作者：Yiping, IOSG Ventures

文末还提供了由本文训练的 AI ，你可以提出与本文有关的任何问题。

以前只有以太坊和比特币。他们拥有最多的流动性，最多的用户，最多的应用和最多的生意。2020 年后，泛起了许多新的区块链，如 Avalanche，Polygon 和 BSC。

在这些链的主网推出后，我们看到了从以太坊和比特币到 ALT Chain 的范式转变。用户从以太坊转移到 ALT Chain 来寻找新的时机。开发者从以太坊转移到 ALT Chain 来分叉现有项目。这些开发者为追求高回报的用户缔造了新的时机。

以太坊曾经拥有加密钱币天下中除比特币之外的所有流动性。在 2020 年底，以太坊 TVL 占比急剧下降到 60% 左右。以下是 165 个链的 TVL 数据。

今天，各大链 TVL 饼图看起来是这样的。以太坊占有了大部门的流动性。Tron 和 BSC 占有第二和第三的位置。

在将资产和流动性涣散到差其余链上后，用户最先思量若何在差其余链上治理和移动资产。资产刊行者也思量若何通过扩展到差其余链来扩展他们的用户。

跨链资产桥在 2022 年最先盛行。用户不再使用 CEX 作为跨链桥，而是实验转向去中央化的跨链桥。资产跨链桥有时会卡住，并容易受到攻击，但它更容易使用和用来转移大量资金。

然而， 资产跨链桥还处于早期阶段，而且不能知足 DApp 开发者的需求。资产跨链桥只能让相同的资产在差其余网络之间流动。这对于开发者来说用处过于局限。开发者正在寻找一种加倍通用的跨链方式。

跨链通讯拥有壮大的自界说性。开发者完全可以基于跨链通讯开发全链 DApp。DApp 构建者希望在差异链之间转达新闻并获取需要的区块信息。有了这些的特征，全链 DApp 的构建范式从互不通讯，转向漫衍式的设计。在互不通讯，相互自力的模子中，差异链上的 Dapp 实例无法相互共享数据。在漫衍式设计中，Dapp 实例可以相互通讯，并可以定期将数据同步到一个实例。该实例获取所有数据并可以修改其他实例上的参数。

借助 ZK 驱动的跨链通讯，由于 ZKP 可以提供精练的证实，它可以消耗更少的存储，将源链状态中继到目的链。此外，在目的链上验证 SNARK 证实相对廉价。ZKP 的这两个主要特征可以实现低成本的跨链新闻和状态转达。在目的链上的验证源链状态可以实现 IBC 气概的跨链桥接。这大大增添了跨链的平安性。

当下

大多数区块链网络相互隔离，无法直接交流资产或代币。跨链资产桥允许用户在差其余区块链网络之间转移资产或代币。

随着 Wormwhole、cbridge 和 Stargate 等项目的推出，跨链资产桥的看法在已往几年最先受到关注。这些项目旨在确立可互操作的区块链桥，用户可以无缝地交流资产和代币。

跨链资产桥无法知足开发者的需求。开发职员正在寻找一种更通用的跨链方式，即跨链新闻协议。 为了知足开发者的需求，这些跨链桥大多都有自己的跨链新闻协议，例如 Celer IM、LayerZero、Multichain 的 anyCall、Connext 的 xcall。他们提供了类似这样的 API

跨链新闻通讯协议是基于其跨链资产协议实现的。通过一些修改，这些跨链资产协议现在可以在链之间转达新闻。这使得他们很难为跨链新闻协议实现定制功效，由于整体设计需要兼容跨链资产转移。它们缺乏构建跨链应用程序的一些要害功效，例如将新闻从一条链广播到差异链上的所有其他部署合约。这使得开发职员很难构建适用的全链 DApp。

跨链新闻通讯协议仍处于早期阶段。没有大型全链 DApp 完全确立在这些跨链通讯协议之上。

为什么需要 ZK？

虽然这些跨链桥带来了许多便利好，例如提高资金行使率和改善用户体验，但它们也带来了平安风险。针对跨链桥的攻击给用户造成了伟大的经济损失。这使得平安性成为跨链桥开发的重中之重。这些攻击使用户损失了跨越 15 亿美元。

一年内，跨链桥在黑客事宜中的总损失约为 13 亿美元。跨链桥的使用手续用度在 5‱ 左右。Multichain 是跨链桥中的头部项目。Multichain 的 30 天生意量为 $1.7B，手续费收入为 $635K。那么一年的生意量约为 204 亿美元，手续费收入为 760 万美元。根据这样预估，跨链桥市场的手续费总收益远小于被黑客盗走的资金。

通过验证源链区块头，ZKP 跨链新闻协议可以缓解部门平安问题。用户可以直接在目的链上接见源链证实并自行验证证实。若是没有 ZKP，这将很难做到。在传统项目中，这种验证成本太高，用户无法遭受。

设计

在这一部门，我们将讨论 ZKP 是若何实现低成本，平安的跨链信息通讯。

将 ZKP 用来中继新闻的想法很直观，但详细设计可能很庞大。整个事情流程可以剖析为以下步骤：

• 获取存储证实（证实数据存在 EVM 存储中）

• 凭证存储证实天生 ZK 证实

• 将 ZK 证实从起始链转到达目的链

• 在目的链上睁开 ZK 证实

• 在目的链读取跨链信息

天生存储证实

大多数 EVM 兼容链都提供了这个功效。一旦用户明确了存储槽位，他们就可以使用 RPC 挪用此方式来天生存储证实。

EVM 兼容链使用 Merkle Tree 来存储账户和数据。这使得确立 Merkle Proof 来验证这些数据变得相对简朴。

Merkle Tree 是盘算机科学中使用的一种数据结构。在密码学和区块链中的使用较多。它以其发现者 Ralph Merkle 的名字命名，也被称为二叉哈希树。Merkle Tree 背后的基本头脑是将大量数据分成较小的部门，对每个部门举行哈希处置，然后组合哈希值以形成单个根哈希值。此根哈希充当整个数据集的指纹，允许对数据的完整性举行高效和平安的验证。

在区块链中，Merkle Tree 用于汇总和验证区块中的生意。每笔生意都经由哈希处置并添加到树中，哈希值以特定方式组合形成单个根哈希值，然后添加到区块头中。这允许以一种高效且平安的方式来验证区块中大量生意的有用性，而无需单独验证每个生意。若是生意中的任何数据发生转变，根哈希也会发生转变，解释数据已被改动。

Merkle 证实，也称为 Merkle path，是一种密码学证实，证实特定数据包罗在 Merkle Tree 中。Merkle Tree 证实提供了一种验证生意或其他数据真实性的方式，而无需下载和验证整个 Merkle Tree。

在 Merkle 证实中，用户提供了从 Merkle Tree 底部到根哈希的一系列哈希，以及要验证的详细数据。通过从特定数据最先并沿着树向上，吸收者可以盘算根哈希并将其与存储在块头中的根哈希举行对照。若是盘算出的根哈希值与存储的根哈希值匹配，则吸收者可以确信特定数据包罗在块中而且未被更改。

Merkle 证实是确保区块链网络的效率和可扩展性的主要组成部门。通过允许在无需下载和验证整个 Merkle Tree 的情形下验证特定数据。Merkle Proof 削减了需要传输和处置的数据量，从而提高了网络的整体性能。

连系存储证实和 ZKP

将整个存储证实宣布到目的链上是不切现实的，由于它太大了，约莫 4kb。对于证实举行验证也很昂贵。在以太坊上举行验证需要 600k gas。若是 gas 价钱为 30 gwei，则总用度为 0.018 ETH（30 美元）。

在这种情形下，ZKP 可以提供压缩和可组合性。开发者可以基于 Merkle Tree Proof 确立 ZKP。这可以大大削减证实的巨细，而且使证实更容易验证。验证 Plonk 约莫需要 290k gas。若是 gas 价钱为 30 gwei，则总用度为 0.009 ETH（15 美元）。一次 Groth16 验证使用了约莫 210k gas。若是 gas 价钱为 30 gwei，则总用度为 0.006 ETH（10 美元）。

借助可组合性，开发职员甚至可以将差其余存储证实组合到一个 ZKP 中以节约资源。

中继 ZKP

为了平安地将相关答应，如状态根或相关的 ZKP 转到达目的链，我们需要设计一个共识机制。

中继 ZKP 有 3 种常见的方式：

• 新闻转达：使用一些新闻转达协议转达 ZKP，并通过 OP CODE 获得相关答应

• 共识验证：通过运行共识算法来验证相关答应

• Optimistic MPC relayer：部门思绪与我们在许多跨链资产桥和 OPRU 设计中看到的类似。初始链和目的链之间有一个委员会。委员会的介入者决议中继续诺的有用性。任何人都可以挑战有用性。然则当挑战发生时，桥不能像 Rollup 那样回滚。需要一组单独的挑战者真正阻止恶意新闻的转达。在这种情境下，挑战成本高，且延迟高，由于这涉及不停将根哈希和所有 CALL DATA 上传到初始链。而且它也只能以点对点的方式事情。

中继 ZKP 最为主要的是以下因素：

• 延迟

• 成本

• 信托

• 链下盘算

新闻转达的延迟相当高，由于新闻转达需要时间来确认。在区块发生后，用户才气确认转达乐成。在成本方面，新闻转达需要与两个链举行交互，因此对照高。这种方式需要的信托较少，由于平安性等同于链的平安性。这种方式没有举行任何的链下盘算。

共识验证是一种可行的方式。它与信息转达具有类似的延迟，信托假设和成本。然而，它必须在链外验证署名。这引入了大量链外盘算的开销。但共识验证今天也可以通过 ZKP 完成。

Optimistic MPC relayer 牺牲了一些信托，但获得了更低的延迟。用户只需要将生意宣布到中继器网络。详细的延迟取决于详细的 optimistic MPC relayer 机制。挑战期可能会导致更大的延迟。用户需要对中继网络有最小的信托。这种方式没有大量的链外盘算，但需要在中继网络中举行通讯和诓骗证实。

睁开答应

在获得答应后，目的链上的用户可以睁开答应，接见初始链已往的状态。

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以太坊数据网

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三种常见的睁开方式是：

• 链上积累

• 链上压缩

• 链下压缩

链上积累是一种在区块链网络中睁开答应的方式。在这种方式中，从答应中重新确立区块头的整个历程直接在区块链上执行。准确编码的区块头作为生意中 CALL DATA，由区块链来执行盘算。这种方式的利益是在证实时间方面没有分外开销。而且延迟很低，由于证实不需要在区块链之外举行验证。然而瑕玷是成本可能很高，由于盘算可能是消耗许多资源。

链上压缩是一种削减需要存储在区块链上数据量的方式。它用于最小化在区块链上存储大量数据的成本。链上压缩背后的想法是使用压缩算法来减小数据的巨细，从而削减它在区块链上占用的空间。这可以通过从数据中删除冗余或不需要的信息，或使用针对空间效率优化的数据结构来完成。然后将压缩后的数据存储在区块链上，需要使用时可以解压。

链上压缩具有降低存储成本和提高区块链可扩展性的优势。然则，它也有一些瑕玷。例如，压缩息争压缩数据的历程在盘算上可能很昂贵，这会增添区块链的延迟。此外，所使用的压缩算法可能会对数据的平安性发生负面影响，由于它可能容 易受到改动或攻击。

链下压缩和链上压缩类似。

下面是这三种方式的对照表：

相关项目

许多 ZK 桥项目希望能提高差异链的互操作性，降低潜在的黑客风险。

这一领域有许多项目，例如：

• Succinct Labs

• Lagrange

• zkBridge

• Herodotous

• =nil; Foundation

Succinct Labs 使用轻客户端方式。它使用轻客户端在目的链验证起始链共识层的共识。ZKP 用于天生共识证实。

Lagrange Labs 构建非交互式跨链状态证实。Lagrange Attestation Network 认真确立状态根。每个 Lagrange Node 都包罗一部门分片私钥，用于证实特定链的状态。每个状态根都是一个阈值署名的 Verkle Root，可用于证实特定链在特准时间的状态。状态根是完全通用的，可以在状态证实中使用，以证实链中任何合约或钱包的当前状态。

Herodotus 使用 ZKP 的存储证实来为智能合约提供对来自以太坊的链上数据的接见。它有一个 MPC Optimistic Relayer 来中继续诺。它接纳链下压缩，在链下睁开中继的区块链标头并确立证实。

zkBridge 使用 MPC 中继网络天生区块头的 ZKP 并将其中继到目的链。它使用 deVrigo 和递归证实来实现异常快的证实时间，但 MPC 部门有较高的庞大度。

第一个用户提议跨链新闻请求。初始链中的发送者接着将区块头转发到中继网络。中继网络中的验证者天生区块头的证实，并将其转达给更新合约。更新合约验证证实后， 接受证实。更新合约将证实转发给吸收者，吸收者将其转发给目的链中的应用程序和用户。

=n il; Foundation  也致力于 ZK 跨链新闻协议。它使开发职员能够在以太坊上接见 Mina 的状态。他们在 2021 年底推出了一个演示，可以在以太坊上验证 Mina 状态。该基础设施允许以太坊上的智能合约验证 Mina 状态的有用性。有了这个基础设施，智能合约就有能力识别无效的跨链生意。

Mina 有自己的状态证实，但在以太坊上验证它们的成本很高。 =nil; Foundation 使用自己的 Placeholder 证实系统来天生辅助状态证实，这种证实在以太坊上验证起来很廉价。该基础设施使以太坊智能合约能够完全在链上验证 Mina 状态证实。未来跨链应用可以直接通过这个基础设施来验证跨链生意的正当性。

一个基于此的资产跨链桥将包罗以下几个步骤：

1. 跨链桥在 Mina 上锁定 $Mina

2. 此基础设施天生 Mina 状态证实

3. 此基础设施将 Mina 状态证实提交至以太坊上

4. 以太坊链上合约验证状态证实的有用性

5. 以太坊链上合约吸收并存储 Mina 状态证实，若是证实有用

6. 跨链桥在以太坊链上磨练 Mina 和生意状态，释放 $WMINA

厥后 =nil; Foundation 正在起劲解决单向性问题。之前的 demo 中只支持单向的跨链通讯。现在他们理论上支持双向桥接。初始链上的状态证实将在 Placeholder 证实系统中天生，并再次用 Kimichi 证实系统天生一个证实。然后再将证实提交给 Mina 验证者。验证者会将起始链状态证实视为 Mina 原生 zkApp 天生的证实。

=nil; Foundation 还宣布了 Proof Market。用户/项目方在其中购置/出售大部门 SNARK 证实。现在有两种生意对，ARITHMETIC-EXAMPLE 和 MINA-STATE。

这是这些项目的详细对照：

应用场景

借助基于 ZK 的跨链新闻中继协议，开发者可以轻松地将应用扩展到差其余区块链。

已往，合约部署主要集中在一条链上。当扩展到另一个链时，必须重新部署应用程序。 使用基于 ZK 的跨链新闻中继协议，将实现从单链应用到跨链应用的范式转变。大型项目可以轻松扩展到差其余链。这将发生与全球化类似的效果。我们希望看到更多的国际公司或大型跨链 DApps。

低延迟/实时和低成本的跨链新闻中继协议将打开具有多种可能性的市场。DeFi、DID，治理和开发将从中受益

DeFi

DeFi 可以从中获益良多。 跨链新闻中继协议可以辅助 DeFi 产物整合来自差异链的流动性。

DEX、跨链生意和聚合器可以提供更好的用户体验、更低的滑点和更高的生意对流动性。差异链上的统一个生意对将有一个统一的流动性池。差异链 DEX 之间的价钱差异会更小。 DEX 显然可以群集更多的流动性并提供堪比 CEX 的用户体验。

Farming 可以有更天真的战略。他们现在可以在差其余链上寻找更多的赚钱时机。

借贷协议可以与差异链上的更多 DeFi 协议互助，并接受更多差异链上差异代币的存款。

链上衍生品将在流动性方面受到很大益处。通过平安的跨链通讯，衍生品市场可以接触到更多差异链上的潜在客户，而且群集更多的流动性。这可以提供更好的生意体验。

资金治理应用可以接见更多来自差异链上的资产。他们还可以接见来自差异链上的衍生品。这使理财司理可以使用更多的投资战略。

应用链

应用链 或 自界说 Rollup 为 Dapps 提供了更多的自由。Dapp 开发职员可以自界说应用链以知足他们自己的需求，例如性能或一些手艺特征。Dapp 开发职员还可以自界说手续费结构以激励用户。Cosmos 上有许多应用链，由于 Cosmos 具有更好的互操作性。ZK 支持的跨链协议将是毗邻非 Cosmos 应用链与 EVM 或 layer2 生态系统的更好工具。许多正在开发的 Rollup SDK 可以受益于 ZK 支持的跨链协议。

Cosmos 生态在 APP 链上领先于其他所有主要生态。Cosmos 在跨应用链共享平安方面取得了优越希望。ZKP 可能会促进 Cosmos 生态系统的扩展。Composable finance 正在起劲将 Cosmos 扩展到 Polkadot 和 NEAR。Electron Labs 和 zkBridge 正在将 Cosmos 带到以太坊。

行使差异链的特征

没有一条区块链是完善的。它们以牺牲其他功效为价值为一个目的而优化。借助跨链新闻转达协议，开发职员可以行使每个区块链的优势并阻止其瑕玷。

DApp 开发职员可以在差其余链中部署他们的 DApp 组件。例如，由于盘算用度低，某些链可能是盘算的不错选择。一些链可能针对隐私举行了优化，这将作为 Dapp 的隐私功效。有些链可以托管文件，有些则适合提供前端。跨链新闻转达协议可以将这些组件粘合在一起，并允许开发职员充实行使每个区块链。

总结

ZKP 为跨链通讯提供了一种全新的方式。它虽然 不能完全解决传统跨链桥的平安问题，但借助 ZKP 的气力，平安的跨链新闻通讯现在大大降低了成本。证实的巨细比以前小得多。链上验证成本也降低了许多。能够在目的链上验证源链状态，可以实现类似 IBC 式的共享平安性。在已往是不能能低成本的实现的。

ZK 跨链通讯协议赋予差异链上协议相互交流的能力。开发者能够基于 ZK 跨链协议开发全链 DApp。DeFi，应用链将从中受益。

跨链通讯协议仍处于起步阶段。开发职员正在起劲开发这些协议，诸如若何在差异链之间实时同步状态等问题仍然没有解决。调试跨链 DApp 也可能很痛苦。开发者在探索构建跨链 Dapp 的最佳模式，我们将在未来几年看到跨链 Dapp 的影响。作为毗邻差异区块链的跨链通讯协议，它将与全球化一样具有影响力。

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参考

https://medium.com/@ingonyama/bridging-the-multichain-universe-with-zero-knowledge-proofs-6157464fbc86

https://www.youtube.com/watch?v=8mE_0qZNVjo

https://www.ingonyama.com/blogs/bridging-the-multichain-universe-with-zero-knowledge-proofs

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