7月20日，Ethereum9?创始人WanseobLim在太坊技术论坛ethresear.ch上正式发布了Zkopru，这是一种二层私人交易扩容解决方案，同时使用了zk-SNARK和Optimisticrollup技术。它能够以很低的成本支持ETH，ERC20，ERC721代币在二层网络内进行私人转移和原子交换。此外，借助预付款功能，用户可以在交易确认之前从二层提取资产。
非常高兴分享以太坊二层隐私技术Zkopru的实现。从去年11月开始，我和
4.使用chacha20算法对数据进行加密，并使用临时公共密钥创建备忘录数据：
ephemeral=random.new()
public_ephemeral=generator.multiply(ephemeral)
shared_key=recipient_jubjub.multiply(ephemeral)
ciphertext=chacha20.encrypt(data,shared_key)
memo=public_ephemeral+ciphertext
解密
使用Diffie-Hellman密钥交换协议，接收者还使用公共临时密钥和私有密钥创建共享密钥。
1.解析备注并获取共享密钥：
public_ephemeral,ciphertext=parse(memo)
shared_key=public_ephemeral.multiply(private_key)
2.使用共享密钥解密ciphertext:
decrypted=ciphertext.decrypt(shared_key)
3.接收者使用解密结果尝试生成各种可能的UTXO。这是因为加密的数据只有49个字节以最小化调用数据的大小。因此，接收者应尝试各种组合以检查交易是否包括被恢复的UTXO哈希。如果未能在TX中找到已恢复的UTXO，则认为TX没有接收方的输出。
压缩数据
为了最大程度地减少调用数据，Zkopru将原始数据压缩为49字节数据。首先，它摆脱了加密候选者的公钥，因为接收者将使用自己的公钥来推断出。并且，它使用TokenID，该TokenID将支持的token地址和索引从0映射到255。然后，由于value可以是ether，erc20Amount或nftId，因此接收者针对这3种情况创建了三种类型的UTXO。最后，如果在交易的输出列表中存在任何推断出的UTXO，则接收者成功接收了UTXO。
局限性
Zkopru不会强制回路检查加密协议。因此，如果发送者未使用适当的共享密钥或数据，则接受者将不会收到备注。
原子交换
Zkopru以直接方式支持原子交换。如果A和B想要交换其资产，则它们会彼此创建备注并将所需的备注公开在交易数据上。然后，协调者应对相反的交易进行配对或被削减。
例如，爱丽丝想用天的50ETH交换鲍勃的1000DAI。
爱丽丝支出她的60ETHnote，并为自己创建了10ETHnote，并为鲍勃创建了50ETHnote。
爱丽丝还计算她未来的1000DAInote的哈希值，并将该哈希值暴露给她交易的swap字段。
鲍勃则支出他的3000DAInote，并为自己创建了2000DAInote，为爱丽丝创建了1000DAInote。
鲍勃还计算他未来的50ETHnote的哈希值，并将该哈希值暴露给他的交易的swap字段。
一旦协调者匹配了交易池中成对的交易集，它将把交易对包括在一个新区块中。
如果一个区块仅包含其中一个，则协调者将被削减。
Zkopru正在使用一种简单版本的原子互换。然而如果你想要检验一种基于MPC的zk原子互换模型，你可以在这里看到详细信息。
Merkle树结构
UTXO树和withdrawal树中的备注在下一个版本将有64深度。将只有一个单一的UTXO树和一个提取树。
Zkopru的树林由UTXO树，nullifier树和withdrawal树组成。
UTXO树是仅追加用法，包含UTXO的Merkle树。通过提交包含Merkle证明，用户可以将UTXO用作交易的流入。并将交易的输出结果附加回最新的UTXO树中。
另外，如果zk-transaction创建withdrawal输出，则Zkopru会将它们附加到最新的withdrawal树中。将树的根被标记为已完成后，所有者可以通过证明所有权来提取资产。
然后，通过commitment-nullifier方案，将用过的UTXO的nullifier标记为在nullifier树中使用。如果交易试图使用已经无效的叶子，它将变为无效，并且挑战者系统会大幅削减区块提议者。
Merkle树规范
{%hintstyle=“warning”%}
UTXO树&withdrawal树在Burrito版本上有64深度https://github.com/zkopru-network/zkopru/issues/35
{%endhint%}
如何管理UTXO树
单个UTXO树是用于成员资格证明的稀疏Merkle树。它使用Poseidon哈希生成zkSNARK证明以隐藏支出哈希及其路径。
要将新树叶追加到UTXO树，协调者将执行以下步骤。1.准备一个阵列。2.协调者选择要包括的MassDeposits，并将MassDeposits中的每笔存款附加到阵列中。3.二层交易生成新的UTXO。将新生成的UTXO附加到阵列。4.以区块大小为32对准备好的数组进行分割。5.构造子树(sub-tree)并执行子树rollup。
假设UTXO树已被个事项完全填充，系统将被填充的树进行存档并启动一个新树。也允许使用归档树来引用交易的包含证明。
Nullifier树
每次转账，提款和迁移交易都支出带有包含证明的UTXO，并标记在nullifier树上使用的派生nullifier。因此，nullifier树是一个很大的稀疏Merkle树，它记录了深度为254的稀疏Merkle树中每一个用过的UTXO。因此，Zkopru使用最便宜的哈希函数keccak256作为nullifier树的哈希函数。
要更新nullifier树，协调者执行以下步骤：
选择交易并从交易中收集所有nullifier。
检查是否存在任何已使用的nullifier。
将每个nullifier标记为已使用。在更新过程中，如果所有nullifier都没有更改nullifier树的根，请丢弃该交易，因为它会尝试进行双花。
就像UTXO树一样，Zkopru乐观地更新了nullifier树的根。如果有任何问题，我们可以通过生成防欺诈链上证明一个nullifier被使用了不止一次。要查看工作原理，请参阅
RollUpChallenge.sol和
SMT.sol。
提款树
与withdrawal树和UTXO树的唯一区别在于，withdrawal树使用keccak256作为哈希函数。之所以使用keccak256，是因为Zkopru在智能合约上需要提取树的Merkle证明，而在SNARK回路中则需要UTXO树的Merkle证明。在树的根定型后，withdrawal树中的叶子在1层智能合约中便是可以提取的。
要更新提款树，协调者执行以下步骤：
收集已选择交易的所有withdrawal叶子。
拆分出区块大小为32的withdrawal数组。
构造子树并执行子树rollup。
大量存款
当用户将资产存入Zkropu时会发生什么:
Zkopru合约将给定数量的资产从用户帐户转移到自身。
验证note是否带有给定信息的一个有效哈希。
将note合并到MassDeposit列表的最后一项。
什么是MassDeposit？
MassDeposit是用于rollup证明的单个mergedLeavesbytes32值。可在此处检查什么是rollup证明mergedLeaves。如果协调员提出一个包含MassDeposits的区块，则该区块会将MassDeposit中的所有note追加到其UTXOMerkle树。
协调员如何处理MassDeposits？
协调员只能包括不再更改的“已承诺”MassDeposit。为了包含MassDeposit，协调员将监视Zkopru合约中的存款事件。
MassDeposit什么时候变成“已承诺”？
尽快将存款推到二层网络。因此，当协调员提出每个新区块时，它将冻结最新的MassDeposit。
协调员可以包含多个MassDeposit吗？
是的，可以在最大挑战成本范围内一次包含多个MassDeposit。
大规模迁移
大规模迁移的基本思想非常简单。虽然1层合约上的存款交易创建了MassDeposit对象，但是交易的“迁移”类型输出可以创建MassMigration，该MassMigration为其目的地网络构造MassDeposit。
交易可以具有UTXO，迁移或取款类型的输出。
在Zkopru中，要进行迁移，就会涉及到源网络和目标网络。一旦完成源网络上的大规模迁移，就可以执行源网络上的migrationTo函数。该函数可以移动资产，同时为目标网络创建MassDeposit对象。
因此，目标网络应实现acceptMigration函数。更多信息在这里
rollup之间的迁移标准将通过EIP进行标准化。
即时取款
在Zkopru中，提取者可以通过设置每个提取note的即时提取费用来请求即时提取。然后，任何人都可以提前为未完成的提款付款并收取费用。
为了请求即时提款，所有者为她的note生成ECDSA签名并进行广播。拥有足够资产且可支付的任何人都可以使用签名提前支付取款。一旦Zkopru成功包含该交易，智能合约便将提款note的所有权转移给付款人。最后，预付款人在完成交易后将其提取。
我们可以有一个分散的公开市场来收取即时取款费。要跟进最新进展，请订阅此github:?https：//github.com/zkopru-network/zkopru/issues/333
结论
根据此规范，我们已成功使用Circom，Solidity，Typescript等构建了测试网。
使用zk-SNARK和Optimisticrollup的以太坊二层私人交易扩展解决方案。-zkopru-network/zkopru
首先，我们可以实现了一种每笔zk交易可承受的gas成本。平均值约为8800gas，当gas限制为1,150,000且区块时间为13.2秒时，理论上最大的TPS为105。在Zkopru中，交易数据消耗约534个字节。由于证明数据为256字节，因此如果将来应用证明聚合，我们可以减少大约两倍的交易成本。否则，每个区块提出和最终确定的存储成本分别约为168kgas和55kgas。当我们包括350笔交易时，此成本约为区块生成成本的6.7％。
此外，我们可以利用OptimisticRollup的灵活性来实现许多功能。首先，Zkopru通过多个SNARK验证密钥支持各种类型的交易。您甚至可以使用1个输入和4个输出，或4个输入和1个输出完成一笔交易。通过OptimisticRollup的灵活性，使其支持多种类型的交易非常简单。其次，Zkopru实现了精确类型的挑战案例。这意味着，如果区块的第n个交易有问题，则质询仅检查该特定交易。
另外，Zkopru需要您在计算机上运行节点，这一点也很重要。因此，SNARK高效率性和轻节点是软件实现要考虑的重要因素。因此，我们将使用Typescript和NodeJS构建该项目，以供将来在基于本机的移动应用程序中使用。预计轻型节点将仅消耗约50?100MB的存储空间用于树管理。
总结一下工作，我们希望Zkopru可以用于以太坊的隐私交易层。它既快速，便宜，又可移植到升级版本。欢迎感兴趣的人为该项目进行捐款。您可以通过Zkopru的文档页面查看一个已经组织过的版本。
感谢你阅读本文。
参考文献：
Ethereum93/4:Optimisticrollupforzk-Mimblewimble1
BarryWhitehat’szk-rollup1
JohnAdler’sMinimalViableMergedConsensus1
Plasma-group’sOptimisticRollup
BatchDepositsforrollup/mixers/MACI
Massmigrationtopreventuserlockininrollup
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