ZKX 架构：深入探讨

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April 7th, 2023

官方原文链接：

zkx.fi

该博客深入探讨了 ZKX 架构。我们未来的博客将涵盖有关 ZKX 基础知识的技术论文，例如 ABR、High Tide 以及更接近测试网的 ZKX 交易平台的特定组件。

介绍 ZKX

我们正在 Starknet 上建立第一个具有自我托管和真正社区治理的永久性未来交易所。该交易所利用账户抽象和低交易成本来提供与 CEX 一样可扩展的新一代 DEX。该协议还具有改进的代币经济性，质押的原生代币获得收益分成，社区中的任何人都可以参与 ZKX 的发展。

概述

ZKX 的架构由两层组成，每一层都有其特定的作用。

第一层是以太坊智能合约，使用solidity，第二层是Starknet智能合约，使用Cairo。
分散的 ZKX 节点网络位于顶部，由数据可用性、网络预测、计算算法和网络内的共识组成。

去中心化和无许可是 ZKX 的基础，确保用户可以完全控制他们的投资和协议的功能。这对于为 DeFi 构建可持续且值得信赖的生态系统至关重要。

为什么是Starknet？

选择在 Starknet 上构建是因为它的环境允许在其他 web3 环境中做不到的事情，以及它在 StarkWare 生态系统中精心策划的开发人员社区。StarkWare 的信誉、一致的交付以及在 StarkEx 解决方案方面的良好记录使他们成为 ZKX 的理想合作伙伴。为开发人员创建工具以扩大 web3 在市场上的影响力的愿景与我们的目标一致。

解决可扩展性和去中心化问题

加密领域的衍生品市场仍在不断发展，已经提出了多种模型。三种基本的加密货币衍生品模型是虚拟 AMM、Synthetix 模型和中心化订单簿。

虚拟AMM 模型类似于 Uniswap，其中有两个代币池，一个是抵押品（通常是稳定币），另一个是实际的虚拟资产。这种模型对于较小的交易是有效的，但不适合高频交易，因为它变得更昂贵。
另一方面，Synthetix 模型通过 Oracle 价格跟踪共同资产的合成头寸**。**该协议有一个抵押品池，可以吸收损失或收益并提供流动性。这种模式在一定程度上是有效率的，但是损失是社会化给有限合伙人的。
集中式订单簿模型在dYdX 和其他交易所等平台中实施。在这种模式下，做市商为用户提供流动性和市场深度，让用户可以轻松交易。然而，这种模式是中心化的，并且依赖于运行在 AWS 或谷歌云上的服务器，限制了它去中心化或抗审查的能力。它还面临可扩展性方面的限制。

我们为 ZKX 交易所**创建了自己的节点网络来解决这些限制。

ZKX节点网络

节点网络是一种解决方案，它结合了虚拟 AMM 和 CLOB 的最佳功能而没有它们的弱点。它由一系列节点组成，这些节点使用共识算法相互交互，可以进行去中心化的订单匹配。

每个节点都组织为一个原子节点，构建为一组带有服务总线的超级隔离微服务。
每个节点都能够在节点网络中运行所有可能的操作。
每个节点都能够作为一个
计算节点（提供存储、内存和处理资源），
签名节点（收集共识），
任何给定时刻的调度程序节点（平台的连接网关）。

节点网络有两个基本部分：

去中心化限价订单簿 (DLOB)
数据提供者服务 (DPS)

1. 数据块

去中心化交易所 (DEX) 空间在不断发展。DEX 用户是时候告别自动做市商 (AMM)，迎接链下去中心化限价订单簿 (DLOB) 了。ZKX 协议提供更高效和用户友好的交易体验，类似于传统金融中的执行机制，但具有完全去中心化和无需许可的额外好处。

**没有中间商，用户、ZKX 节点和智能合约之间直接交互。**它提供了用户一直渴望的急需级别的安全性和可靠性。ZKX 协议原生构建在以太坊和 Starknet 上，使其成为 DEX 用户安全可靠的选择。

**最具创新性的特征之一是它使用了状态原则的部分知识。**这允许 ZKX 去中心化节点托管 DLOB、数据提供者服务、价格引擎和交易匹配组件，同时确保 DLOB 的安全。

2.DPS

数据提供者服务 (DPS) 是定价引擎和外部数据源之间的网关。

DPS 旨在确保高效、安全地处理数据请求。**作为数据请求的单一入口点，DPS 可以访问多个数据源以获取所需的信息。**这允许高度的灵活性和可靠性，因为 DPS 可以访问多个来源以确保数据是最新的和准确的。

更令人印象深刻的是，DPS 不需要获取数据。相反，它有自己的**Provider Library 标准，可以连接到第 3 方数据提供者。**这意味着 DPS 可以访问广泛的数据源，使其能够向 ZKX 协议提供准确和最新的信息。Data oracle是ZKX系统和众多外部Data Provider之间的一层。在我们的例子中，它将是 RedStone 和其他第三方提供商。

节点网络共识

需要一个健壮的共识算法来确保 ZKX 节点之间可靠和高效的通信。

当单个节点需要与其他节点通信时（即在去中心化限价订单簿中查找非本地订单/掉期对、查找外部价格、计算 ABR 或高潮分数），它需要决定如何进行此操作信息将在网络中发布和传播。

**Catamaran 是一种多方面的共识算法，它改进了 Paxos 和 Raft 等传统算法。**凭借其增强的领导者投票算法和多组包容性，双体船提供更高级别的容错和防篡改。这意味着节点选举更快、更可靠，并且更适合去信任的去中心化设置。

Catamaran 增强了可靠性，分离了共识的关键要素，例如组的根节点投票、组复制和安全性，并强制执行更大程度的一致性以减少必须计算的状态数量。

它建立在 Paxos 的效率之上，但将可靠性提升到了一个新的水平。通过分离共识的关键要素并强制执行更高程度的一致性，Catamaran 减少了需要计算的状态数量和传输的数据包大小，从而减少了 ZKX 节点彼此不一致的方式数量。

基准

节点选举：可靠领导的随机计时器

Catamaran 的突出特点之一是其节点选举过程。Catamaran 不依赖单个领导者，而是使用随机计时器来选举领导者，使领导状态更加稳健，并快速并行地解决选举冲突。这种创新方法在心跳协议中添加了少量内容，从而使系统更加可靠和高效。

组根节点：简化 DLOB 订单流程

Group Root 节点在管理 DLOB 订单流方面起着至关重要的作用，使流程更简单、更线性。DLOB 订单仅从组根节点流向其他 ZKX 节点，在迭代中完成。此设计功能增强了系统的整体可靠性并简化了 DLOB 管理。

ZKX节点组：双重共识，顺畅运行

Catamaran 的另一个令人印象深刻的方面是其更改组中 ZKX 节点集的机制。在组过渡期间使用双重共识方法可确保 ZKX 节点组可以继续正常运行，即使在配置更改期间也是如此。这种双重共识方法给算法起了个名字 — — 双体船。

性能和网络规模

在我们追求构建能够处理复杂公式（如 ABR 和 High-Tide）计算的节点网络的过程中，我们非常重视可扩展性和性能。网络能够根据需要增长和扩展，同时保持高性能水平，这一点至关重要。

我们的测试表明，该网络在其当前测试形式下能够超过 9000 TPS，并且添加新节点会导致系统吞吐量线性增加。

我们有一个扩展节点网络的三阶段计划：

第 1 阶段：测试网启动将由少量节点（几十个）提供支持，以处理初始系统负载。
阶段 2：主网启动时节点数量将增加到一百多个。
阶段 3：一旦网络需求增加并且我们将 ZKX 分散到 DAO 结构中，我们预计会有数百个额外的节点加入，社区能够成为节点运营商节点网络将去中心化并向所有人开放，节点运营商能够在交易所收取部分交易费用，并为提供给智能合约的服务付款。
去中心化计划将涉及 ZKX 的代币经济学、质押和无需许可的节点客户端。随着交易量的增加，将提供激励措施以激励节点运营商并推动收入增长。