Polygon Hermez：使用零知識技術為以太坊可擴容

Polygon 是一個建立在以太坊之上的二層擴容解決方案。相對其它L2 解決方案來說，它的不同之處在於，提供了一整套的擴展解決方案。 Polygon 是以太坊可擴展性未來里的重要的角色。

上圖顯示了Polygon 提供的不同擴容解決方案應用場景。 Polygon SDK 是一個模塊化的框架，允許開發人員創建定制化的區塊鏈；Polygon PoS 是我們熟知的Polygon 鏈；Polygon Avail 是該團隊數據可用性解決方案的一部分。在圖片最右邊有4 個不同的ZK（零知識） 解決方案： Hermez, Miden, Nightfall, & Zero。

每個ZK 解決方案有不同的功能側重點，這篇文章先介紹Polygon Hermez 。

• ​3 位MBA 同事創辦了一家名為Iden3 的公司。他們的第一個項目是關於SSI （Self Soveregin Identity：自我主權身份），後來他們意識到新型的數字身份的廣泛使用，需要進一步的改進擴展性。

• 他們轉向開始了一個新項目Hermez。 Hermez 1.0 是支付平台，目前已經啟動並運行。該平台允許用戶通過簡單易用的網絡/移動界面，將任何ERC-20 代幣從一個Hermez 賬戶轉移到另一個Hermez 賬戶。

• 去年7 月，該團隊宣布開始開發zkEVM，即Hermez 2.0，它意味著在可以基於ZK-Rollup 運行智能合約。預計這將在今年推出。

去年Polygon 以2.5 億美元併購Hermez，這在當時是首個兩個區塊鍊網絡全面併購的案例。彼時Hermez 只有基於ZK 技術的L2 支付平台在運行。在併購之前的EthCC 4 會議期間，Hermez 宣布了其將開發一個zkEVM 的計劃，即開發者可直接基於ZK-Rollup 運行智能合約，而無需做太多改動。這將是可擴展性領域的重要突破，也是Polygon 真正感興趣的地方。

根據Hermez 團隊的博文，這次合併之所以能夠實現，是因為'兩個團隊都很和諧，都有一個共同的擴展性的目標，即把世界帶到以太坊。 '

併購使雙方受益。 Hermez 將把他們現有的ZK 技術和工具帶給Polygon 上不斷增長的用戶群；同時，Polygon 將能夠獲得開發zkEVM 的支持，以幫助Polygon 完全兼容基於ZK -rollup 的智能合約。

Hermez 將在其解決方案中應用MATIC 代幣，而不再使用HEN。 HEZ 是屬於Hermez 網絡的原生實用代幣，其持有者可將他們的HEZ 兌換成MATIC，兌換率為1 HEZ = 3.5 MATIC 。

Hermez 團隊始於大約5 年前，三位MBA 同事聚在一起創辦了Iden 3，並致力於自我主權身份解決方案的發開。

Jordi Baylina - 技術負責人： Jordi 是最好的Solidity 開發者之一，他創立了The White Hat Group 和Giveth 等項目，並審核了一些最大的web3 公司，如MakerDAO 的穩定幣系統和Aragon。此外，他還為以太坊寫了許多智能合約。

David Schwartz - 項目負責人： David 在IT 領域有20年的經驗，在許多公司擔任過不同的工程和行政職務。

Antoni Martin - Polygon企業負責人： Antoni 來自銀行業，在那裡他擔任了17 年的不同職務。

基本上有三種類型的數字身份。

孤島式：每個組織向每個新用戶發放一個新的身份憑證，意味用戶每加入一個組織就需要一個新的身份。例如，如果我現在是Gold's Gym 的會員，我想加入Planet Fitness 健身房，我就需要獲得一個全新的、不同的數字ID。另一個例子是，當你去看一個新的醫生時，他們讓你填寫你已經填寫過很多次的相同信息表格。這導致我們的數據被到處流傳。

聯盟式：想想我們登錄一個新網頁的時候，可以選擇'用谷歌登錄' 這項功能，這對用戶來說非常簡便，但它會以我們的個人數據為代價：我們的數字ID 被管理並外包給，會和我們的個人數據產生經濟利益的公司。即有一個中央服務器，保存著我們使用這種'用X 登錄' 方式打開的所有應用程序的所有數據。這種數字ID 帶來極大的隱私和安全問題。

SSI（自我主權身份）：這種類型的數字ID 的出現要歸功於三種不同技術的發展：區塊鏈技術、去中心化標識符，和可驗證憑證。 SSI 意味著你的數字ID 是你自己的，你的數據由你控制，任何機構僅可查看你想讓他們看到的信息。好比，在證明我大於21 歲時不透露我的出生日期；在證明我住在加州時而不展示我居所的具體地址。也就時說，你的加密貨幣錢包保存著你所有的證書，它們在被隨時隨地的使用時不會披露出證書裡的任何信息，或你在錢包中持有的其它文件裡的任何信息，這非常便利且隱私。

在SSI 項目上工作了幾年後，三位創始人意識到，SSI 要被廣泛應用需要進一步的可擴展性，他們決定轉向致力於一個新的項目—— Hermez。

Hermez 是一個基於ZK 技術的去中心化L2 Rollup 解決方案。

Hermez 有兩個版本：1.0 是一個支付平台，目前正在運行；2.0 正在開發，將把完全兼容的zkEVM 帶到以太坊。

Hermez 以ZK-Rollup 開局，專注於擴展以太坊上的支付和代幣轉移。簡言之，是將一批交易在鏈外執行。

以太坊的擁堵會隨著時間加劇。全世界有數以百萬計的人在提供方案，希望將我們的交易納入以太坊區塊中，但以太坊每秒只能處理大約20 TPS，這便是L2 的用武之地。

無論哪種L2 機制，都涉及從主鏈（以太坊）獲取交易並於鏈外執行。

有兩種類型的Rollups 用於擴展。 Optimistic Rollups（主要是Arbitrum和Optimism），和ZK-Rollups 。兩者的區別在於，用於驗證所有鏈外交易是否正確完成的證明類型的不同。 Optimistic Rollups 使用欺詐證明（Fraud proofs），而ZK-Rollups 使用零知識證明（ZK-proofs）。零知識證明被普遍認為更優越。

當使用零知識證明時，有兩種證明類型可以採用，SNARK 或STARK 。

Rollups 使用以太坊進行數據存儲而非計算。 Rollup 不是在以太坊上把交易一個個地依次地執行，而是把一批交易（包含成千上萬個交易）在鏈外一次性執行。

當這些成千上萬的交易在鏈外被執行時，在Hermez 的情況下，會產生一個ZK-SNARK proof，用來證明在鏈外執行的成千上萬的交易是正確的。 SNARK proof 證明了該批交易的有效性，這意味著不需要以太坊驗證每一筆交易，只需以太坊驗證證明（本例中的SNARK）。

ZK-Rollups 最酷的地方是，有效性可以被即時驗證，零知識證明保證了不可能在一批交易中加入無效交易。如果使用Optimistic Rollups 則必須等待7 天。這種能夠高效且持續驗證proofs 的能力是所有ZK-Rollups 的核心。

這種ZK 技術幫助Hermez 實現了2000 TPS，且這個數字在未來還會增加很多。

我們用戶只需要交互界面，幸運的是Hermez 使這個界面非常容易使用，包括網頁和手機。網頁界面看起來像這樣。

通過Hermez 界面，用戶只需連接他們的Metamask 錢包就可以註冊並獲得他們的Hermez 地址。然後通過點擊一個按鈕，用戶可以存入、提取或轉移他們擁有的任何ERC-20 代幣。

在Hermez 上，可進行三種不同的交易：

關於提款，Hermez 提供地'強制提款' 保護機制，允許用戶在任何時候將自己的資金從L2 Hermez 轉回L1 以太坊，即使Coordinator（協調人）有惡意企圖。

Coordinator 是Hermez 的區塊生產者，他們負責生成ZK-proof，以證明用戶在鏈外進行的交易的有效性。 Coordinator 把用戶的交易請求放在一個批次裡，然後生成一個ZK-proof，這個ZK-proof 將由以太坊上的智能合約來驗證。

如何成為一個Coordinator 呢？ Hermez 被認為是去中心化的原因是任何人都可以成為Coordinator ，並通過相應的服務賺取獎勵作為回報。網絡上可以同時有任意數量的Coordinator ，但是只有一個人能夠在給定的時間間隔（10分鐘）中處理交易並獲得獎勵。

Hermez 通過拍賣機制選擇其下一個時間間隔的Coordinator 。任何人都可使用MATIC 代幣出價，出價最高者贏得在下一個10 分鐘內處理交易的權利。 Coordinator 在這10 分鐘內會盡可能多地處理交易，使他們的回報大於他們的出價。

如果你贏了競標，你用來投標的資金會被這樣使用：

下圖片闡述了Hermez 1.0 提供的所有功能：

圖片展示了Hermez 提供的使用案例：

其中原子轉移（Atomic Transactions）在防詐騙方面非常實用，它只有在參與交易的雙方都發送所需資金的情況下才有效。舉例來說，假設Alice 想給Bob 發送1000 個DAI 以換取1 個ETH。為了使這筆交易通過原子互換，Alice 和Bob 都必須向對方發送相應價值的代幣交易才會執行。這在一些發展中國家非常實用。

任何商家或公司都可自由地創建自己的Hermez 賬戶，並開始以非常低的成本即時付款。例如，如果街上的“Mom & Pop” 商店想開始使用Hermez 網絡接受加密貨幣支付，商店只需使用他們的Metamask，或任何其它被支持的錢包，來註冊一個Hermez 地址，然後開始接受付款。

在去年7月，EthCC 4 會議期間，Hermez 團隊宣布準備開始開發zkEVM：Hermez 2.0。這之後不久Polygon 對其進行了併購。

zkEVM 非常重要，因為以太坊要擴大規模就需要智能合約能在鏈外運行，這正是zkEVM 所要做的：在ZK-Rollup 上運行智能合約。

現在有很多項目正在開發他們自己的zkEVM，Polygon 生態中，Polygon Zero 和Polygon Hermez 也在開發他們自己的版本。每個項目有不同的側重點，都有自己的權衡。下圖展示了創建zkEVM 的不同方法。

Hermez 方法的主要好處是，在工具、生態系統和安全方面，可以與以太坊完全兼容，即智能合約將能夠在ZK-Rollup 上運行，且無需對代碼進行太多改動。所以理想情況下，在L1 以太坊上運行的智能合約能在L2 Hermez 上運行，開發者也不必在意智能合約是為L1 鏈還是為L2 鏈編寫的。

正如我們所見，項目可以輕鬆地在使用Optimistic Rollups 的Optimism 或Arbitrum 上部署智能合約，這兩個平台一推出，就有大量的項目和用戶立即遷移過去。那麼基於更加卓越的ZK-Rollup 或將看到同樣類型的更加強勁的網絡效應。

根據Hermez 創始人Antoni Martin 的說法，他們zkEVM 概念就好比'如果你從每個解決方案中抽取最好的部分，你就可以建立起最好的汽車......'。

Hermez 1.0 使用SNARK-proofs，在2.0 中他們同時使用SNARK-proofs 和STARK-proofs，以獲得最佳的效率和證明生成時間。

SNARKS 和STARKS 是ZK-Rollups 中使用的零知識證明類型。各有其優勢。

在Hermez 中，當交易被處理並在鏈外產生新的區塊時，將產生一個STARK-proof 以證明這些交易的有效性。 STARK-proof 的問題是，它們在鏈上（以太坊）驗證的成本很高，所以在此處引入了SNARK-proof 來驗證STARK 。即在以太坊上時完成SNARK-proof 的驗證。

下圖顯示了Hermez 團隊的zkEVM 提供的不同功能。

Hermez 2.0 仍在開發中，我們期待它的到來。另外，該團隊正在開發一個將資產從L2 轉移到其他L2無需許可的橋。

主網啟動即將到來，2.0 的路線圖如下。

儘管現在Hermez 1.0 還不足夠火熱，但是Polygon 聯合創始人Mihailo 提到，Polygon 最好的特點之一是他們知道如何推動採用，他們有足夠的資源來推動事情的發展。另外，我們還注意到，Hermez 的聯合創始人Antoni Martin 最近在非洲時一直在舉行採訪，他們正在為那些真正需要這種技術的發展中國家帶來更多積極的採用。

就個人而言，我非常期待Hermez 完全兼容的zkEVM 版本，它將允許開發人員不必改變現有智能合約的太多代碼，即可在ZK-Rollup 上運行它們。