Zkswap提出了一种实用的zkrollup协议zkspeed，可以大大提高TPS，降低gas开销

以太坊网络是区块链世界上最活跃的开发平台。每天的拥挤和更高的手续费使生态环境中的应用程序和用户痛苦不堪。最近，单笔转账的平均费用高达24.7美元。如果这种不良经验得不到改善，将对以太坊的发展产生负面影响。

因此，近年来，越来越多的区块链研究者和开发者致力于底层技术的研究，试图通过各种技术手段来改善整个网络状态。第一层有技术解决方案，如ETH 2.0切片技术，通过修改或优化区块链共识网络，提高网络区块交付效率，加快区块确认时间，达到链上快速交易的目的；Layer2也有技术解决方案，在保证第一层功能简单、强大、稳定的前提下，将一些原始数据放在Layer2，第一层的一些计算和操作在链下进行，然后通过密码技术保证链下这些操作的准确性。

但从长远来看，基于Layer2的扩展技术更适合区块链的健康发展

由于区块链的基础设施清晰、稳定且易于维护，第一层可能会因为基于它的复杂逻辑而变得越来越脆弱。因此，区块链的结构发展方向应该是尽可能保持第一层的静止，除非出现重大变化，比如密码技术的突破，导致底层密码原语的修改。其他复杂的逻辑和创新应用都在Layer2完成，第一层和Layer2相辅相成。

研究者们逐渐发现了这一点，基于Layer2的扩展技术解决方案层出不穷。然而，理想是充实的，现实是艰辛的。当理论需要实践时，开发人员会发现，为了达到预期，有太多的地方需要权衡利弊，他们可能不得不为不同的应用场景做出不同的妥协。

到目前为止，ZK-rollup、optimal-rollup、valium和plasma是讨论最多的Layer2扩展方案。这里我们用星光大道的阿维胡·利维的照片来区分他们

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（四种以太坊扩建方案比较）

这四种方案的特点如下：

Zkrollup：由以太坊的研究人员提出，其特点是所有的计算过程都是在链外计算并存储在链上，计算中涉及的明文数据以calldata的形式发送到链上的合同中，以降低存储成本。同时，零知识证明算法保证了链外计算的正确性。也可以看出，该方案可以大大提高效率，TPS还可以降低单笔交易的成本。

最优汇总：从图中可以看出，最优汇总和ZK汇总在同一条线上，这意味着它们有一个共同点：明文数据以calldata的形式发送到链上的contract；差分法是最优上卷法，采用交互误差证明法保证链下计算的准确性。如果发现恶意行为，将受到处罚。与ZK-rollup相比，最优rollup的安全性假设较弱。

瓦利迪姆：这个计划是由星光公司提出，V神批准的，因此得名。其特点是计算过程在链下完成，零知识证明算法保证了计算的正确性，最终的世界状态被验证并存储在链上。另一个需要注意的是，为了获得更好的可扩展性，事务数据也存储在链下，数据可用性证明由可信的“数据可用性”委员会提供，这个方案虽然损失了一些数据可用性，但确实提供了更好的数据可扩展性，因此在实际应用场景中，这个计划可能会得到更多的支持。

等离子体：由V-God提出，与其他三种方案相比，该方案提出得最早。该方案具有链外计算、链上存储、链下存储事务数据等特点。该方案简单粗暴，用户可以通过发起错误证明来证明执行者的恶意行为，从而获得对执行者的奖惩。

尽管有上述解决方案，但由于没有真正的应用程序运行在第2层上，因此很难决定哪一个更好。目前，以太坊上最活跃的应用概念是DeFi，DEX占用的网络资源最多。Layer2的提出显然将为DEX的发展带来更大的空间。Layer2的着陆可以从一个具体的案例中看出。

目前，zkswap是市场上热门的探险家之一。zkswap提出的Layer2扩展方案称为zkspeed（一种实用的、可扩展的ZK rollup解决方案，一种实用的、可扩展的ZK rollup协议）。

以下为zkswap设计方案与上述方案的关系示意图：

从图中可以看出，zkswap的第一个扩展方案zkspeed infrastructure结合了ZK rollup、valium和plasma方案的特点。在此基础上，通过聚合验证、GPU优化和验证电路优化三种方案，大大提高了整个网络的吞吐能力。

在详细介绍之前，我们需要解释一下为什么采用事务数据链路下的存储方案。实际上，zkswap的初衷是完全按照zkrollup的方案来实现，这样不仅可以降低交易成本，而且可以保证链上数据的可用性。这样，用户可以随时提供Merkel树的有效性证明，并从链中提取自己的资金。遗憾的是，经过实际测试，在这种方案下，上行链路的成本仍然非常昂贵，Layer2的每一笔交易的气体限制约为6000。作为对比，以太坊在第1层的气体极限为21000，普通ERC20的气体极限约为50000。这与二层高通量、低瓦斯的扩张目标相去甚远，在链上的速度非常快，但交易成本非常高，会降低用户主动进行交易的意愿，因此，如果二层的平均交易成本过高，Layer2的高TPS很难实现。因此，要在真实场景中使用二层扩展方案，首先需要二层资本的绝对安全性；其次需要二层的TPS足够快（zkswap二层的TPS超过100，可以继续改进）；第三，Layer2每笔交易的天然气成本仅需占主网交易成本的5%或2%。

在zkspeed方案中，链下数据处理分为两部分，所有与第1层交易相关的数据实时链接，保证资金安全，并实时生成零知识证明和验证证明。而对于只涉及Layer2的事务，则采用分布式存储方案，实时公开原始事务数据，并实时链接数据汇总。目前，数据汇总长期由layer2提供，数据摘要的计算和发布可以分布式的形式进行，并引入社区验证。Zkspeed方案对链下数据进行分类，大大提高了数据的可扩展性。在数据可用性方面，从长远来看，zkspeed方案的可扩展性要优于最优的rollup方案。从长远来看，以太坊第1层的每一块气体都会受到限制，如果所有数据都存储在链路上，那么第2层系统的可扩展性就有一个明显的上限。考虑到链路上的燃气成本巨大，实际应用中这种二层系统的TPS很难超过20，实用性将大大降低。

zkspeed协议通过对链下的数据进行分类，实现了数据可用性和数据可伸缩性之间的权衡。如果解决了数据可用性问题，下一步就是提高零知识证明系统的可用性和处理速度。Zkspeed方案基于零知识证明算法，保证了块中所有事务引起的世界状态变化是正确的。一次处理多个事务，首次提高了系统性能，带来了更高的TPS。然而，这种解决方案带来的改善效果只能说是勉强可以接受的。zkswap团队对此不满，坚持寻找新的技术解决方案，以实现更高的系统容量和更低的交易成本。经过不屑的努力，我们终于找到了一种新的解决方案，即聚合证明。

Nbsp；综合证明

聚合证明的逻辑非常简单。众所周知，在基本的Layer2扩展方案中，一个块对应一个有效性证明，链上契约验证证明的有效性。现在以太坊的平均阻塞速度是每阻塞15s。如果链可以一次验证多个区块的有效性，则每个交易的成本将大大降低。基于这种思想，zkswap采用了聚合证明方案。所谓的聚集证明方案是为每个块证明一个证明。然后通过零知识证明（验证过程又被视为一个电路），证明在一段时间内或固定块数内生成的多重证明是有效的。这样，多个块证明的有效性在链上只能验证一次。

经实际测试，zkswap单笔交易费用降到1000（气限），相当于以太坊主网ERC20转网费用的1/50（以太坊主网转网气限约5万）。这个结果足够令人惊讶。试想，如果能在主网的阻塞时间区间内生成更多的零知识证明，整个系统的TPS将得到极大的提高。因此，zkswap在GPU版本的plonk算法的实现上也做了很多努力。与CPU版本的plonk算法相比，zkswap算法的计算速度提高了3倍以上。同时，zkswap还致力于通过大高性能机器实现GPU版本的plonk算法，它专门用于零知识证明的生成。对于2^28功率的超大油轮，生成一个证明只需不到2分钟。但同时，受算法中使用的椭圆曲线参数的限制，每个块中可证明的最大事务数和可证明的证明数都有一个上限，从而限制了系统的性能上限。尽管如此，zkswap最终测得的TPS仍然远远超过其他现有产品。目前，在最新的应力测试中，采用zkswap方案的zkswap工程TPS可达100多个。

Zkspeed专注于不需要可信设置的递归snark。与聚合证明相比，递归snark不需要可信设置，一次可以验证的块数是无限的，这只取决于块输出和证明生成的速度。

系统的测量结果

以下是与几种常见交易类相对应的费用列表。详见下表：

由于存取款的操作涉及到与第一层的交互，因此交易成本高于Layer2的转账和掉期。然而，无论哪种交易类，每笔交易的成本都一直领先于业内其他产品。基于zkspeed方案的Zkswap实现了资金安全与高TPS、低天然气成本的综合权衡，具有很大的实用价值。在Layer2的实际应用中，具有很大的技术优势。

期望

Zkspeed layer2扩展方案是一种实用的工程优化ZK汇总方案。通过零知识证明的聚合证明、plonk算法的并行处理和链下数据的分类，大大提高了layer2系统的TPS，降低了layer2事务的gas代价。zkspeed方案与其他layer2方案（zk sync、optimal roll up和plasma）相比，在实用性上有了较大突破，将率先支持DeFi应用在layer2的大规模部署。有关zkspeed方案的详细信息，请注意即将发布的技术白皮书和系统示例（zkspeed.org网站）