十分钟速览路印协议 3.0 使用 ZKP 扩容的原理及实践

本文简要介绍路印协议 3.0 的工作原理，以及如何使用零知识证明技术来实现可扩展和安全的 DEX。如果想深入学习，可以在 GitHub 上查看完整的设计文档。

作者：Jay Zhou，路印协议联合创始人兼 CMO

去中⼼化交易⽹络的开源协议路印协议 Loopring 在其 3.0 的技术设计中使用零知识证明（ZKP）加密技术，目标是在不影响安全性的情况下大幅提高协议的吞吐量，从而解决去中心化交易所的可扩展性问题。

在早期版本，路印协议实现了链下订单撮合，但还在链上进行交易结算，这意味着链上需要很高的计算和存储成本。为了解决这个问题，路印协议 3.0 通过使用零知识证明技术，将几乎所有的数据和请求计算迁移到链下，如交易撮合 ，并且链上只需要完成一个小的正确性证明验证。由于这可以在几毫秒内得到验证，因此采用零知识证明技术能极大提高可扩展性。

路印协议 2.0 能够在以太坊上验证并且每秒结算大约 2 笔交易，与 2.0 相比，在路印协议 3.0 中，关闭链上数据可用性后，可以实现每秒 450 个交易；开启链上数据可用性后，可以实现每秒 80 个交易。路印表示，随着路印协议的持续开发，吞吐量还可以进一步优化，在不久的将来每秒可以实现 1000 笔交易，当达到每秒 1000 笔交易时，每笔交易 gas 费仅需 0.0001 元人民币。

以下是路印协议联合创始人兼 CMO Jay Zhou 对路印协议 3.0 具体技术实现的简要概述。

Jay Zhou，路印协议联合创始人兼 CMO

默克尔树（Merkle Tree）

数据存储在默克尔树（Merkle Tree）中，默克尔树（Merkle Tree）使用帐户模型。每个用户都有一个帐户，与他的以太坊地址一对一映射。该帐户可以存储交易所支持的所有代币余额和用户交易历史数据。请求会修改默克尔树（Merkle Tree），并且在链上通过证明来验证状态的转换。

区块

为了提高效率，请求按区块进行批量处理。无论区块中有多少请求，验证证明的成本都保持不变，但是我们会在区块中限制请求的数量，否则链上证明验证将不再有效。区块包含的请求数量取决于请求的复杂性。如果一个区块包含多个请求类型，那么执行每种请求类型的计算需要额外的花费，所以我们现在限制区块为单个请求类型。

目前我们支持 5 种不同的请求：

1. 交易结算
2. 充值
3. 链上提现
4. 链下提现
5. 链下取消订单

构建功能完备的 DEX，只有前三个是必需的，后两个为用户和交易所提供了一些额外的灵活性。

一旦 DEX 运营商（Operator）在链上提交了一个区块，他还需要在限定时间内提交该区块的证明。因为生成证明需要一些时间，区块和证明的提交是分开进行的。一旦生成证明，运营商就可以发送链上的证明，从而验证区块中完成的状态转换。如果运营商不能及时提交有效证明，他将受到处罚，状态将自动恢复为有效状态。

数据可用性（Data Availability）

只有默克尔树根 （Merkle tree root ）存储在链上，这足以证明用户在 DEX 持有一定数量的代币。即使 DEX 运营商不合作，任何用户都可以在提现模式下提取他们的资金。

用户需要创建默克尔证明，因此他们需要访问完整的默克尔树，而不仅仅是默克尔树根。这些数据最好由 DEX 提供，但不能保证实际情况就是如此。为了确保所有用户都能获得数据，这些数据是在链上发送的，这是使用 CALLDATA 完成的，而不是存储，这样成本更低且更具前瞻性。目前，以太坊的成本仍然很高（虽然这在未来将有所改善），也限制了可以实现的最大吞吐量，这也是我们支持关闭链上数据可用性的原因，DEX 可以自由地实施一些链下解决方案。

用户流程

充值

交易开始之前，用户首先需要将一些资金充值到智能合约，这是通过链上交易完成的，并且请求会被添加到链上充值队列中。一旦 DEX 运营商将充值请求放在一个区块中，用户就可以开始交易。

交易

用户对订单进行签名，订单包含 DEX 结算订单所需的所有数据。该协议支持：

• 挂单（Maker）/ 吃单（Taker)（使用相同的订单）
• 市场订单
• 向 DEX 支付费用
• 从 DEX 向订单拥有者返佣
• 订单自动缩放
• 订单部分成交
• 双重授权，以防止订单或环路结算被窃取
• ...

订单撮合完全取决于 DEX，但在所有情况下，交易结算都遵守订单创建者的意愿。

DEX 通过撮合两个订单和向 DEX 运营商发送请求，来创建结算请求，该 DEX 运营商将把请求包含在区块中，以获得指定的费用，然后运营商在链上提交区块。

提款

如果用户想要从交易所提取他们的代币，他们需要做提款请求。如果用户在链上请求提款，DEX 需要在一定时间内将请求包含在区块中。如果超过时间限制，我们首先强制运营商通过提交链上提款区块来处理它。如果运营商仍然拒绝处理提款请求，则交易所进入提现模式。提现模式是不可逆的，即使交易所完全关闭，用户仍然可以提取资金，这可确保用户在所有情况下都能完全控制其资金，而无需信任任何人。

结语

目前 DEX 的采用还面临着许多障碍，不仅仅是缺乏可扩展性，但路印认为去中心化交易所是加密货币交易的未来，DEX 正在解决中心化交易所存在的问题，例如黑客攻击、数据泄露或资金冻结等。路印协议创始人兼首席执行官王东表示，路印协议 3.0 的开源技术可供其他项目团队使用，开发 DEX 和其他去中心化应用（DApp），为用户提供最佳体验，这便是区块链技术的去中心化精神。