/百万交易的结算成本。然而，关于Loopring的DEX的分析并没有意识到zk-rollup构造所提供的潜力，因为大多数DEX交易量是由Uniswap和Curve主导的，因为他们的激励措施是吸引和保持低滑点交易的流动性。

每天处理的循环交易：https://www.duneanalytics.com/

Optimistic Rollup

Optimistic Rollup是另一种Layer2可扩展性解决方案，它不使用零知识密码学来产生简洁的证明，以此来减少链上计算量，而是依靠一种叫做欺诈证明的机制来对抗状态根对主链的恶意承诺。欺诈证明是指证明聚合器（负责链外交易Rollup的实体）所进行的状态转换是欺诈的机制，并导致Rollup侧链的回滚。

聚合器通过在链上卷起智能合约中被绑定的事实，激励他们提供正确的承诺，如果做出了欺诈性承诺，可以通过欺诈证明，那么聚合器将收到恶意行为的经济处罚。

Synthetix OVM交易所演示

Optimism已经开发了一个Optimistic Rollup解决方案，它采用了Optimistic的虚拟机（OVM），作为智能合约的Layer2运行环境，可以在虚拟机（EVM）上执行。Synthetix协议在一个Layer2交易所上发起了一个试验性的交易竞赛，利用OVM来利用增加的可扩展性，表现在交易执行的gas成本降低了143倍，以及快速交易确认和减少预言机更新延迟的用户体验优势。

使用OVM的SNX Layer2交换统计：https://medium.com/ethereum-optimism/synthetix-exchange-meets-the-ovm-2de3a572d6df

Fuel Optimistic Rollup

Fuel Labs已经开发了一个高度优化的基于UTXO的Optimistic Rollup，用于快速、安全和低成本的ERC20交换。Layer2协议是无许可和非托管的，这意味着为ERC20设计的DEX可以使用Fuel的优化rollup作为其基础层。Fuel v1在Ropsten基准上包括10万笔转账，在150gwei的情况下，成本约为8343美元。BLS签名的集成改进了比特币ECDSA，其中每个数字签名必须独立验证，BIP 0340 Schnorr签名将交易中的所有数字签名和公钥梳理成一个单一的密钥和签名；BLS签名结合了一个区块内的所有签名。将这种签名实施到UTXO optimistic展期时的可扩展性优势将降低成本约（4-8倍），并将吞吐量提高到约2-2.5k个交易/秒。

Fuel v1 Ropsten结果：https://docs.fuel.sh/v1.0.0/Introduction/Benchmarks.html

总结

DeFi生态系统的现状受到Ethereum主链固有的可扩展性问题的影响，并正在牺牲其建立一个更具包容性的金融体系的愿景。通过提高交易费用来提高区块空间的竞争市场，正在增加小型市场参与者的进入门槛，这正是DeFi协议所要渗透的人群。

DeFi协议可以通过Layer2 Rollup解决方案利用零知识密码学，通过代替验证链外执行的状态转换的zk-snark证明，可以聚合交易并显著减少gas费。Layer2 Rollup解决方案不仅具有显著的可扩展性优势，还能通过即时交易改善用户体验。未来的DEX将是快如闪电、无gas的。