让小白用户也能搭建去中心化交易所

在这两个月，我们有幸见证了路印 3.0 的协议发布，并于 Github 上开源了其 最新技术设计 和相关实现。这次 3.0 的发布是路印在去中心化交易网络协议中的一个大进步，它结合了创新的区块链技术和零知识证明（ ZKPs ）加密大幅提高吞吐量，并且可以部署在任何支持智能合约的平台上。

相比于 2.0 设计， .0 提供了 2 种模式的去中心化协议，分别是开启数据可用性和关闭数据可用性模式，前者提高了 40 倍吞吐，后者提高了 225 倍。

除了 3.0 以外，还发布了一个新型拍卖协议 Oedax ，这两者正在为去中心化交易所的扩容探索新的路径。

本文将从技术逻辑和技术细节入手，让小白用户也能快速搭建去中心化交易所。

一、使用新型 Merkle Tree 保存账户、余额、成交历史

Merkle Tree 广泛应用于众多分布式应用中，早在比特币时代，就被用来做交易的 SPV 证明，方便轻节点校验交易存在性。而在许多可编程智能合约平台里，比如以太坊， Merkle Tree 还常常用来存放智能合约数据。

在 3.0 的设计中，为了更好的支持 Off-chain 和 On-chain 两种模式，开发人员设计了一个新型 Merkle Tree ，主要用来组织 Account 、 Balance 以及 TradeHistory 三者之间的关系和数据，并提供快速验证的能力。

从上图不难发现，一个账户下可以支持多种 Token ，而 Loopring 生态系统中的每个参与者都在同一个树中拥有一个账户。同时 3.0 中采用账户级别的 nonce 设计，而不是 Token 级别的 nonce 设计。

事实上，在以太坊的账户模型里，也是使用账户级别的 nonce 设计， nonce 值可以简单理解为该账户所有的交易数量。但是不同于以太坊，路印的 Merkle Tree 和账户模型中考虑了多种 Token 以及 Off-chain 请求。

每一次交易都会为用户修改 3 个 token 余额，包括 tokenS 、 tokenB 和 tokenF 。该设计带来的最大好处就是每次交易操作的代价都较低。对于每一笔交易，账户本身所在的 Merkle Tree 修改只涉及到一条 Merkle Path 。虽然 Balance Tree 需要修改 3 次，但是由于 Balance Tree 本身比较小，代价同样较低。

二、三种 Block 状态

为了让 Merkle Proof 的证明生成并行化， 3.0 的架构中给区块设定了三种状态，分别是 Committed 、 Verified 和 Finalized 。

其中， Commited 的 Block 表示该区块已经上链，但是未能被 Proven 。 Verified Block 表示该区块已经提交并通过验证，但是尚未验证此块之前的所有块，而 Finalized Block 则表示该区块和该块之前的所有块都应被验证。我们会在 第五节 的案例中为大家介绍如何利用这些 Block 的特性创建一个去中心化交易所。

在 3.0 的设计中， Proof 可以不按顺序提交。 Proof 随时可以生成，但是直到最大证明生成后才真正有效。比如在比特币里，我们需要在至少 6 个块以后才能认为交易的 SPV 证明是不可篡改的，在以太坊里由于出块速度的不同，这个最大证明时间可能为 12 个区块以上。

或许有部分用户担心资金丢失的风险， 在 3.0 的设计架构中，最差的情况也就是发生区块和状态回滚。所有之前请求的块和对应交易内容需要被重新执行，证明也会重新生成。但是相比于 Merkle Proof 并行化带来的收益，这点回滚成本可以忽略。同时， Merkle Tree 的回滚可以通过内容寻址的特性来快速完成，浪费的代价仅仅是少部分的存储容量。

三、五种 Circuit 排列

3.0 的设计中，还支持 5 种 Circuit 排列：

① Ring Settlement

② Deposit

③ Off-chain withdrawal

④ On-chain withdrawal

⑤ Order Cancellation

这五种 Circuit 覆盖了所有 Circuit ，不管是否支持链上数据可用性。同时，为了减少证明时间，还为这几种 Circuit 设计了动态的 Block 配置。

四、性能测试结果

根据官方的测试结果，我们可以发现， 3.0 的性能相比于 2.0 有了一个甚至两个数量级的提升，而每笔交易的 Gas 费用则减少到了原来的几十分之一甚至 1% 以下。这对于去中心化交易所来说无疑是具有致命诱惑的。

五、基于 3.0 快速搭建去中心化交易所

第一步，设置交易所

Loopring 合约提供了完备的接口，你只需要发送一笔交易调用 Loopring 合约上的 createExchange ，就可以创造出一个全新的交易所合约。

第二步，交易

① 用户可以使用交易所账户创建订单，订单将会被添加到 DEX 的订单薄中。

②DEX 将订单与另一个订单进行匹配，并使用 ring-matcher 私钥和订单的 dual-author 密钥进行环签名。

③ 在 Ring Settlement 结束后，订单可以显示为已填写，但尚未验证状态。

④DEX 将 Ring 发送给交易所的运营商，由于这些 Ring 将要在合理时间内完成，因此运营商架将会在收到 Ring 之后立刻调用 commitBlock 操作。

⑤ 操作员在允许的最大时间内生成证据并调用 verifyBlock 接口。

⑥DEX 现在可以显示额外的 “ 已验证 ” 表示以填写订单。

第三步，订单状态与不可逆

每个订单都会有以下几种状态：

· Unmatched ：不与某一个订单簿匹配

· Matched ：与 DEX 匹配

· Commited ：已经调用 commitBlock 并成块

· Verified ：在一个块中验证

· Finalized ：该块包括其之前的所有块都被证明

只有处于最后一个 Finalized 状态的数据才是真正不可逆的。我们可以从上面的流程发现，相比于 2.0 的协议， 3.0 在交易所的部署上越发简单快捷， 甚至小白用户都可以部署自己的去中心化交易所！

随着 3.0 的发布和相关合约的升级， TPS 和 Gas 费用不再是制约发展的主要瓶颈，现有的 TPS 已经可以满足大部分的去中心化和中心化交易所的场景。

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作者：区块链技术专员

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