All about zkSync Era

本文旨在zkSync Era分析发展现状,竞争格局,展望未来愿景。

Background

零知识证明本质是一个信息压缩系统,将待证明的Statement压缩为一个可验证的proof。这个proof可以有一些好的性质,比如数据量小(扩容)、零知识性(隐私)。

zk proof system
zk proof system

zk证明系统在工程中分为

  • 前端:编译器,statement -> circuit,将需要验证的 Statement 算数化为一个约束系统(只有乘法门加法门的程序的抽象,例如R1CS,AIR);

  • 后端:证明系统,circuit -> matrix -> polynomial -> proof,检查电路正确性的交互式论证系统(例如 Marlin, Plonky2, Halo2, Stark);

zk应用开发团队主要工作是前端,提供zk性质的后端主要是学术工作,是开源库且不断迭代的。不同协议的性能差异(证明时间、大小、安全性)也来自于后端。zk良好的性质和区块链场景契合,目前已有多个应用场景,例如扩容、跨链轻节点、隐私交易、机器学习、链上索引、隐私预言机等,目前最知名且最快落地的应用是以太坊扩容的zk-Rollup。

ZK-Rollup利用链下 zk(E)VM 运行并处理交易,生成证明交易被正确执行的proof,链上合约验证上传的zk proof,确保证明的正确性。在工程上即为每个opcode编写电路并组合在一起,但EVM对zk算法不友好(特殊的opcode,基于栈的虚拟机,存储开销大),因此不同ZK-Rollup在技术上的差异在于对EVM兼容性和性能的trade-off,即对指令集的兼容。

ZK-Rollup Circuit
ZK-Rollup Circuit

Fundamental

L2承接以太坊溢出流动性,由于更好的正统性和安全性,过去一年中TVL、TPS大幅攀升,逐渐终结EVM兼容Alt-L1叙事。OP-Rollup领域Arbitrum和OP两强格局初定,而ZK-Rollup领域的大战才刚刚开始。主流叙事认为由于相较 OP-Rollup 的优势(安全扩容,更快的确定性,更好的性能,长期的低成本),ZK-Rollup 是以太坊扩容的长期解决方案,受到顶级资本和以太坊基金会的支持,势必在未来愈演愈烈的L2战争中占据一席之地。

zkSync Era 是 Matter Labs 推出的 Language-Level 兼容的 zkEVM,选择使用更小的指令集妥协EVM兼容性,将Solidity转换成 LLVM IR 后再转换成自制的VM指令,来得到更好的性能和更低的开发难度。

ZK-Rollup Comparation
ZK-Rollup Comparation

因此zkSync 是最早(2023/03)上线无许可部署主网的 zkEVM,具有一定先发优势,受到Arbitrum空投和顶级资本投资的刺激,TVL、DAU在短短3个月上升为仅次于Arbitrum和Optimism的L2,大幅领先于StarkNet和Polygon zkEVM,整体来看已经在ZK L2的竞争中占得先手。

zkSync Data
zkSync Data

但L2Beat的TVL数据($542M)和DeFiLlama($160M)差别较大,原因是L2Beat计算跨链桥从 L1 锁定的资金,DeFiLlama 计算由列出的 Dapp 管理的资金,差额是躺在钱包里未利用的资金。结合跨链过来的资金单地址金额较小,**说明当前zkSync相当一部分用户,不想/不敢/不在乎使用zkSync当前的Dapp,其唯一的目标是刷空投,不在乎和协议交互产生的利息、收益或者炒山寨币的收益。**近期市场趋冷,DAU大幅下降也印证了该点。

TVL Breakdown
TVL Breakdown

Competition

Rollup的竞争要素主要可分为供给侧(生态,技术)和需求侧(用户体验,用户采用)。

Competition Table
Competition Table

生态

生态项目是竞争的关键,开放的生态,开发者友好,强市场运营能力,可以驱动培育原生明星项目(Arbitrum, Solana, BSC, etc.)

  • 开发者体验:相较于 OP-Rollup 和后续可能推出的 Bytecode-Level 兼容的zkEVM,zkSync开发体验较差,Solidity 代码需要修改和重新审计,不能使用熟悉的工具链(例如Hardhat, Remix),给生态扩张带来严峻挑战,大大滞后了zkSync出爆款应用的时间

  • 先发优势:由于zk技术的复杂性,其他zkEVM主网发布时间滞后,且通常在主网发布后还需要一定时间的白名单保护(例如Polygon zkEVM)。zkSync选择最早推出,并冒着早期bug频出的风险率先推出无许可部署,可以争取到先发优势,提早发育生态。需要持续关注先发优势能否保持、能否在窗口期构建原生项目形成网络效应,留住用户和资金

  • 市场运营:zkSync拥有头部资本(Blockchain Capital, Dragonfly, a16z, Coinbase)和DeFi协议(Uniswap, Aave)的支持,但官方引入的生态项目迟迟不支持主网,看不到具体的市场定位(高性能?游戏?DeFi?),对开发者的扶持力度也不够(对比StarkNet)。虽然很大程度上可以归因上线时机不佳,但运营能力不足也是事实

交易成本

技术决定交易成本决定用户体验,低交易成本可以刺激用户采用。当前L2交易的成本90%以上来自于Batch存储在L1上calldata成本。

Rollup Flow Chart
Rollup Flow Chart

ZK-Rollup的Relayer (Sequencer&Prover) 执行Rollup上的交易,生成Proof,打包成Batch,以calldata的形式一起上传至L1上的Rollup合约。合约验证proof,更新state root。和OP-Rollup相比,ZK-Rollup需要提前支付验证成本(前者只有在收到挑战时才需要),和链下的证明成本。相应的,由于在proof验证过程中已经证明了交易被正确执行,理论上可以不必像OP-Rollup一样在Batch中包含全部交易数据

Arbitrum目前大约每900笔交易提交一个Batch,消耗大约1.8M的gas,平均每笔交易 2,000 gas。zkSync 中的Batch提交被拆分为三个交易,Commit(收到并检查),Prove(验证proof),Execute(Finalize the state)。目前每500笔交易提交一个Batch,消耗大约1.8M的gas,平均每笔交易 3,600 gas,和OP系在一个数量级但略高。

zkSync Batch
zkSync Batch

zkSync在 Batch 中仅包含 state diff (output) 而非交易数据 (input),能大幅降低单地址高频交易(游戏/预言机/订单簿DEX)的成本,当前效果并不明显。目前还没像Polygon zkEVM上线Recursive Proof (Plonky2),允许一次验证多个Batch的proof,交易成本还有进一步下降的空间。

理论上长期来看ZK-Rollup的成本能做到比OP系更低。但EIP-4844 后L2交易成本差异被抹平至同一个数量级,ZK可能需要在高频交易的应用层,或可以利用Recursive Proof的L3才能体现出优势。

用户体验

  • 最终性:ZK-Rollup不需要7天的挑战期,但OP可以通过跨链桥绕过,影响较小

  • 账户抽象:zkSync通过引入修改版EIP-4337实现账户抽象,OP和其他ZK-Rollup也已经/陆续支持,影响较小

  • 交互体验:由于电路算法复杂和Verified的时间有滞后性,早期Gas费高、交易失败、滑点不稳定等问题让交互体验差强人意,这需要生态数据达到一定体量后才能达到稳定的均衡状态,目前无法解决

  • 协议更新:以太坊协议层的每次更新意味着新的电路编写和审计,对比OP系会在一定时间内落后于主网更新

用户采用

  • 空投预期:对比已经空投过的OP系和没有新Token的Polygon,用户明显对zkSync有更大新生态淘金的兴趣。

Ecosystem

目前zkSync Era上项目在逐渐丰富,但主要还是DeFi基础设施(DEX,借贷,稳定币),项目平均质量低,创新机制较少。用户、资金、开发者都在增长的早期,各赛道的市场格局也尚未固化。
通常来说,Rollup的DeFi生态发展会经历三个阶段。

  1. DEX War:跨链头部 DEX 和 原生DEX 竞争,在流动性(TVL)、资本效率(AMM 效率)以及Token价值捕获等方面构建护城河;

  2. DeFi 生态的扩展:涉及借贷、稳定币、Yield Farming、衍生品等的发展和壮大,通常是现有协议的fork,和DEX War同时发生;

  3. 原生创新:当DeFi基础设施和资金都准备好后,Rollup 需要用生态代币空投引导原生创新项目增长

目前zkSync Era还处于第一阶段,DEX项目数量众多,还未决出胜负。绝大部分资金在DEX中的ETH/USDC池闲置,表明人们对 zkSync Alts 缺乏兴趣,更多是来新生态淘金的需求。原生DEX 在产品机制上并没有太多创新,考虑到头部 DEX(Uniswap, Curve)均未迁移,具有创新机制的原生 DEX 可能具有先发优势。其中iZiSwap和Maverick有比较丰富的原生探索,需要继续观察能否转化为用户和资金的增长。

zkSync DEX War
zkSync DEX War

其余赛道目前没有什么发展,借贷头部 Eralend 和 ReactorFusion 都是简单的 Compound fork,稳定币和衍生品等还在拓荒阶段。

Future

从以上分析可以看出,zkSync的未来并没想象中乐观。“时运不济,前有猛虎 ,后有豺狼”:宏观流动性匮乏和监管压力让开发者、用户、资金都兴致不大,OP系生态已可圈可点,后续还有各类zkEVM主网即将上线。

协议层,zkSync技术底层的创新性优势待释放。理论上相比OP,ZK-Rollup可以实现更高的TPS、更低的交易费、且去中心化性更极致,但现阶段由于用户采用少,电路复杂度高,以上指标还在一个数量级。

TPS & Fee
TPS & Fee

虽然主网发布后路线图尚未更新,但根据2022年的Deck、CEO Alex Gluchowski的采访和Head of Engineering Anthony Rose的播客,大约需要1年时间来升级VM和Prover,然后才会考虑去中心化Sequencer和发布Token,最后才是去中心化Prover。

2022 Roadmap
2022 Roadmap

本应和zkSync Era主网同步上线的链下DA解决方案zkPorter,以及基于其上构建的可定制L3 HyperChains (zkSync 3.0,本来预计在2023Q1上线测试网),应该在不久的将来推出。

zkPorter & HyperChains
zkPorter & HyperChains

应用层,熊市下很难快速构建起应用护城河。zkSync 性能和成本上的提升还未完全显现,特有应用创新(全链游戏、zkml)还处在叙事阶段。

Strategy

总体来说,zkSync是当前zk-Rollup赛道的龙头被寄予厚望。但推出时间市场环境不佳,zk技术落地迟缓,即使有一定先发优势,也很难在短期构建网络效应。

观察zkSync官推的信息流,团队更倾向于在熊市中坚持Build生态,追求健康的TVL和DAU的增长。考虑到其他zkEVM项目Roadmap一再延迟,和一大批合作项目尚未上线主网,或许可以延长窗口期,给优秀项目接触掌握开发创新zk项目壮大生态留足时间。 从交易的角度,可能有如下的thesis:

  • 不同Rollup的技术、性能、成本等参数可能并不构成护城河,起决定作用的还是生态,需要建立并定期更新包括基本数据(TVL/DAU/交易费)、协议更新和项目追踪对比的数据库,关注边际变化;

  • zkSync的Token可能在1-2年后才能上线,可以通过配置生态不同赛道头部项目来捕获Beta,例如IZI Swap和Maverick

  • Catalyst: 可能在10月份的 EIP-4844

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