Zero 链: 技术定位报告

Zero：技术定位白皮书

Zero 区块链底层技术

如今，许多区块链都依赖所谓的 Layer 2 (L2) “解决方案”来提高吞吐量。这些 L2 会定期将其数据和执行证明发布到 Layer 1 (L1) 区块链，并声称继承 L1 的安全性。实际上，L2 对其执行逻辑保留了最终控制权，并可以单方面修改它——通常通过由一小群人组成的安全委员会。

然而，如果可升级性由任何不完全等同于 L1 信任的群体控制，它就会成为一个系统性漏洞。实际上，这些群体规模很小，导致权力集中，从而损害了去中心化，并剥夺了用户对无需许可、抗审查区块链的承诺。从所有实际目的来看，L2 并非在扩展 L1，而是独立的区块链，在信任和安全性方面与 L1 脱节。

Zero 是一个由多个高度集成的分片驱动的高性能区块链，其执行逻辑控制权由结算层的一个内置治理系统保留。

在本文件中，我们从区块链的根本目标——去中心化——出发，解释 Zero 如何通过允许任何人作为验证者参与来实现这一目标。这通过一个连接经济学、治理和系统架构的统一设计得以实现。凭借真正去中心化的结算层，我们内置了一个治理过程，可以管理和升级所有分片的执行逻辑，而无需授予任何单一实体或小团体单方面控制权。然后，我们解释了这一治理过程如何运作，以及 Zero 为何与基于 Layer 2 的方法根本不同。最后，我们重点介绍了我们为解决当今区块链面临的性能限制所做的技术贡献。

去中心化优先：区块链的精髓

去中心化意味着没有单一实体可以获得单方面控制权。它存在于一个范围：任何单一行为者或协调群体越难获得控制权，系统就越去中心化。

我们相信通过无需许可实现去中心化：网络的参与应该对任何人开放。在中心化系统中，交易经常被审查，这与世界计算机的愿景相悖。去中心化是抗审查性的基础，确保最终用户可以始终访问系统并无需许可地进行交易。去中心化不仅仅是意识形态上的——它是这些保证能够可靠实现的一个硬性技术要求。

真正的去中心化只有通过“纳米验证者”才能实现

只有当任何人无论在理论上还是实践上都能无需许可地运行验证者时，真正的去中心化才有可能。

大多数区块链未能通过这项测试。比特币家庭矿工实际上无法在不加入大型矿池的情况下赚取奖励。以太坊验证者必须下载超过 1 太字节的数据并质押至少 32 ETH 才能参与。Solana 验证者需要强大的机器，并且每天仅投票费用就超过 1 SOL。

Zero 旨在通过统一的方法消除这些障碍，该方法将经济激励、治理和系统架构结合起来，以支持纳米验证者。

经济去中心化：消除小额质押者的陷阱

Zero 通过三种经济设计来防止代币经济学驱动的中心化，这些设计消除了家庭质押者的结构性劣势。

• 纯委托权益证明 (PDPoS)。任何人无需提供自我质押即可成为验证者，任何人也可以无需最低金额限制地委托质押。我们称之为纯委托权益证明，因为验证者无需依赖自己的质押；所有保障网络安全的质押都来自委托。这使得参与对所有人开放，无论资本规模大小。

• 无共识层罚没。验证者不会因错误、停机或配置不当而面临灾难性质押损失。结合 PDPoS，这允许任何代币持有者向任何验证者委托以支持去中心化，而无需承担罚没风险。实际上，罚没并非对抗高级对手的有效防御。如果攻击者控制的质押不到总质押的三分之一，由于共识协议的拜占庭容错性，攻击注定会失败。因此，对手在一开始就不会贸然攻击。如果攻击者控制的质押超过三分之一（足以违反安全性），那么他们已经对系统拥有如此大的控制权，以至于他们可以阻止或绕过罚没。

• 稳定和按比例的奖励。质押奖励按比例分配给所有诚实且在线的参与者，与质押规模无关。这避免了奖励波动，这种波动会迫使小额质押者等待很长时间才能获得奖励。

总而言之，这些设计确保了每一枚代币都至关重要。无论质押规模大小，任何质押者都可以通过运行验证者操作员或委托给验证者操作员，有意义地为网络的安全和去中心化做出贡献，从而加强去中心化。

治理参与：非专家家庭质押者的参议员

如果治理只能由全职协议专家参与，那么去中心化就是不完整的。

在 Zero 中，系统变更——例如添加新的执行分片、修改其状态转换函数、升级验证者软件或调整协议参数——必须通过所有合格利益相关者投票的链上治理过程。然而，家庭质押者可能没有时间或知识充分审查这些提案中的每一项。

Zero 通过参议员模型解决了这个问题。参议员是因其在协议设计、密码学、经济学或基础设施等领域的专业知识而获得认可的个人或实体。利益相关者可以将其投票权委托给他们信任的参议员，同时保留随时直接投票的能力。

这使得非专家参与者可以在无需持续关注或深入技术专业知识的情况下有意义地参与治理，在委托专业知识的同时不放弃控制权。

基于有效性的扩展消除了硬件障碍

在 Zero 中，应用程序执行发生在 Atomicity Zone 中，这是 Zero 区块链的异步执行分片。Atomicity Zone 与结算层紧密集成并继承其安全性。Zone 可以是任何类型的计算机应用程序。用户交易通过以下步骤处理：

1. 执行：区块生产者根据用户交易执行 Atomicity Zone 逻辑。
2. 证明生成：区块生产者生成简洁有效性证明，以证明 Atomicity Zone 状态转换执行的正确性。
3. 验证：结算层验证者验证有效性证明，将其打包到结算层区块中，并维护对结算账本的共识。

证明验证比执行便宜几个数量级，大大降低了共识层的计算要求。

作为可选优化，区块生产者可以将用户交易批量处理到 Atomicity Zone 区块中。至关重要的是，结算层对 Atomicity Zone 的区块生产保留最终权限，从而保留了抗审查性。这种设计允许区块生产者提高吞吐量，而不会使他们成为 Atomicity Zone 的单一控制点。

每个 Atomicity Zone 区块生产者都有一个定义好的时间窗口来合并结算层生成的区块。这使得诚实且在线的区块生产者能够向用户提供低延迟预确认。区块生产者提议的区块会立即排序，区块生产者可以在截止日期前主动执行并排序结算层提议的区块。因此，来自区块生产者和结算层的交易都能快速且以确定性顺序得到确认。

Zero 引入了一个指定的 Atomicity Zone，称为 System Zone，它处理其他区块链上通常放置在结算层中的核心功能：

• 原生代币 (ZRO) 流通。System Zone 维护 ZRO 余额并处理 ZRO 转移。

• 纯委托权益证明。System Zone 管理验证者池注册、质押委托和奖励分配，并根据质押比例定期抽样共识委员会。

• 治理。利益相关者通过向 System Zone 提交交易来参与治理。

最后，System Zone 将所需信息提交给结算层，包括共识委员会成员资格和所有结算层参数，例如每个 Zone 执行逻辑的更新，以便这些信息可以被验证。

通过从结算层移除账户管理和治理，验证者只维护最小的共识状态，从而减少了存储需求，并允许新参与者快速加入共识协议。

总而言之，Zero 的经济、治理和架构设计使得家庭质押者的参与成为可能，并使去中心化变得切实可行。这就是 Zero 启用纳米验证者的方式。

高贵的谎言

如今，许多区块链通过使用 L2 进行扩展，这些 L2 在链下执行交易，并定期将其数据和执行结果提交到 L1 区块链，声称从中获取安全性。这种方法依赖于区块链的一个核心安全属性：不变性。以太坊就是一个典型例子。其 L2 路线图围绕 Rollup 展开，Rollup 在以太坊上作为智能合约实现，并在链下执行交易。一旦智能合约部署完成，其代码即固定，执行逻辑也随之冻结。

实际上，不变性与可升级性之间的根本矛盾制造了一个困境：

• 可升级性。为了保持竞争力，应用程序必须修复错误、应对新威胁并发布新功能。这通常需要可升级合约，最常见的是使用由管理员多重签名控制的代理合约来实现。

• 不变性。真正不可变的系统无法任意改变其逻辑。在以太坊中，这可以通过直接部署包含完整执行逻辑的智能合约来实现，而不是使用具有管理控制权的代理合约。然而，这样做也牺牲了灵活性：错误变得永久，演进变得不可能，而过时则变得不可避免。

这是所有部署在以太坊上的 Rollup 面临的核心 L2 困境。

业界通常将这种矛盾视为一种暂时妥协，认为中心化可升级性是迈向更去中心化未来的可接受一步。然而，在实践中，可升级性是现实世界应用程序的永久性要求。只要 L1 区块链的架构没有根本性改变，不变性与可升级性之间的这种矛盾就无法完全解决。

协议拥有区域

从根本上说，应用程序陷入困境是因为大多数 L1 不支持可升级性。结果，执行逻辑中的关键问题可能仍然无法解决。

Zero 通过协议治理统一管理可升级性来解决这一矛盾。Atomicity Zone 的创建和修改必须经过一个对所有利益相关者开放并直接内置于协议中的治理过程。提案的升级会经过审查和核查，以确保状态转换逻辑正确且没有恶意行为。重要的是，Zero 中基于治理的升级并非紧急解决方案——它们是协议演进的预期和标准路径，旨在在允许系统随着时间改进的同时保持信任。

因此，用户无需担心静默或未经授权的升级。变更明确、透明且集体批准——在所有利益相关者的支持下保持信任，同时允许系统演进。

这种方法达到了一个有原则的平衡：根植于区块链安全性的不变性，以及通过透明、负责任的治理强制执行的可升级性。结果是一个统一的区块链，拥有超轻量级结算层和许多执行分片，所有这些都共享相同的安全基础。

解锁有效性扩展的四个瓶颈

Zero 的架构旨在在不中心化的情况下进行扩展。我们在 zkVM、数据可用性、状态存储和并行执行方面的创新使 Zone 能够每秒处理数百万笔可验证交易。

Jolt Pro：行星级执行证明

Zero 依赖 Jolt，它是最快的零知识虚拟机 (zkVM)，能够处理跨不同 Atomicity Zone 的任意复杂执行逻辑证明。Jolt 是 zkVM 设计的一个突破，它在数学上比其他 zkVM 更简单、更高效。我们与 Jolt 团队合作开发 Jolt Pro。

Jolt Pro 在 Jolt 的基础上，结合了最先进的 GPU 加速证明器、ZK 优化的 EVM 实现和 inlines。Inlines 是一种优化技术，它用一系列 RISC-V 指令替换高级操作；与其它 zkVMs 常用的预编译不同，inlines 在不引入新的临时、易错约束的情况下实现了效率。在 Jolt Pro 中，我们使用 cells 进行证明，cells 是共同放置的 GPU 组，它们共同生成一个证明。我们目前的旗舰 cell 拥有 64 块 NVIDIA GeForce RTX 5090 GPU，并以每秒 1.61 亿次循环（1.61 GHz）的速度证明 RISC-V。

Jolt Pro 目前实现了简洁证明，零知识证明已列入近期路线图。

SVID：可扩展地解决数据扣留攻击

在一个简单的基于有效性证明的分片区块链中，区块生产者可以从网络中扣留输入数据，并可能导致 Zone 停止运行。将完整的区块数据发送给每个验证者的直接解决方案不切实际，因为它会造成网络瓶颈。

我们通过我们的数据可用性方案解决了这个问题：可扩展可验证信息分散 (SVID)。在 SVID 中，区块生产者只发送一小部分区块和一个紧凑的加密指纹，该指纹将该部分链接到原始区块。验证者共同确保足够多的不同切片分布在网络中，以防止数据丢失。我们的方案类似于 Semi-AVID-PR [5]。SVID 确保所有无故障全节点都能与最新状态保持同步，从而防止 Atomicity Zone 永久失去活跃性。

我们将 SVID 和 Jolt 之间的数据流紧密集成，使 Jolt 能够以几乎没有开销的方式直接证明与底层数据绑定的执行的正确性。SVID 目前在纳米验证者上实现了超过 1 GB 每秒的速度，并且有明确的路线图随着硬件性能的扩展达到 10 GB 每秒。

QMDB：解决状态存储瓶颈

传统上，区块链状态存储在 Merkle Patricia Trie 等可验证数据结构中。这些结构从根本上说是低效的，因为 Trie 结构持久化在磁盘上，这需要随机逻辑写入。

我们的解决方案，快速 Merkle 数据库 (QMDB)，利用基于日志的只追加结构，从一开始就设计了可验证性，从而从现代 SSD 中提取了最大性能。QMDB 使用一台机器每秒提供 300 万次状态更新，每次状态访问一次 SSD 读取，更新的 I/O 为 O(1)，以及内存 Merkle 化，每个条目仅需 2.3 字节的 DRAM。它可以在不受内存数据库状态大小限制或高成本的情况下，达到内存数据库的性能。

FAFO：释放区块中的极致并行性

有了 QMDB，执行瓶颈变成了计算。大多数区块链通过串行处理交易来实现确定性，但牺牲了并行性。这限制了系统利用现代多核 CPU 的能力。

我们的交易调度器，快速提前形成优化 (FAFO)，在区块形成之前重新排序交易，以构建高度可并行化的区块，同时仍提供确定性。FAFO 内部使用布隆过滤器高效计算数据依赖性，这与将问题推给 dApp 开发者、仅在提供数据依赖性时才提供高并行性的其他区块链形成对比。FAFO 保持与虚拟机（例如 EVM）的兼容性，同时在 AWS i8g.metal-24xl 实例上使用单个区块生产者每秒执行超过 120 万笔 EVM 交易。

Zero 论点

去中心化是区块链技术的核心承诺。没有它，区块链就会退化为一个带有不必要开销的中心化运营者。真正的去中心化是通过家庭验证者的无需许可参与来实现的。Zero 的最小结算层启用了纳米验证者，使得去中心化变得可操作而不仅仅是修辞上的。

同时，真实系统必须不断演进。Zero 通过非主权区域解决了不变性与可升级性的困境，在这些区域中，执行逻辑可以安全地改变，而无需授予单方面控制权或引入隐藏后门。

Zero 解锁了技术栈中的每一个瓶颈，在不妥协原则的情况下提供性能。

Zero 是去中心化的世界计算机。

参考文献

1. Ethereum validator requirements: https://launchpad.ethereum.org/en/
2. Solana validator requirements: https://docs.solanalabs.com/operations/requirements
3. Ethereum’s rollup-centric roadmap in 2020: https://ethereum-magicians.org/t/a-rollup-centric-ethereum-roadmap/4698
4. Jolt: https://jolt.a16zcrypto.com/intro.html
5. Verifiable information dispersal: https://dl.acm.org/doi/10.1145/3558535.3559778
6. Merkle Patricia Trie: https://ethereum.org/developers/docs/data-structures-and-encoding/patricia-merkle-trie/
7. QMDB paper: https://arxiv.org/pdf/2501.05262
8. FAFO paper: https://arxiv.org/pdf/2507.10757 有关 Zero 的更多信息，请查看我们的网站和我们的博客。

由 LayerZero 研究团队撰写。感谢 a16z crypto 研究的 Joachim Neu 和 Nusret Tas 提供的富有洞察力的反馈。

• 原文链接： x.com/LayerZero_Core/sta...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～