一、Aligned Layer 介绍

对齐层 简介

以太坊在其初创阶段，并未特别为零知识证明（ZK-Proofs）技术设计。随着区块链技术的不断演进，将新型态的功能整合到以太坊，以改善其证明系统，一直是技术上充满挑战且缓慢的过程。面对这样的挑战，Aligned Layer 项目的宗旨是将以太坊转变为一个高效能且成本效益高的SNARK验证平台。

Aligned Layer 致力于扩展以太坊的零知识证明功能，将多样化且创新的特性融入到以太坊的生态系统中。该项目利用可验证的计算方式和以太坊的安全特性，希望为未来的免信任应用程式提供基础设施。

透过 Aligned Layer，以太坊的证明验证流程将更加迅速且成本更低，据估计，验证成本将降至原来的10%。这种成本的大幅降低不仅提升了处理效率，也降低了使用者参与的经济门槛，使得更多的开发者和使用者能够从中受益。

Aligned Layer 是建立在 EigenLayer 基础上的高效验证层，利用 EigenLayer 的重新质押机制来提供经济安全性和信任来源。这使得 Aligned Layer 能够在不改变以太坊基础协议的前提下，透过聚合和验证多种证明系统来实现低成本、高效的验证。与此同时，EigenLayer 促进了以太坊上的开放创新，允许开发者引入新的证明技术，以提升系统的可扩展性和灵活性。

创办成员简介

该团队之成员为下列四人，左起为创办人Roberto José Catalán，他毕业于布宜诺斯艾利斯理工学院，在 LambdaClass 担任资深软体开发，并创立了 Yet Another Company。左二为 Federico Carrone，他致力于推动以太坊生态系统的创新和发展。左三则为 Diego Kingston ，他是 Aligned Layer 的创办人兼研究主管。左四则为 Mauro Toscano 创办人兼工程主管，其确保项目的技术路线和实施策略能够成功推进。

创办人资讯（资料来源：Aligned Layer 官网）

二、零知识证明介绍

零知识证明简介

零知识证明 (ZKP) 是在 1985 年由 Shafi Goldwasser 等人合着的论文《The knowledge complexity of interactive proof systems》提出的数学演算法。零知识证明中的证明者提供只有他们能够生成的数学证明，而验证者可以用此证明来验证该陈述的真伪。然而，他们无法利用该证明来重建原始资讯。

因此，当涉及敏感资讯或证明者不希望验证者有存取权限时，即可考虑零知识证明。举例来说，许多 DeFi 项目使用 ZKP 向使用者提供更好的隐私与安全性，将其用于如贷款、借款与交易上。

另外，要注意的是零知识证明是概率性的证明，而不是确定性的证明，但可透过一些技术将合理性误差降低到可以忽略不计。

零知识证明的特点

完整性（Completeness）：

如果声明是真实的，诚实的证明者将总是能够说服诚实的验证者。即「真的假不了」

，正确的声明应该让验证者信服。

合理性（Soundness）：

如果声明是不真实的，在绝大多数情况下，一个试图欺骗的证明者不能使诚实的验证者相信这一虚假的声明。即「假的真不了」。

零知识（Zero-Knowledge）：

如果声明是真实的，验证者在确认声明的真实性后，不能获得任何除了声明本身是真实之外的额外信息。这种方式保护了证明者的隐私，避免了任何可能的信息泄漏。

零知识证明的案例

身份验证

网路上，通常需要提供如姓名和出生日期等敏感信息来证明身份，这容易导致个人资料泄露。透过区块链技术，我们能为每位用户创建一个独特的加密数字标识符，从而建立去中心化的身份认证系统，这种身份证明不会在用户不知情的情况下被篡改或冒用。零知识证明使得在不公开任何个人资料的前提下，仍能有效证明用户的身份，大幅简化了认证过程并降低了资料中心化存储的风险。此外，零知识证明还可用于建立私人信誉系统，允许用户在不透露具体社交媒体帐号的情况下，利用来自Facebook、Twitter 和 Github 等平台的信誉证明。

匿名支付

在传统的支付行为中，交易细节往往对多方开放，包括支付服务提供商、银行、以及政府机构，这种做法容易暴露用户的个人隐私。而加密货币透过点对点交易，虽摆脱第三方监控的支付方式，然而，大多数的公共区块链上，交易仍然是公开的，这意味着即使使用了匿名地址，人们仍可透过关联地址分析或是交易所的KYC 程序来追踪到特定交易人。一旦某个人的钱包地址被知晓，其账户余额和交易记录就无所遁形。

零知识证明技术能在三个层次上提供匿名支付解决方案：隐私币、隐私应用及隐私公链。例如，隐私币如Zcash，它透过零知识证明技术，能够隐藏交易细节，包括发送方和接收方的地址、交易金额以及时间。而 Tornado Cash，这是一个建立在以太坊上的去中心化应用，它利用零知识证明来混淆交易细节，从而提高交易的隐私性。

ZK 重要发展

zk-SNARK

ZK-SNARKs 是一种特殊的零知识证明技术，允许在不透露任何有关声明的额外资讯的情况下进行验证。该技术已经应用于 Zcash 和摩根大通等区块链支付系统中。

另外，ZK-SNARKs 提升了区块链网络的效率与可扩展性。在传统区块链中，保证交易正确性需要各节点重复验证每一笔交易，这样做不仅耗时也限制了网络的扩展性。 ZK-SNARKs 透过验证链外计算的正确性，避免了节点需要逐步重放计算过程，从而减少了对交易数据存储的需求，并大幅提高了网络的处理速度。

使用 ZK-SNARKs 需要一次可信设置过程，其中密钥生成器会使用程序和秘密参数来生成两个关键的公钥：一个用于创建证明，另一个用于验证。这个过程存在潜在风险，比如秘密参数如果被泄露，就可能被用来生成虚假的证明。因此，学术界正在积极研究如何去除ZK-SNARKs 中对可信设置的依赖，以增强其安全性。

zk-RollUps

Zero-Knowledge Rollup 是指使用零知识证明技术将计算转移到链下，以减轻网络的负担。其以太坊的二层「扩容方案」，能显著提升交易吞吐量并维持较低的交易费用。例如，BNB 链于 2022 年推出了其基于 zkRoll-up 架构的 zkBNB 测试网。 zkBNB 将数百笔交易在链下打包成单一批次，并生成一个密码学证明来确认所有交易的正确性。这种技术在提高可扩展性和保障安全性之间达到了平衡，适合于需要处理大规模且低延迟交易的环境。

最初设计的以太坊虚拟机（EVM）未考虑使用零知识证明技术。以太坊创始人 Vitalik Buterin 认为，短期内 zk-Rollup 的技术实现相对复杂。

zk-RollUp 的挑战与 Aligned Layer

zk-RollUp 仍面临多项挑战，包括流动性和用户分散、EVM 限制导致的验证成本较高以及证明系统创新难以跟上等。此外，证明系统的创新也难以跟进。换言之，当前的基础设施并未设计成为通用的验证器。 EigenLayer 让开发者能在以太坊的信任层之上创建新协议，从而打破了EVM的限制，促进了开放式创新。可以引入新基础设施来加速以太坊的发展，而无需修改底层协议。

Aligned Layer 作为一个通用验证层，目标是成为网络的主要基础设施其欲透过创建一个专门为zk-proofs 设计的层来实现，让开发人员可以访问一个快速、经济且可扩展的去中心化验证网络。透过EigenLayer的再抵押功能，以太坊将提供保障。这种方法不仅降低了对波动性价格的依赖，还改善了桥接和整体用户体验。此外，Aligned Layer 正透过可验证的计算推动以太坊的创新，透过整合新的定制证明系统、降低验证成本，并提升对开发者的友善性，从而促进新的去信任应用的创新。

三、现有技术的困难

原始区块链的缺点

原始设计之区块链的一个缺点是新增硬体并不能使系统变得更快。这是因为每个节点都必须重新执行计算。零知识证明（ZK-proofs）透过新增硬体并允许复杂计算更快速地检查，解决了这一问题。零知识证明的核心理念是透过验证一个短字符串（通常为kB 级别，远小于证明声明所需的所有信息），验证时间至多是计算规模的对数级别𝑂 (log 𝑛)，其中𝑛 是计算步骤的数量。

虽然理论上早已清楚，但直到 2014 年后才实际可行。自2014 年起，密码学、证明理论有了爆炸系的成长，像是使用了不同的有限域、椭圆曲线、哈希函数和多项式承诺方案，这使得证明和验证时间、证明大小等方面的权衡。

零知识 Layer 2（zk-rollups）

零知识 Layer 2（如 zkSync、Starknet、Polygon）扩展了以太坊的能力，使其变得更快且手续费更便宜，同时保持了以太坊的安全保障。

• ZK 更有效地利用了区块空间，降低了成本
• Rollups 将执行外包给一个或一组节点，透过 EVM 合约向以太坊证明计算，并利用加密经济和加密保证来以太坊的信任

然而，它还造成流动性和用户碎片化的问题，像是需要桥接，增加开销，并使用户体验更加复杂。 以现有的解决方案来说，如果您在可验证计算机之上构建应用程序，则只能构建可验证计算机信任的应用程式。 EigenLayer 允许创建继承以太坊信任的应用程序，而无需在区块链本身之上创建应用程式。您可以使用不同的共识机制来建立新的区块链。

除此之外，EigenLayer 还支援建置分散式系统，如桥接器、资料可用性层、MEV 层，甚至是 ZK 验证层（如其上的对齐层）。简言之，EigenLayer 用了和其他 Layer 2 的不同的解决扩展了以太坊的功能。

四、EigenLayer 的创新

重新质押机制（Restaking）

EigenLayer 引入了新的重新质押机制，允许以太坊的质押者使用相同的质押资产参与多个应用程序，这些应用程序被称为主动验证服务（Actively Validated Services, AVS）。质押者可以在不增加大量额外成本的情况下，从多个应用中获取额外的回报，从而提高了参与积极性和整体网络的安全性。

多样化的应用场景：EigenLayer 支持构建各种类型的应用，包括数据可用性层（Data Availability Layers）、去中心化排序器（Decentralized Sequencers）、预言机（Oracles）、可选的MEV 管理（Opt-In MEV Management）以及为Rollups 提供快速模式的桥接（Fast-Mode Bridges for Rollups）等。这些应用的多样性不仅扩展了以太坊生态系统的功能，也为开发者提供了更灵活的创新平台，能够根据不同需求设计出更高效的解决方案。

扩展以太坊的能力

EigenLayer 允许开发者在以太坊的信任层上构建新的协议和应用，无需直接在以太坊区块链上运行。这使得开发者可以利用以太坊的安全性和信任基础，同时自由选择不同的共识机制和设计参数，从而实现更高效的区块链解决方案。例如，开发者可以构建新的区块链，这些区块链可以利用以太坊的信任，但在性能和成本上有更大的灵活性。

提升验证效率

EigenLayer 的重新质押机制显著提升了验证效率，使得验证过程更加快速和低成本。这一机制允许将多个验证结果聚合成一个证明，从而大大减少了单个验证所需的计算资源和成本。这种聚合验证的方法不仅提升了系统的可扩展性，还提高了整体验证过程的效率，使得区块链应用的运行更为顺畅。

五、Aligned Layer 架构说明

Aligned Layer 之核心元件：

• 对齐层：

接收来自不同证明系统的证明，进行验证，将最终结果发送到以太坊，并将数据发布到数据可用性层（Data Availability Layer, DA）

• 数据可用性层（DA Layer）：

提供不同证明的存储空间，确保数据的可访问性和持久性

• 通用证明/验证器：

每隔几天，从 DA 层提取证明，生成所有证明验证的证明

这些通用验证器可以基于 SP1、Risc0 或 Nexus 的虚拟机，这些虚拟机能够验证通用 Rust 代码的执行

最终的验证证明会以递回树（Recursion Tree）的方式储存，以聚合和压缩证明大小​

• 以太坊：

提供信任和流动性的来源，接收来自 Aligned Layer 的验证结果

Aligned Layer 核心元件示意图（资料来源：Aligned Layer 白皮书）

递回树（资料来源：Aligned Layer 白皮书）

验证流程

任务管理器将证明发布到 DA 层，并在以太坊上创建一个新任务，发送证明的哈希值（Hash value）和所需的元数据（meta data）。运营者从以太坊获取任务，从 DA 层获取证明，然后将验证结果发送给聚合器。聚合器验证结果，并将结果发布到以太坊区块链上

Aligned Layer 验证流程示意图（资料来源：Aligned Layer 白皮书）

Slashing 机制：

为了确保去中心化网络中的参与者有适当的激励机制，项目方引入了 slashing（削减）机制，以便在发现恶意活动时对参与者进行惩罚。这一机制在大多数来自 EigenLayer 的主动验证服务（AVS）中仍在开发中，短期方案需要网络中三分之二的运营者达成共识，并在以太坊上发布结果。未能达成共识的运营者将因反对大多数网络达成的结果而受到惩罚。虽然这一机制并不完美，但考虑到 Aligned Layer 的客户端软件将是轻量级的，且对硬件要求较低，这使得网络可以允许更多参与者加入运营者行列来实现去中心化。网络越去中心化，大多数成员诚实的可能性就越高。

Dual Staking 双重质押模型

项目方提出了一种双重质押模型。首先需要使用以太坊（ETH）和来自 EigenLayer 的重新质押来启动权益证明（Proof of Stake）网络。这一阶段旨在利用以太坊的现有资源和信任基础来建立网络的初步运行和安全性。在第二阶段，作为任何关键基础设施的一部分，需要引入原生代币以实现治理权，使破坏网络活性和安全性的成本变得非常高。双重质押模型确保了网络的高安全性和活性。引入原生代币来实现去中心化治理，这将提高对重要架构变更的决策透明度和参与度，确保网络的稳定运行和长期可持续发展。

六、结论

Aligned Layer 的目标是解决以太坊在初创阶段未设计为零知识证明（ZK-Proofs）的挑战，将以太坊转变为高效且成本效益高的 SNARK 验证平台。 Aligned Layer 利用EigenLayer 的重新质押（restaking）机制来提供经济安全性和信任来源，使其能够在不改变以太坊基础协议的前提下，透过聚合和验证多种证明系统来实现低成本和高效的验证过程。 EigenLayer 透过允许开发者在以太坊的信任层上构建新协议和应用，在促进了开放创新的同时，让开发者可以自由引入新的证明技术，从而提升系统的可扩展性和灵活性。