Albert

Polygon Chain Development Kit，一個開源框架，用於在以太坊上快速部署由 ZK 驅動的 L2。

使用 Polygon CDK 開發的鏈的高級架構，可以像 L1 區塊鏈一樣定制業務規則

為什麼要選擇 Polygon CDK ?#

Polygon CDK 的設計原則

• 高度模塊化，開發人員可以根據自己的需要定制鏈，從執行環境到 gas token
• 高度可擴展性，CDK 開發的 L2 可提高交易速度
• 統一的流動性，CDK 開發的鏈可確保在 Polygon 2.0 L2 生態系統內鏈間的資產轉移
• 獨立的 DA，CDK 開發的鏈具有專用的 DA 和 DAC，可提供強大的鏈外數據訪問和可靠性
• 可組合可操作性，借助 LXLY Bridge, 實現鏈間的無縫互動和資產交換
• 近乎即時的最終確認，使用 Polygon CDK 部署的鏈依賴於加密安全，無需完整節點即可確保交易完整性

Key Factors

• Scalability for Ethereum， CDK 鏈可擴展以太坊
• 業務邏輯定制，CDK 鏈完全支持 EVM，允許自定義 gas limit，op code 兼容性和技術集成
• 隱私選項，CDK 鏈可以創建私有的 app chain。為優先考慮隱私的人提供一種選擇，支持客戶維護其應用數據的機密性，同時享受區塊鏈技術帶來的好處
• 以合規為導向，CDK 鏈可實現網絡主權和合規性，允許網絡維護者選擇符合當地法規的管理者，確保符合地區法規要求
• 廣泛的 Web3 支持，CDK 鏈是 zkEVM stack 的直接分叉，便於服務的移植，利用了一個全面的生態系統

Polygon CDK Data Avalilablity#

數據可用性將交易的執行和數據存儲分離，允許交易數據駐留在鏈外 (off-chain data)，同時仍可用於驗證，大大提高了可擴展性，降低了成本。

Polygon CDK Validium 是一種基於 zkEVM 基礎的獨特的擴展方案，它為 zkEVM 整合了 DAC，一種獨特的數據可用性方法。

Polygon CDK 框架內，數據可用性委員會 (DAC) 成員運行 DA 節點，以確保鏈外數據的安全性、可訪問性和完整性。鏈外數據由 DAC 管理，確保可用性。

Data Availability Committees 數據可用性委員會，有一個核心職責：核實每個人都能訪問根據鏈上事件重建 L2 狀態所需的數據。這意味著，即使 L2 運營商離線，用戶仍可訪問其資產的數據。

在 CDK-developed 鏈中，DAC 作為一個安全的節點聯盟，確保鏈外數據訪問。

DAC 的優勢：

• Lower Transaction Fees 計算要求降低，費用也隨之降低
• State Privacy，確保數據完整性

DAC 成員由 L1 上的智能合約進行管理。sequencer 將 L2 batch 數據發送給 DAC 成員，只在 L1 上傳 hash 值 (accumulated input hash)，而不是完整的 L2 交易數據。

• sequencer 有一個 ECC 私鑰，在將 L2 batch 數據發送給 DAC 之前，會用自己的私鑰簽名。

// 帶有sequencer簽名的sequence
type SignedSequence struct {
	Sequence  Sequence       `json:"sequence"`
	Signature types.ArgBytes `json:"signature"`
}

// sequencer需要發送到L1的數據，以及一些metadata
// 排好序的交易列表，稱為sequence
type Sequence struct {
	Batches         []batch.Batch `json:"batches"`
	OldAccInputHash common.Hash   `json:"oldAccInputhash"`
}

// batch結構體
type Batch struct {
	Number         types.ArgUint64 `json:"number"`
	GlobalExitRoot common.Hash     `json:"globalExitRoot"`
	Timestamp      types.ArgUint64 `json:"timestamp"`
	Coinbase       common.Address  `json:"coinbase"`
	L2Data         types.ArgBytes  `json:"batchL2Data"`
}

• DAC 成員向 sequencer 提供 API (datacom 服務)
  • 從 L1 合約中讀取 sequencer 地址 (如果有更新，會監聽合約進行更新)
  • 接收 & 存儲 sequencer 發過來的 L2 batch 數據 (CDK 稱這部分為 offchain data)
    • 驗證 sequencer 地址 (通過 sequencer 的 ECC 簽名恢復)
    • 存儲數據
    • Copy

      func (db *DB) StoreOffChainData(ctx context.Context, od []offchaindata.OffChainData, dbTx pgx.Tx) error
      

  • 存儲成功後，對 accumulated input hash 進行簽名，並返回給 sequencer (每個 DAC 成員有一個 ECC 私鑰)
  • 核心代碼
    • Copy

      func (d *DataComEndpoints) SignSequence(signedSequence sequence.SignedSequence) (interface{}, types.Error)
      

zkEVM 和 Validium 在部署上的區別#

• zkEVM 部署

  • zkEVM Node，管理 polygon zkEVM 網絡、處理交易、維護狀態並與 L1 交互

    • 組件包括：JSON RPC, Pool DB, Sequencer, State DB, Synchronizer,Aggregator, Prover
    • 代碼庫：https://github.com/0xPolygonHermez/zkevm-node

  • zkEVM Contracts， 部署在以太坊上的一系列合約，主要有PolygonZkEVM,PolygonZkEVMBridge和PolygonZkEVMGlobalExitRoot

    • 代碼庫：https://github.com/0xPolygonHermez/zkevm-contracts

• Validium 部署

  • Data Availability Layer 數據可用性層
    • 代碼庫：https://github.com/0xPolygon/cdk-data-availability
  • zkEVM Node with Validium Extensions 帶有 Validium 擴展的 zkEVM Node
    • 代碼庫：https://github.com/0xPolygon/cdk-validium-node
  • Validium-specific DAC Contract Validium 專用的 DAC 合約，主要有 **CDKDataCommittee.sol 和 CDKValidium.sol**
    • 代碼庫：https://github.com/0xPolygon/cdk-validium-contracts

zkEVM vs. Validium

zkEVM Node 的關鍵組件#

• Aggregator 聚合器
  • 負責向 L2 提交 L2 state 的有效性證明。
    • 它需要向 sequencer 獲取交易的 batch
    • 並和 prover 交互獲得 zk proof，將多個證明匯總成單個證明
    • 使用 EthTxManager 將聚合的 zk proof 發送到 L1
• Prover
  • 負責為 batched transactions 生成 zk proof，這些 proof 用於在 L1 上驗證 L2 state。
• Sequencer
  • 負責對 L2 交易進行排序，推動 L2 狀態向前。
    • Transaction Ordering 交易排序，從 tx pool 中獲取交易，並添加到 state 中
    • State Transition 狀態轉換，與 Executor 協作，執行交易，並更新 state
    • Trusted finality 可信的最終性確認，一旦 sequencer 將交易添加到 state 中，就會與其它節點共享該信息，使交易最終確認 (排序器級別的信任)。
      • 其它節點在獲得 zkp 確認之後，才是最終級別的確認。
• SequenceSender
  • SequenceSender 將排好序的交易列表 (稱為 sequence) 發送給 L1
    • 發送的其實是 sequence 的 fingerprint（可以理解為一個 hash 值)
    • 使用 EthTxManager 來處理 L1 交易
  • 它還與數據可用性層協作，確保所有交易數據能在鏈外訪問
• Synchronizer
  • Synchronizer 使節點的本地狀態和以太坊 L1 保持同步，是 L1 和 L2 節點之間的橋樑
    • 監聽 L1 合約的事件
    • 根據 L1 事件，從數據可用性層下載數據
    • 更新狀態，使本地狀態和主網保持一致
    • 處理 L1 區塊重組：檢測和管理區塊鏈重組，以保持數據的完整性
• Executor
  • 狀態轉換 (state transition) 的實現，也即 VM 的實現
    • Batch execution: 接收一批交易的執行請求
    • EVM-compatible 的交易處理
    • 從執行中提取必要的 metadata，如 state root, transaction receipts, logs (events)
• EthTxmanager
  • 用於和 ETH 主網交互，包括：
    • 管理 SequenceSender 和 Aggregator 向 L1 發送交易的請求
    • 為交易涉及的賬戶管理 nonce
    • 動態調整 gas 價格，以確保交易被及時打包
• State
  • 是節點數據管理的重要組件。
    • 狀態管理，處理所有狀態相關的數據，包括 batch, block 和 transaction
    • 與 Executor 通信，以處理交易和更新狀態
    • StateDB 用於狀態持久化
• Pool
  • 交易池，用於交易的臨時存儲
    • 臨時存儲經過 RPC 提交的交易
    • 為 Sequencer 提供交易，以進行交易排序和打包 batch
• JSON RPC
  • 給用戶交互的 HTTP 接口
• L2GasPricer
  • 根據 L1 gas price 計算 L2 gas price

合約#

主要有 3 個合約

CDKDataCommittee合約#

CDKDataCommittee合約用於管理 DAC 成員、驗證 DAC 簽名。主要有 2 個方法：

• admin 可以設置 DAC 成員和 N/M 多簽

  Copy

  function setupCommittee(
          uint _requiredAmountOfSignatures,
          string[] calldata urls,
          bytes calldata addrsBytes
      ) external
  

• 驗證 DAC 簽名

  • 驗證signedHash是否達到足夠的簽名閾值
  Copy

  function verifySignatures(
          bytes32 signedHash,
          bytes calldata signaturesAndAddrs
      ) external view
  
  // signedHash是根據BatchData計算得到，並不是transactionsHash
  

CDKValidium合約#

管理和更新 L2 的狀態。

• trusted sequencer向該合約提交交易 batches

  • sequenceBatches會調用CDKDataCommittee合約的verifySignatures方法，驗證 DAC 簽名是否達到閾值
  Copy

  function sequenceBatches(
          BatchData[] calldata batches, // BatchData包含transactionsHash
          address l2Coinbase,
          bytes calldata signaturesAndAddrs
      ) external ifNotEmergencyState onlyTrustedSequencer
  
  struct BatchData {
          bytes32 transactionsHash; // L2交易的keccak256
          bytes32 globalExitRoot; // 該批次的Global exit root，用於L1提款
          uint64 timestamp;
          uint64 minForcedTimestamp;
      }
  

• verifyBatches 驗證交易 batches

  • 提供 zk proof，證明一批交易
  Copy

  // 只有TrustedAggregator才可以調用
  function verifyBatchesTrustedAggregator(
          uint64 pendingStateNum,
          uint64 initNumBatch,
          uint64 finalNewBatch,
          bytes32 newLocalExitRoot,
          bytes32 newStateRoot,
          bytes32[24] calldata proof
      ) external onlyTrustedAggregator
  
  function verifyBatches(
          uint64 pendingStateNum,
          uint64 initNumBatch,
          uint64 finalNewBatch,
          bytes32 newLocalExitRoot,
          bytes32 newStateRoot,
          bytes32[24] calldata proof
      ) external ifNotEmergencyState
  

PolygonZkEVMBridge合約#

部署在 L1 和 L2 上的橋，用於資產跨鏈。

數據流#

1. 批次 (batches) 組裝，Sequencer 收集用戶交易，並將其整理成批次 (batches)
2. 批次認證，批次組裝完成後，Sequencer 將批次數據及其對應的 hash 值發送給 DAC
3. 數據驗證和存儲，各 DAC 節點獨立驗證批次數據，驗證通過後，哈希值會存儲在每個節點的本地數據庫中
4. 簽名生成，每個 DAC 節點都會為批次 hash 值生成一個簽名，這是對批次完整性和真實性的認可
5. 與 Ethereum 通信，Sequencer 收集 DAC 成員的簽名和原始批次的 hash 值，並提交給 Ethereum 網絡進行驗證
6. Ethereum 上的驗證，Ethereum 上的 rollup 合約會根據有效的 DAC 成員列表驗證提交的簽名，並確認批次 hash 值得到足夠的批准
7. 使用 ZKP 進行最終確認，聚合器為該批次的交易準備 ZKP 並提交給 Ethereum。該證明確認批准交易的有效性，但不透露交易細節，從而更新 Ethereum 上 CKD 鏈的狀態。

Polygon CDK 的整個數據流流程

[以上純個人理解 (搬運)，如有錯誤，歡迎指正！]