去中心化交易技术发展趋势探讨

去中心化交易所（DEX）将是区块链生态最重要的基础设施，也将是区块链技术应用的下一个爆发点。 事实上，去中心化交易目前是一片非常平静的蓝海，但未来这个领域将风雨飘摇，将是“兵家必争之地”。

在区块链行业，曾经有很多项目打着DEX的旗号进行私募，我也接触过很多DEX团队，但是大概过了两年，大部分都不再说话了。 事实上，真正了解去中心化交易的人并不多； 而真正懂的人，也不想分享得太早——授人以渔，不如花更多的时间去织网。

为什么决定今天做这个分享，聊一聊去中心化交易的技术发展趋势？ 其中一个原因是希望普通投资者和对DEX感兴趣的专业投资者能够了解什么是好的去中心化交易技术，系统地做出更好的投资判断，而不是东拼西凑； 第二个原因，我想让路印协议社区和LRC持有者知道，我们对DEX有很深的思考。 只有想到了，看到了，才能做到； 第三个原因是Pied Piper技术社区的Claire女士邀请我在她的社区做一个相关的分享。 她的邀请是我写这篇文章的动力，否则这篇文章在我的待办事项清单上排在后面。

目标听众

你需要对去中心化的概念有一定的了解。 我希望你同意去中心化本身不是目的，而是实现资产安全的解决方案——这是我们目前唯一的技术解决方案。 我也希望你同意我的另一个小观点，即权力下放不是非黑即白的。 去中心化技术用得好，让一个系统接近比特币的安全级别——目前没有比比特币安全级别更高的资产； 但是如果用不好，去中心化系统会比很多中心化系统更不安全，而这也正是很多公链的真实情况。

你需要意识到维护区块链是有成本的。 例如，在以太坊中，这个成本是矿工在转账或运行智能合约时的油费（即gas）。 您还需要了解智能合约。 它们是区块链上的“小程序”，可以被用户交易触发运行。 您还需要有一定的订单交易经验，例如，您在中心化交易所买卖过股票，或买卖过虚拟资产。

如果你不具备以上知识，下面的内容可能会让你一头雾水，建议你打住。 最近有个连续剧叫《长安十二时辰》，很不错，大陆的朋友可以看看。

交易方式

不好意思，在进入正题之前，我还需要说一下去中心化交易所的一些不同模型，以免以后比较苹果和橘子。

传统的交易模型非常多样，每种模型都可以通过区块链和智能合约技术进行一定程度的去中心化。 另外，区块链本身赋能了一种新的交易模型，所以DEX的种类越来越多。 我们在比较DEXs的时候，如果不是基于同一个分类，那么比较是没有意义的。

路印协议的目标是利用区块链技术提供一种类似于股票市场现货交易模式的去中心化交易解决方案。 也就是说，它是一个基于订单撮合的现货DEX。 我们认为，未来链上资产的现货交易不仅规模巨大，而且是相关衍生品交易最重要的数据来源之一。 这个DEX的技术难度是最大的，尤其是在吞吐量要求和成本控制方面。 这一挑战，至少目前，可以比作皇冠上的明珠。 与 Loopring 目标相似的项目是 0x 和 StarkDEX。 我们熟悉的其他几个 DEX 与 Loopring 不属于同一类别，例如 Kyber、Uniswap 和 DutchX。 简单介绍一下这三个项目，大家就知道区别了。

Kyber 类似于很多机场货币兑换商的模式。 作为客户，当你去兑换货币时，你可以根据你的买入量或卖出量向他们询问实时报价，但你不能议价，也没有所谓的挂单。 Kyber 的背后是众多做市商，他们根据市场价格和来自其他交易所的订单深度信息，为 Kyber 用户提供报价。 报价具有时效性和过期性。 有一点很重要：Kyber 的做市商需要撮合其他交易所的订单进行套利。 换句话说，Kyber 仍然要依靠订单撮合类型的交易模型来支撑其流动性。

Uniswap其实是一个做市商提供流动性的模型，只不过这个做市商是一个数学算法。 它根据做市资金池的数量和买卖数量，通过价格曲线自动计算出每笔交易的价格。 Uniswap 的流动性和价格区间取决于做市资金池的规模。 尺寸越大，价格波动越小。

DutchX基于荷兰式拍卖交易模式，通过预先设定的价格曲线，以及买家的参与来决定最终的成交价格。 与路印协议的模式相比，DutchX保证交易会在一定时间内完成，但不保证交易的具体价格； 路印协议的撮合模式保证价格，但不保证一定成交或成交时间。

在本文的以下段落中，当我说去中心化交易所时，我指的是 Loopring，一种基于订单匹配的去中心化交易技术。 你可以想到你脑海中的证券交易所，我们要做区块链上类似证券交易所的技术和产品解决方案。

我们终于可以进入正题了。 我把今天的去中心化交易技术分为三个阶段。 大家看到了技术落地的前两个阶段，也有人看到了第三阶段技术落地的曙光。 基于第三阶段的技术，我会想象下三个可能的发展方向。

在总结每个阶段的主要技术特点的时候，我也会提到每个阶段技术的安全性。 毕竟资产安全是去中心化交易的最大前提。 避而不谈安全，只提其他指标是没有意义的。

DEX经历的三个技术阶段

第一阶段

去中心化交易技术始于以太坊的诞生。 如果你非要从BitShares或者Ripple入手，我没有异议。 前后时间其实相差不大，这个时间点就不用纠结了。 至少在以太坊上，第一批DEX开发者几乎都是抱着写HelloWorld的心态来写智能合约的，也就是说他们更在意并试图证明逻辑的正确性，几乎完全忽略了用户的大量需求登陆后的参与性能问题。 在这种发展理念下，智能合约被严重滥用：中心化交易系统的主要模块都被搬进了DEX智能合约，包括订单簿（Order Book）、撮合引擎（Match Engine）、清算和结算子系统（Settlement Subsystem）、账户子系统、存取款子系统。

第一阶段技术有几个特点。 首先它非常简单。 以太坊上的EtherDelta就是这种技术的代表，其主合约只有300多行代码。 此外，它没有任何链外辅助系统，所有逻辑都运行在区块链上，因此具有与以太坊主网相同的去中心化程度，安全性也与以太坊高度一致（前提是智能合约没有安全漏洞）。 另外，它还有一个理论上的优势，就是可以聚集全网所有的流动性。 但在实际应用中，这个优势其实是纸上谈兵，完全没有用处。

第一阶段技术的致命缺陷是吞吐量太低，成本太高。 原因很明显：每次提交和取消订单都会消耗一笔以太坊交易。 在提交订单的交易中，也会触发订单撮合。 如果订单恰好与一个或多个交易对手订单相匹配，则必须进行清算和结算，记录交易历史，并进行内部转账； 如果订单无法匹配任何交易对手的订单以太坊链的去中心化交易所，则需要将订单写入订单簿。 总之，智能合约层面的逻辑太多，任何合约代码优化都是杯水车薪。

你可能会想：以太坊 2.0 扩容后，让合约费用降低不是可以吗？ 不要忘记，除了多个去中心化交易所，还有很多应用等待以太坊扩展。 无论以太坊如何扩张，都会有更多的去中心化应用争夺资源，资源价格会根据供需关系不断调整，直到供需达到平衡点。 即使以太坊2.0扩容一千倍，也会有万倍甚至十万倍的应用去争夺区块链资源。 我认为去中心化应用完全依赖底层区块链的升级来扩容是一种不可接受的态度。 至少这样的应用没有相对竞争优势，几乎所有的商业竞争都在争夺相对优势。

第二阶段

2017年初左右，当开发者意识到第一阶段技术的不足时，他们开始尝试做进一步的优化。 这是 Loopring 开始开发自己的协议的时候。 事实上，路印协议先后发布的1.0、1.5、2.0三个版本都属于第二阶段的范畴。

这个阶段的优化思路其实很直白：尽量将与资产安全相关性较低的模块从智能合约中剔除，放到链外的中心化系统中运行，避免过度依赖区块链。 这增加了吞吐量并降低了成本。 包括路印协议在内的很多DEX项目，都将这种链外的中心化系统称为中继（Relayer）。 从智能合约中移除的子系统包括：订单簿、撮合引擎。 移除账户子系统和充值提现子系统，改用以太坊地址作为账户。 只有清算和结算子系统保留在智能合约中。 该子系统的主要逻辑是验证订单和撮合的正确性，计算交易量，更新交易记录，进行链上资产的原子互换。

理论上，第二阶段的DEX产品仍然可以收集全网所有订单，但由于订单的管理和撮合是在一个中心化的系统中完成的，它不再是一个“去中心化”的交易所。 但是，开发者和社区仍然将这项技术归类为去中心化技术。 这有两个主要原因。 首先是用户交易的资产仍然保存在用户自己的地址中。 因此，从资产安全的角度来看，它仍然是“去中心化”的，这与以太坊的安全性是一致的； 二是用户的订单可以同时被多个中继撮合，流动性可以去中心化共享。 现阶段对技术和产品更准确的描述应该是“非托管中心化交易所”技术。 但业内并没有人执着于此，更何况从市场的角度来看，继续使用同一个术语对于非技术社区来说更容易接受。

第二阶段技术的优化结果如何？ 假设以太坊在 15 秒内出块，理论上该技术每秒可以交易（吞吐量）2 到 3 笔交易，每笔交易消耗的 gas 费约为 13 美分当量——这个成本与以太坊的价格成正比，13美分是根据 190 美元的以太币价格计算的。 如果我们预计未来以太币价格会更高，那么匹配的成本也会增加。 这个成本也和中继使用的 gas 价格有关。

了解了第二阶段技术的表现，如果有人告诉你现阶段的去中心化交易所将取代像币安、Coinbase 这样的中心化交易所，你会同意吗？ 用小虫摇树来比喻我觉得一点都不夸张。 吞吐量还是太小，成本还是太高。

如何在不依赖以太坊自身扩容的情况下进一步实现DEX的优化性能（这里特指吞吐量和成本）？ 这是一个巨大的挑战。 大多数DEX项目在第二阶段都无法实现技术突破，等待主网扩容成为他们唯一的救命稻草。

第三阶段

2019年有两个项目从第二阶段进入第三阶段。 一个是旧金山的StarkWare公司（他们借用了0x二期的技术）； 另一个是我们的 Loopring 协议。 事实上，这两个项目的思路非常相似：进一步从智能合约中剥离逻辑，放到链外的中心化系统中运行； Loopring 协议甚至传输了链上除了转账之外的几乎所有逻辑。 到链外中继（区块链上的转账不能移到链外）。

“等一下”，你可能会想，“这不就是中心化交易所吗？”

如果就这么简单粗暴的去做，那就变成中心化交易所了！ 但第三阶段技术的核心潜台词是“可信计算”。 也就是说，我们需要用技术来证明链外运行的代码逻辑是100%可信的。 这种信任主要是针对链上相应的智能合约。 只有智能合约信任链外的计算结果，才能进行链上转账。 如果智能合约信任链下计算，那么用户也应该能够信任中继计算，从而普遍信任这种去中心化交易技术。

这里其实并没有严格定义“可信计算”。 我想通过这个比较通俗易懂的概念来强调第三阶段技术的一个重点。 目前看来，实现可信计算主要有两种方式：第一种是通过硬件，利用CPU中的可信计算环境（Trusted Execution Environment，或TEE，有时也称为Enclave）。 这种实现本质上是基于信任链，信任链的顶端是CPU的制造商。 第二种是通过零知识证明（Zero-Knowledge Proofs，简称 ZKP）实现的，即 ZK Rollup。 这是一种基于数学的无需信任的技术方法。

Loopring 现在和未来都倾向于不信任硬件制造商，原因再简单不过了：如果我们假设英特尔建立了一个中心化交易所，我们会信任这个交易所吗？ 如果CPU厂商值得信赖，难道我们不应该浪费生命去开发DEX，而把交易所的商机拱手让给CPU厂商吗？

那么第三阶段技术和第二阶段有什么区别呢？ 这个值得一谈，不然我们谈四代五代技术的时候，就没法写了。

第一个区别是：清结算也转移到链外的中继上。 从用户体验的角度来看，最直接的区别就是交易几乎是实时完成的，这与中心化交易所几乎是一样的。 另外，第二阶段主要消耗gas费的结算子系统不再消耗那么多手续费。 反过来，实现了两个重要特征：1）用户感知的实时交换以太坊链的去中心化交易所，以及 2）降低交易成本。

第二个区别是只需要将可信计算的证明数据存储在区块链上。 这个证明其实很小，只需要为大量的交易周期性的产生。 例如路印协议3.0最新的beta3版本，10万笔交易只能生成一个256字节的零知识证明。 如果定性地说，第二阶段的技术是每一笔交易都在链上进行清算和结算，那么第三阶段就是大规模交易的链上证明。 无论从存储还是计算的角度，第三阶段区块链的使用都减少了数十倍，甚至数百倍，甚至数千倍，从而大大提高了区块链的使用效率。

第三个区别：订单，即流动性，不能再在中继之间共享。 第三阶段命令必须指定只有特定的中继才能进行可信计算。 这是对性能的权衡，否则多个中继的协调将无法实现用户感知的实时交换，也会大大增加系统的复杂度。 但是这个缺点在未来也不是不能解决的。

第四个区别是：中继在区块链之外维护着一个交易账户系统。 用户需要先给系统充值，才能下单交易。 交易完成后，他们可以提取现金以获得区块链上的实物资产。 这种变化的缺点是用户需要充值和提现； 但这也是一个优势，因为这种交互方式完全符合中心化交易所的用户体验。 用户甚至有一个交易密码来签署订单，即在交易过程中甚至可能没有解锁私钥。 此外，即使您忘记了交易密码，也不会丢失任何资产。

特别需要说明一下：这个交易账户系统实际上是以一种叫做“树”的结构来维护的。 每个交易所都有一棵树，树上记录了每个用户的交易密码对应的公钥、每个用户的资产余额、每个订单的历史交易量等信息。 这棵树其实就是第三阶段DEX链外的“世界状态”，我们可以称之为“世界状态树”。

第三阶段技术的安全性如何？ 它仍然与以太坊主网的安全性高度一致。 当我们设计 Loopring 协议时，我们总是需要假设去中心化交易所的所有者和运营商从一开始就想要作恶。 第三阶段技术保证在这种最坏的假设下，用户的资产仍然100%和以太坊主网一样安全。 在最坏的情况下，用户只是在一段时间内无法使用在 DEX 中充值的资产，但在短时间后，他们可以通过第三方工具取回所有资产。 但是，基于这项技术的交易所运营商一旦作恶，只会损失大量抵押的信贷资产，得不偿失。 当然，路印协议3.0的设计也考虑到了交易所运营商面临的风险，尤其是在中继完全被黑客控制的情况下，我们的技术保证交易所的损失应该只是需要支付的以太坊交易gas费几天之内用完了。 这个损失少则3000-5000元，大则30000-50000元，对于一个公司来说是完全可以接受的。

读到这里，希望你不要迷茫。 你可以在脑海中画出第三阶段的技术图：一个DEX包括一套以太坊上的智能合约，用于验证可信计算的证明，并在必要时转账充值和提现； 它在中心化中继系统中也包含了一颗非常大的树，里面包含了这个DEX的所有重要信息。

第三阶段技术的表现如何？ 这取决于上面提到的那棵树的容量，容量越大，吞吐量越低，成本越高。 Loopring 3.0 最新版本采用四叉树结构（即每个节点有四个子节点）。 当高度设置为21时，最高资产安全级别下每秒最大交易吞吐量为290笔； 如果我们把安全性稍微降低到联盟链级别，每秒​​的交易吞吐量可以达到5200，我们正在进一步优化吞吐量。

每笔交易的费用大约只有5-10毛钱，这取决于我们使用的云计算服务的费用，所以差别很大。 很重要的一点是，这个手续费和以太币手续费的相关性就更小了，以太币价格对整体手续费的影响大约是八分之一到十分之一。

我们觉得即使与最主流的中心化交易所相比，该协议的吞吐量和交易成本也非常有竞争力。 毕竟从安全角度来说，第三阶段的DEX技术还是保证了资产和以太坊主网一样安全。 但是，要想提高整个DEX产品的吞吐量，还需要努力提高中继的吞吐量——去中心化交易所的真实吞吐量是协议吞吐量和中继吞吐量的最小值。

2019年下半年将是路印协议3.0协议实施的最关键时期。 我们认为基于第三阶段DEX技术的去中心化交易所应该有很大的机会与主流的中心化交易所竞争。 第三阶段，技术不再只是纸上谈兵，不再只是一棵树。 但不得不说，要真正将这项技术转化为好的产品，还是一个巨大的挑战，尤其是继电器的开发难度很大，中间可能还会有一些坑。

下面我就根据第三阶段技术，谈谈DEX可能发展的三个方向。 这三个方向在时间上可能部分重叠，甚至平行。 它们之间没有明显的依赖关系，但可以结合使用。

DEX技术的三个可能发展方向

方向一

第一个方向是第三阶段技术的推广。 目前路印协议做的是现货交易，但实际上第三阶段技术其实提供了一个通用的dApp扩容方案。 更明确地说：这项技术不仅可以用来扩容DEX，还可以用来扩容几乎所有类型的dApp。 如果改变链下世界状态树的逻辑，本质上是用户资产的交换，那你就做了一个去中心化的交换； 如果换树的逻辑是一个用户支付给另一个用户，那么你就做了一个可以和闪电网络竞争，资金利用率更高的支付系统； 您还可以进行物流跟踪和任何图灵完备的 dApp。 如果我们只把场景限制在有交易属性的dApp，那你可以做衍生品交易，做另一个版本的Kyber、Uniswap、DutchX。

改变世界状态树的更有趣的模组之一是引入隐私保护的模组。 基于此，可以实现类似Zcash的那种隐私支付，或者说具有隐私性的资产交易。

方向二

第二个方向是支持跨链去中心化交易协议。 我之前一直强调：跨链和交易是两个层次的技术，不能混为一谈。 但是我们发现基于路印协议3.0的技术应该可以做跨链交易协议，那到底是怎么回事呢？

我们假设路印协议3.0部署在以太坊上，对应一棵世界状态树A； 然后在另外两条支持以太坊虚拟机的公链（比如Qtum、wave field、wanchain）上部署同样的协议，对应另一棵世界状态树B和C。

那么是否可以将A、B、C三棵树合并为一棵D树呢？ 这样我们就可以通过可信计算改变D树中两个用户的不同资产，一个在以太坊上，一个在另外一条链上。 这不是实现了跨连接交易吗？ ？ 事实上，正是如此。 当我们快完成 Loopring 3.0 beta 2 时，我们意识到了这种可能性，这让我兴奋了很长时间。 当然，工程需要大量的精心设计，尤其是不同的公链具有不同的安全特性。 在更新和维护这棵世界状态树时，必须特别考虑每次链重组的影响。

该技术不仅可以跨越支持以太坊虚拟机的公链，还可以跨越任何支持图灵完备智能合约和以太坊账户体系（Account Model）的公链。 但后者需要重新开发一套相应的智能合约代码。

这种跨链技术与其他基于中间链的跨链技术的区别在于： 1）中继根本不需要任何信任，因为可信计算保证了这一点。 基于跨链的跨链技术的安全性取决于跨链本身的共识安全级别——要知道这些跨链的共识大多是高度中心化的，所以非常不安全； 2）这个跨链不是它涉及在一个链上生成另一个链上的币的替代品（就像以太坊上BTC和WBTC的关系）。

方向三

第三个方向是中继或世界状态树本身的去中心化。 当我们审视这个架构时，我们会问自己：哪些模块仍然是中心化的，它们是否可以通过区块链技术进一步去中心化？ 很明显，就是继电器本身！ 如果我们将中继的中心化系统改造成联盟链或公有链呢？

我们将从中继的去中心化中获得一些好处。 一个利益匹配算法的统一和共识：当中继变成链的时候，我们称之为中继链（这里的概念不要和其他场景的同名概念混淆）。 该链的所有出块节点成为中继链节点。 这些节点必须基于同一套代码完成匹配，而不是完全定制和集中控制上述第三阶段技术背后的中继匹配逻辑。 撮合算法的统一和共识，其实可以让DEX在撮合规则上更加公开、公平、公证。 也可以做到更好的容错性，从而保证整个DEX都是打不死的小强，不怕IP被封。 这个DEX的去中心化程度更像是DEX产品的第一阶段，没有任何个人或实体需要作为所有者承担任何法律责任。

当更多的中继链节点加入区块链挖矿时，间接实现了流动性的共享。 也就是说，一个订单可以被所有中继链节点撮合，中继链节点之间存在竞争。 匹配的订单越多，费用就越高。 因此，不可能忽略有效订单。

中继链的挖矿可以在两个维度上进行，一个维度是撮合订单，另一个维度是为可信计算生成零知识证明。 中继链上什至可能没有原生虚拟货币，就像中继本身不需要手续费代币进行 DEX 结算一样。

如果我们的世界状态树内部的建模方法改进，比如改成UTXO模型，也许第三方会在某个地方遇到Plasma技术。 但是，Plasma 设计的一个重要目标是把很多区块链放到一个树状的宏观结构中，然后像 MapReduce 一样完全展开区块链，而以太坊就是它的宏观结构链（Root Blockchain）中的根区块。

不同方向的组合

中继链可以结合第一个发展方向，实现一个通用的dApp中继链。 这样的中继链的好处是开发高性能的dApp相对简单。 它不需要像路印协议那样从零开始开发。 它只需要使用专门的编程语言来实现合约中世界状态树的修改逻辑。 它的缺点是无法针对特定应用提供极致优化，因此性能无法达到最优。 另一种方案是提供任意dApp中继链的开发框架，简单开发后即可发布一条dApp专用的中继链。

中继链也可以结合方向一来支持跨链。 我们甚至可以把这三个方向结合在一起，但是这个技术的实际实现是非常复杂的，复杂性本身就会带来安全隐患。 因此，这项技术的实施需要更长的时间。

总结

今天冒昧分享一下我对DEX技术目前三个阶段的理解，以及未来三个可能的发展方向。 其实这也是路印协议自身的经验和未来可能的发展。 由于本人知识面的局限，这里所说的肯定是不准确的，甚至是完全错误的。 大家都笑了。 如果您对本文有任何疑问或反馈，请给我发电子邮件。

过去两年，路印协议的工程师们几乎每天都在解决问题，但每天都会遇到新的问题。 Every trial and error is an accumulation of experience, and every breakthrough is a sublimation of ability. Our motivation comes from our belief: we firmly believe in the trend of decentralized exchanges and see huge business opportunities in it.

In addition, the value of all past, present, and future versions of the Loopring protocol will be reflected in LRC tokens, and there will be no exceptions for any person or organization, including Loopring's own engineering team. In the future, I will share with you how Loopring engineers use their own technology to lay out the decentralized trading ecosystem.