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原標題 | Hoo虎符研究院 ｜ Mir Protocol 調研報告

撰文：Hoo Research

摘要：Polygon和Mir Protocol於11月26日達成交易，以4億美元的價格收購這家ZK-rollups初創公司。Polygon 專注於將零知識 （ZK） 密碼學作為區塊鏈擴充套件的最終遊戲，先是Hermez Network（現為 Polygon Hermez）的合併以及 zkEVM 的釋出，隨後又是Polygon Miden（一個基於STARK的以太坊相容方案）和Polygon Nightfall（一個專注隱私的rollup專案）。而此次Mir將主要是基於其零知識證明技術構建一個新專案——Polygon Zero。Polygon和Mir Protocol一起在以太坊Layer2擴容解決方案上可以碰撞出怎麼樣的火花，目前還不得而知。ZK-rollups在目前是較為主要的擴容解決方案之一，而Polygon斥巨資收購的專案中，Mir Protocol的資金佔比是較大的而且在零知識證明上有新的創新，所以我們可以先談談這個Polygon最新收購的Mir Protocol。

什麼是Mir Protocol

Mir是一家零知識證明技術（ZK-proof）的以太坊擴容初創公司。ZK-proof是一種加密工具，可以用於建立ZK-rollups。ZK-rollups又可以處理交易，而且不需要將所有交易資料都發布到以太坊上，以此來減少以太坊上的使用區塊，進而提高擴充套件性和降低gas費用。

Mir支援現有的去中心化應用程式，同時還為驗證者提供隱私和減少相對於以太坊主網1000倍（因為Mir上的節點不需要下載歷史資料，並與Etherscan鏈上資料比較）的狀態大小。Mir水平擴充套件，在不犧牲安全性、可組合性和去中心化的前提下，增加了加入網路的每個節點的吞吐量。

據相關報道稱，Mir的系統生成遞迴零知識證明，允許透過一個小證明來驗證以太坊交易。Polygon也認為Mir擁有最快的ZK-proof技術，這意味著Mir可以更快地生成證明並在一個證明中驗證更多交易。本報告也認為探究Mir 協議的重點正是以上這些，Mir如何進行交易證明？如何降低工作量的同時保證驗證的有效性？遞迴零知識證明實現了什麼？如何實現以太坊Layer2的可擴充套件性？

減少狀態大小

Mir減少了狀態大小，即驗證所需的狀態量。在以太坊等傳統區塊鏈中，驗證交易需要訪問和交易互動的每個賬戶的狀態，因此節點需要儲存所有活動賬戶的狀態（即狀態量），而又隨著賬戶的增多，訪問和儲存將會變得非常昂貴。所以，Mir將賬戶資料移到鏈下，個人擁有的帳戶可以簡單地儲存在該個人的裝置上。共享帳戶儲存在 IPFS 或其他儲存層上，即不再需要儲存任何賬戶資料，也不需要知道資料的儲存位置，Mir僅是提供了一種默克爾樹的方法來有效地驗證賬戶狀態的宣告。狀態大小（即驗證者所需的狀態量）的大大減少是依靠將賬戶資料移到鏈下，並依靠有效的驗證方式，從而形成無狀態區塊鏈（stateless blockchain）。

Mir減少狀態大小並有效驗證的方法可以適用於以太坊等其他區塊鏈。賬戶持有人可以證明其賬戶資料，以及證明賬戶資料包含在鏈上。但是，如果需要檢查賬戶資料，這會產生增加交易規模的不良副作用。而Mir使用的是零知識證明來證明每筆交易的有效性，因此驗證者無需檢查任何賬戶資料。

所以，Mir大大減少了驗證所需的狀態量，降低了成本的同時保證了驗證的有效性。

遞迴零知識證明（Recursive ZK-proof）

Mir 上的每筆交易都透過零知識證明進行驗證。這些證明可以遞迴組合，因此驗證者可以使用單個證明驗證一組交易。

Mir建立了Commitment Log（一個僅可追加的日誌，用於儲存協議中建立的每條記錄，但驗證者是隻需要儲存upper layer的）和 Liveness Mask（透過記錄Commitment Log中的位置來判斷記錄是活動還是非活動的），Mir的驗證過程為：

驗證記錄地址在Liveness Mask中是活動的；

檢查上一個塊根是包含在Commitment Log中的；

完成交易驗證，即生成驗證結果。

Graph ： Mir Protocol（a simplified Mir transaction）

這樣的驗證有個問題，就是驗證零知識證明也是比較昂貴的，如果驗證者需要為每筆交易驗證一個證明（即完成上述三步驟），Mir的吞吐量將顯著低於現有鏈的吞吐量。所以Mir開發了一種可以遞迴組合的零知識證明，使單個證明可以提供密碼學的保證並證明一組交易證明的有效性，即驗證者的“一個證明”可以驗證“一組交易”，然後向網路其餘部分證明這“一組交易”是有效的，從而允許Mir使用可用的計算進行擴充套件以生成遞迴證明。

在區塊中，每筆交易都生成一個交易證明，為驗證一個區塊中的所有證明，將證明結果聚合在一個二叉樹結構中。在樹的下一個layer，每一個證明透過計算每個證明的公共輸入並提取塊根集、消耗和訪問的記錄地址以及對每個交易中建立的記錄的承諾，遞迴地驗證兩個交易證明。再下一個layer，每一個證明也是一樣的驗證方式，並以此類推，形成遞迴證明的方式。並且以此來提高Mir的吞吐量。

Graph ： Mir Protocol（recursively verifying transaction proofs）

同時，使用遞迴證明的方式驗證Mir的兩大重要驗證部件Commitment Log和 Liveness Mask的更新。

使用遞迴證明來驗證交易提供了兩個好處：

1。消除了驗證者在加入網路時驗證歷史交易的需要。現有鏈限制吞吐量以允許新驗證者趕上鍊的最新狀態，而Mir的新驗證者只需要簡單下載Commitment Log頂層的節點，Liveness Mask，並驗證即可，無需限制吞吐量；

2。提高了吞吐量。消除了每個節點必須驗證每筆交易的要求，並允許每個節點驗證交易的子集。

但第二個好處實現的方法是有問題的，就是節點現在需要向網路證明其經過驗證的交易集是有效的。“提供驗證的交易集有效”的解決方法是——分片，但現有的博弈論分片設計需要更強大的加密經濟假設、機制複雜性、欺詐證明和挑戰期。Mir 提供瞭解決方法，驗證者可以驗證交易的子集並生成遞迴證明，表明該集合中的每個交易都是有效的，避免了驗證的複雜性。

Graph ： Mir Protocol

綜上所述，遞迴證明消除了新驗證者加入網路時驗證歷史交易的需要，提高了網路吞吐量，分片技術避免了傳統博弈論分片技術的複雜性，所以遞迴零知識證明實現了更具可擴充套件性的分片區塊鏈。

可擴充套件性的實現

Mir使用零知識證明以兩種方式實現可擴充套件性：

1。簡化交易等事務的執行，將應用層從驗證者中抽離出來，吞吐量不受頻寬，儲存或計算機成本等限制，驗證者的當前狀態相比以太坊縮小1000倍，顯著減少交易大小，並使交易執行成本大大減低；

2。遞迴證明允許Mir上交易的複雜部分（驗證交易證明和訪問狀態）僅由單個驗證者驗證。吞吐量可以隨著加入網路的每個新節點而擴充套件，增加的交易量激勵更多節點加入網路，增加的吞吐量允許應用程式進一步擴充套件。

首先，Mir將應用層從驗證者中抽離出來，簡化交易執行，最佳化開發者使用體驗。

現有鏈中，開發人員構建在虛擬機器（如 EVM）上作為位元組碼執行的應用程式，驗證者透過執行與虛擬機器中的應用程式相關聯的位元組碼來執行交易等事務。此模型下，訪問和更新應用程式後，驗證者必須直接重新執行復雜的計算，這限制了應用程式的複雜性並增加了成本。

Graph ： Mir Protocol（executing a set of transactions on Ethereum）

在 Mir 上，所有應用程式邏輯都在鏈下執行。對於驗證者，沒有令牌、應用程式邏輯或狀態儲存的概念，甚至沒有標準化的簽名方案（驗證共識是需要令牌的，這裡僅指交易驗證）。交易只是建立和使用通用記錄（記錄（records）是 Mir 上的基本狀態單元，是對應用程式狀態和邏輯的承諾。它可以被認為是以太坊賬戶狀態的快照。）並透過證明進行驗證。

Graph ： Mir Protocol（a transaction on Mir）

開發者可以使用任何程式語言或虛擬機器來執行鏈下計算，而無需擔心 gas（或許這一點就是將來Polygon-zero專案的核心價值之一）。

其次，遞迴證明最佳化驗證成本和吞吐量擴充套件。

Mir 使用遞迴證明來並行化交易證明驗證。驗證交易的昂貴部分（驗證證明和訪問狀態）僅由生成遞迴證明（如上一章節所述）的單個節點執行。每個驗證者必須執行的更新Commitment Log和 Liveness Mask非常便宜，因此吞吐量不受計算成本的限制。

Graph ： Mir Protocol（processing a block on Mir）

Mir官方資料顯示，節點的處理交易只需要下載大約10位元組的資料，因此，Mir 上的吞吐量不受頻寬、儲存或計算機成本等限制。另外，Mir上生成遞迴證明的聚合計算成本低廉，Mir也在使遞迴證明的生成更加高效，所以增加的費用量會吸引更多的算力，從而允許應用程式擴充套件和增加交易量。

Mir的融資和團隊

根據Crunchbase資料顯示，Mir歷史上有兩次融資事件：

Graph ： Crunchbase

除了近期Polygon的收購，Mir早在2019年獲得$2m的種子輪融資，具體投資人和人數均未披露。而Mir正是在2019年由Brendan Farmer和Daniel Lubarov等8人建立的。Polygon的聯合創始人Mihailo Bjelic表示Brendan Farmer和Daniel Lubarov等8人現已全部加入Polygon團隊。

Graph ： Mir Protocol

ZK-rollups的市場表現

Polygon是目前市場上將零知識密碼學作為區塊鏈擴容最終答案的機構之一。Polygon曾在今年8月份承諾投資10億美元用於與ZK-rollups相關的工作。目前Polygon已經邁出了幾大步了：

Hermez Network——更名Polygon Hermez，一個開源的 ZK-Rollup，針對以太坊的安全、低成本和可用的令牌傳輸進行了最佳化。

ZkEVM——一個對ZK友好的以太坊相容設施。

Polygon Miden——一個基於 STARK 的，與以太坊相容的rollup。

Polygon Nightfall——一個與EY合作建立的以隱私為重點的rollup。

Mir Protocol——更名Polygon Zero，以遞迴零知識證明實現低成本和可擴容的分片區塊鏈。

ZK-rollups作為區塊鏈擴容的解決方案之一，是否真的是擴容的最終答案？

目前市場上除了ZK-rollups，Optimistic-rollups，Plasma，Validium和State channels也都分別佔據著一定的市場份額。

Graph ： The Block（Stacked area chart）

據The Block資料顯示，ZK-rollups整體市場份額證明其是目前市場上的主要二層擴容解決方案之一，ZK-rollups，Optimistic-rollups和Plasma三者近期的TVL都在$1。5B-$2。5B之間，其中Optimistic-rollups的市場份額可能稍多於其他二者。

而在ZK-rollups眾多專案中，目前DYDX和Loopring從市場反饋來看屬於其中的龍頭專案。

據The Block資料顯示，DYDX近期有接近$1B的TVL，Loopring的TVL在$500m-$1B之間，二者幾乎貢獻了ZK-rollups市場的大多數市值。而8月份Polygon收購的Polygon Hermez的TVL在$800k-$900k之間，成立時間較短，市場份額較少。

綜上所述，ZK-rollups已經是目前市場上主要的二層擴容解決方案之一，暫無法確定其是否為最終答案。Polygon在ZK-rollups眾多專案中，目前佔據較少的份額，還在比較初期的階段。Polygon收購Mir Protocol改組的新專案Polygon Zero，有希望為Polygon甚至ZK-rollups和整個二層市場帶來一些革新。

總結

Mir使用無狀態區塊鏈的方式，大大降低了驗證所需的狀態量，降低成本的同時保證驗證的有效性；遞迴證明消除了新驗證者加入網路時驗證歷史交易的需要，提高了網路吞吐量，分片技術避免了傳統博弈論分片技術的複雜性，從而實現了更具可擴充套件性的分片區塊鏈。

Mir的可擴充套件性具體表現在了兩方面，一是簡化交易等事務的執行，將應用層從驗證者中抽離出來，吞吐量不受頻寬，儲存或計算機成本等限制；二是用遞迴證明驗證Mir上交易的複雜部分（驗證交易證明和訪問狀態），複雜部分僅有單個節點驗證，吞吐量便可以隨著加入網路的每個新節點而擴充套件，增加的交易量激勵更多節點加入網路，增加的吞吐量允許應用程式進一步擴充套件。

在市場上，ZK-rollups明顯是主要的二層擴充套件解決方案，雖然收購Mir的Polygon還僅僅是在市場上嶄露頭角，Mir之後整合的新專案Polygon Zero是否能協助Polygon甚至ZK-rollups完成二層擴容的最終答案，還是令人期待的。

侷限性

Mir Protocol被Polygon收購後會形成一個怎樣的Polygon Zero，完成怎麼的Layer2擴容技術革新，還沒有人知道。所以本報告主要希望調研並探討的是，原先Mir已經實現了哪些擴容技術和區塊鏈效能上的最佳化，並不希望評判專案優劣和潛在問題，也並沒有非常全面和深入的考究Mir的各方各面（比如，狀態大小減少的具體方式及驗證方式，Mir的執行環境等）。

Mir本身的各項技術也都在不斷的改良和發展中，將來的 Polygon Zero或許才是Mir Protocol最終落地的樣式，又或者將來Polygon的一系列佈局將會為市場帶來一個怎樣的ZK-rollups，都並非是本報告可以預測的。