详解Aztec：采用UTXO模型与隐私证明的Layer2扩容网络

PANews编者按：今日早间消息，Aztec Network完成由a16z领投的1亿美元B轮融资。在加密寒冬中完成如此大额的融资实属罕见，Aztec必有其过人之处。本文为链茶馆7月5日撰写的文章，相对全面地分析了Aztec的“过人之处”，供读者们阅读。

原文：《解读Aztec：将隐私带入Defi的L2 | 链茶尽调》

作者：echo_z

近期，链茶馆发布了L2系列文章，从L2概览到StarkWare、ZKSync等具体项目，分别做过详细介绍。除了之前介绍过的龙头项目外，L2中还有个较为特殊的项目Aztec，实现了隐私交易。隐私交易并不新鲜，但是Aztec即将上线的新功能可以实现隐私Defi，弥补了隐私赛道的缺口。本文将对Aztec进行分析。

本文目录：

1. 市场概览

2. 产品机制

2.1 隐私架构：UTXO模型与隐私证明

2.2 Aztec Connect：通过网关实现Defi隐私交互

3. 运营现状

4. 团队及融资

5. 优势与挑战

6. 附录

1.市场概览

在现实世界中，「隐私」几乎是默认选项，没有人希望自己的信息泄露。但在区块链世界中，由于链上信息的透明性，用户大多数时候无法享受交易行为的隐私保护。对于现阶段的散户来说，尚且无伤大雅，但是随着行业发展，隐私也必然会成为重要功能。链茶馆判断，用户需求可能会集中在两方面：

其一，大户对于交易隐私保护的需求。大户如果公开自己的大笔余额和交易行为，无异于带着家产招摇过市，容易吸引黑客或者暴露身份。从目前已有的隐私交易项目来看，资金也多集中于大户交易。

下图为Tornado Cash的每月取款数据，其中数字代表取款次数，区间代表提款份额（Tornado的机制为通过0.1ETH、1ETH、10ETH、100ETH四种面额来存提款），计算可得100ETH的提款总额最大，以6月为例，占全部提款额的87.6%。

来源：https://dune.com/poma/tornado-cash_1

其二，当Web3发展到投资之外的范围，如通讯社交等场景时，隐私的需求一定也会凸显。相信没有人希望自己的账户不断被垃圾信息干扰，也没有人会希望自己和密友间的聊天内容被公开。

总结而言，由于Web3当前的使用场景集中于交易投资，仅大户对于隐私有较强需求；而随着Web3功能场景的拓展，隐私需求也会拓展到散户。

从目前的供给来看，实现了隐私功能的项目绝大多数只能满足简单的转账功能。隐私赛道的头部项目包括：FDV~21亿美元的Monero和~11亿美元的Zcash，二者都是独立的L1公链，不支持智能合约；FDV~2.3亿美元的Tornado Cash则是建立在以太坊上的智能合约，只能支持按照有限面额的存提款。除此之外，个别项目如Secret Network可以支持智能合约，FDV~1.7亿美元，然而其核心的隐私功能依赖于硬件设备，安全级别太低[1]。

因此，隐私赛道缺乏功能完备、且安全级别足够高的项目。Aztec作为新兴的隐私项目，具有补足这一缺口的潜力：作为ZK Rollup的项目，可以共享以太坊的安全性，且项目的中短期目标就是实现Defi交互的隐私性，能够为隐私赛道带来新的体验。

2.产品机制

Aztec的产品体系为：基于底层的PLONK证明系统，实现账户间的匿名交易，并通过网关合约的嫁接来实现和Defi项目的隐私交互。除了网关的部分外，Aztec的隐私实现方式其实和Zcash很相似，类似一个通过Rollup技术共享以太坊安全性的Zcash。下文将对其隐私架构及Defi交互方式进行详述。

2.1 隐私架构：UTXO模型与隐私证明

Zcash的记账模型遵循比特币的UTXO（未花费交易支出）模型，每一个UTXO被称为一个Note（票据），记录了每笔交易的变化。举个例子，如果我的账户中有10元的票据，而我此时给其他人转账5元，那么这张10元的票据就会拆分成2张5元的票据，其中一张的所有者是被转账者，另一张的所有者就是我自己。而对于一个账户地址而言，余额的全部就是所有UTXO的总和。

来源：https://medium.com/aztec-protocol/an-introduction-to-aztec-47c70e875dc7

与此相对的，则是以太坊基于账户的记账模型：每个账户对应一个余额，转账时需要在双方的地址数上做加减法。由于每个账户的余额都已经清晰记录在最近一次交易中，不像UTXO那样需要加总账户下的所有UTXO，因此对于较复杂的智能合约来说，账户模型更易于计算，是较主流的记账模型，而UTXO则多见于比特币等简单转账网络。

来源：https://medium.com/aztec-protocol/fully-confidential-ethereum-transactions-aztec-networks-privacy-architecture-274f968b13d4

UTXO模型和账户余额模型有各自的优劣势，而在隐私方面，UTXO适于存放于同一账户的不同地址下，更能够混淆交易之间的联系[2]，这大概是Zcash和Aztec都选择了UTXO的原因。

在这样的记账模型下，用户的每一次交易，本质上是销毁了一张或N张票据，生成了另外总和相等的一张或N张票据，并转让了部分票据的所有权。

在Aztec的数据结构中，所有票据的状态存储在两个Merkle Trees中，其中一个是note tree（票据树），存储着所有生成过的票据，另一个则是nullifier tree（废弃树），存储所有被销毁过的票据。所谓「拥有」一张票据，即在note tree中存在对应票据、而在nullifier tree中不存在对应票据[3]。

来源：同上图

那么，用户的隐私是在哪一步实现的，又有哪些信息经过了Rollup（打包）呢？这就涉及到多层证明生成的过程。

当用户要进行一笔交易的时候，需要销毁并生成相应的票据，再将票据的所有权转移，而对于这笔私密交易，用户需要在本地生成一个「隐私证明」（privacy proofs）。随后，28笔私密交易将会聚合为内部Rollup证明（ “inner” rollup proof），之后又有32个这样的内部Rollup证明聚合为外部Rollup证明（“outer” rollup proof），外部Rollup证明将会最终被提交到L1上，供节点验证。

下图中显示的是4个内部Rollup证明聚合为1个外部Rollup证明，总共112笔交易，而在今年3月更新的SDK中，提升为32个内部Rollup证明，换言之一个最终提交的Rollup证明中可以包含28*32=896笔交易。

来源：https://medium.com/aztec-protocol/privacy-for-pennies-scaling-aztecs-zkrollup-9f2b36615cc6

需要注意的是，只有用户在本地生成的隐私证明，是真正不泄露信息的零知识证明，也是整个系统中唯一为隐私负责的部分[4]。而在其之上的内部Rollup、外部Rollup证明，都和StarkWare、ZKSync等通用ZK系L2一样，并不必然是零知识。BTW，StarkWare团队曾提议，将ZK Rollups改名为Validity Proof，以免混淆概念[5]。

Aztec的Rollup方式和StarkWare、ZKSync等ZK系L2还有一个很大的不同：通常ZK系Rollup都是将多笔交易打包，生成聚合证明，而Aztec为了实现隐私，需要将每笔交易分别生成证明，再将证明打包生产证明。这大概也是Aztec的gas fee高于其他所有Rollups的原因。

在整个过程中，可以看到多个源自Zcash的做法，包括UTXO记账模型、两种Merkle Trees的设计、用户在本地生成隐私证明的方式，都和Zcash相同。此外，Aztec还提供内部转账的功能，也就是一个匿名账户可以给另一个匿名账户转账，这能够隐匿两个地址之间的交易联系，避免由于某个钱包地址余额不足、需要输入矿工费等场景下，和另一个钱包产生公开联系。如此，会比Tornado Cash这类仅仅通过面额池存提款的方式更能保护隐私，而Zcash也提供这一功能。

Zcash提供的多种转账模式，红框为匿名到匿名，也就是Aztec中的内部转账功能。来源：https://z.cash/technology/

至此，我们基本可以理解Aztec的隐私架构：采用UTXO的记账模型，以「票据」的分拆和所有权转让实现转账，由用户在本地生成隐私证明来实现隐私交易，再通过双层Rollup实现多笔交易的聚合证明，提交到L1验证。底层隐私架构有不少设计取自Zcash，而通过Rollup的聚合证明方式则借用了以太坊安全性，有些类似一个Rollup版的Zcash。

2.2 Aztec Connect：通过网关实现Defi隐私交互

上述隐私架构实现了用户的私密交易，但到这一步为止只是将隐私交易迁移到了L2，相对原来的解决方案并没有显著进步，仍然只能实现简单的转账。Aztec的目标也不止于此，长期希望能够支持所有智能合约的隐私交互，而其中短期目标是实现L1上Defi的隐私交互。

Aztec实现隐私Defi的方式比较讨巧。由于采用了UTXO模型，不适用于复杂的智能合约，因此Aztec没有试图在L2上推广智能合约，而是通过「网关」的方式，将交易聚合到L1。

其具体的方式是：当用户要进行一个Defi交易时，Aztec会把同类型的交易打包，并把这些交易传递给Aztec Bridge Contract——一个部署在L1的合约，再通过这个合约聚合资金并调用相应的Defi功能，最后将交易完成的资金按比例返还给L2上的账户[6]。

这有点类似一个金库策略，将同类的交易行为打包完成，在实现隐私的同时也能够分摊gas fee。

对于L1的Defi项目来说，迁移变得非常简单，不再需要重新部署合约，只需要和Aztec Connect完成接口即可。不过，这也降低了项目部署的灵活性，只有同类型的交易足够多才能够摊薄费用，否则单笔交易仍然会比较贵。如此看来，这一方式短期内大概只适合操作单一、资金密集的项目。

3.运营现状

Aztec的隐私设计基于UTXO模型，不适于复杂的智能合约开发，目前的产品仅限于团队自己开发的zk.money，对于其他项目的集成主要通过Aztec Connect网关合约来实现。

zk.money最早发布于去年3月，目前正在新版和旧版的分叉阶段，新版仍未上线。

旧版zk.money只能实现简单的转账支付，支持ETH/DAI/renBTC三种资产。用户每次连接时，需要通过ETH钱包进行签名，之后可通过「Shield」存款，再通过「Send」进行内部转账、或提款到L1账户。

来源：https://old.zk.money/asset/ETH

由于功能简单、手续费较高，旧版zk.money的使用率较低，当前TVL仅在~500万美元，高峰时也仅为~1,400万美元。

来源：https://defillama.com/protocol/aztec

新版zk.money将会上线Aztec Connect，实现隐私Defi，是Aztec项目的重要里程碑，原定于6月初上线，但目前仍在处理问题，还没有明确的上线日期。根据今年4月的官方博客，初期应该会集成Element.fi和Lido，作为最早上线的隐私Defi[7]。

整体来看，Aztec的设计可以方便地接入L1的Defi，但是没有提供项目自由部署的选项，如此则较难建立独立的公链生态，更像是为L1的Defi项目集成了一个隐私选项。

4.团队及融资

Aztec的核心团队有较强的技术能力，其底层证明系统PLONK的三位合作者中的两位均在Aztec。

CEO Zac Williamson，牛津大学粒子物理学博士，PLONK发明者之一，曾在CERN（欧洲核子研究中心）和T2K（日本一个粒子物理学实验）担任物理学家。

CPO产品总监Joe Andrews，伦敦帝国学院材料科学工学士，曾在硅谷的餐饮创业公司Radish担任CTO。

首席科学家Ariel Gabizon，以色列魏兹曼研究所（Weizmann Institute）计算机博士，曾在Zcash担任研究员和工程师，也是PLONK的发明者之一。

截至目前为止，Aztec披露过的融资金额累计1,910万美元。2018年11月公布了由Consensys领投的210万美元种子轮融资；2021年12月公布了由Paradigm领投的1,700万美元融资，其他参投者包括IOSG Ventures、Variant Fund、Nascent、imToken、Scalar Capital、Defi Alliance、ZK Validator及天使投资人Anthony Sassano、Stani KulecFhov、Bankless、Defi Dad、Mariano Conti、Vitalik Buterin，且上轮投资方 a_capital、Ethereal Ventures和Libertus Capital也继续加注。此外，2019年9月也曾公布过一轮种子轮融资，但未披露金额。

5.优势与挑战

链茶馆认为，Aztec的核心优势为：产品实现了安全级别较高、且能够和Defi项目交互的隐私功能，而当前隐私赛道绝大多数产品仅能支持简单转账功能，Aztec有效填补了赛道空缺。不过，这一功能仍未上线，需要观测上线后的功能表现。

然而一体两面，特殊的隐私功能也在很大程度上限制了项目。

一方面，Aztec依靠集成网关合约来实现对Defi项目的操作，在降低部署难度的同时也降低了灵活性，短期来看更适合操作单一、资本密集的项目。

另一方面，为了实现隐私，要求给每一笔交易都生成隐私证明，虽然项目通过双层Rollup方式分摊了存储空间，但Aztec的手续费在所有L2中仍然是最高的，对用户而言门槛也较高，更适合大户。

总体来看，Aztec的产品功能简单直接，预计如果功能表现尚可，会在L2中占据一席之地；但就目前与Defi的标准化集成方式来看，更像是为L1的Defi项目所做的功能补充，可能天花板不会太高。

Aztec的远期目标不止于此，最终是希望实现所有智能合约的隐私交互，而要实现这一目标，大概需要全新的方案。

6.附录

[1]https://twitter.com/0xfoobar/status/1502083084052836354

[2]UTXO VS. ACCOUNT MODEL:

https://academy.horizen.io/technology/expert/utxo-vs-account-model/#:~:text=The%20UTXO%20model%20is%20a,constructions%2C%20as%20well%20a%20sharding.

[3]Fully Confidential Ethereum Transactions: Aztec Network’s Privacy Architecture:

https://medium.com/aztec-protocol/fully-confidential-ethereum-transactions-aztec-networks-privacy-architecture-274f968b13d4

[4]Vulnerabilities patched in Aztec 2.0:

https://medium.com/aztec-protocol/vulnerabilities-found-in-aztec-2-0-9b80c8bf416c

[5]https://twitter.com/Starknet_Intern/status/1539520570005463040?s=20&t=lU7XNY0bBmT-bNcs2KJr1A

[6]Private DeFi with the Aztec Connect Bridge:

https://medium.com/aztec-protocol/private-defi-with-the-aztec-connect-bridge-76c3da76d982

[7]Dollars and Sense: Cheap Privacy with Aztec Connect:

https://medium.com/aztec-protocol/dollars-and-sense-cheap-privacy-with-aztec-connect-f35db037a04

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