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深度解讀Scroll zkEVM方案:如何實現去中心化的愿景?_ROL:SCR

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原文作者:Young,Scroll研究員;Babywhale,ForesightNews

今年2月底,基于ZKRollup的以太坊Layer2?網絡Scroll正式推出了向所有用戶開放的Alpha測試網,并表示將在未來幾個月內改進zkEVM性能。就在推出新測試網的一周后,Scroll宣布以18億美元估值完成了PolychainCapital、紅杉中國等參投的5000萬美元融資。

2022年6月,筆者在《三分鐘讀懂Scroll:ZKRollup擴容新銳選手》中簡單介紹了Scroll的設計框架。Scroll旨在建立「EVM等效」的zkEVM擴容網絡,實現以太坊上應用的無縫遷移。

7月,Scroll推出了需要申請資格的Pre-Alpha測試網,截至Alpha測試網推出時,Pre-Alpha測試網已處理了超1540萬筆交易,共確認了超180萬個區塊,提交了64.1萬批有效性證明,且共有超10萬名用戶參與。而Alpha測試網開放至今,共有約2,?145,?099個錢包地址,處理了約10,?102,?684筆用戶交易,生成了886,?701個區塊,平均區塊時間約為3秒。

IOST與Gravity Network達成深度合作:據IOST官方消息,IOSTI與Gravity Network達成深度合作,未來雙方將攜手開發跨鏈集成,實現區塊鏈跨鏈通訊,共同促進Web3.0的發展,從而實現雙方生態的進一步擴展。

Gravity Network是一個跨鏈數據預言機協議,將各種底層公鏈相互連接,允許各公鏈在Gravity Network上創建去中心化的網關,讓不同區塊鏈生態系統的用戶相互交流。[2020/11/4 11:37:12]

本文中,筆者將介紹Scroll通過怎樣的機制實現在去中心化的前提下繼承以太坊主網的安全性。

Scroll的架構

Scroll架構主要由3部分組成:節點網絡、證明網絡和Rollup合約。

節點網絡

Scroll的節點網絡包含三部分:定序器、協調器和中繼器。

定序器

定序器提供JSON-RPC接口并接受L2交易。每隔幾秒鐘,它就會從L2mempool檢索一批交易,并執行它們以生成新的L2區塊和一個新的狀態根。Scroll的定序器實現是通過fork被廣泛使用的以太坊節點GoEthereum,并以此實現更好的兼容性和承經得起時間考驗的安全性。

繽果合約(BingoEx)與比特村達成深度戰略合作:據官方消息,繽果合約(BingoEx)與比特村達成深度戰略合作,并簽約成為繽果合約(BingEx)大中華區合約運營商,將享有全球市場運營、渠道商招募及全方面業務拓展等權益。雙方在合約市場展開全方位合作,將在用戶擴展、社區合作、品牌宣傳等進行合作,助力社區人員擁有最佳的合約體驗、建立線上社區以及線下運營中心。

繽果合約(BingoEx)隸屬于BingoEx Capital集團,在美國注冊,截至目前,累計注冊用戶已有42萬以上,50名以上技術和金融安全團隊,系統采用多重底層安全技術,已與多家區塊鏈安全服務平臺達成合作。繽果合約(BingoEx)已正式開啟全球合伙人招募。[2020/7/8]

協調器

一旦生成新的區塊,協調器就會收到通知,并從定序器接收該區塊的Executiontrace。然后,協調器將Executiontrace分配給一個從去中心化的證明網絡中隨機選擇的證明者生成證明。

中繼器

中繼器用于觀察部署在以太坊和Scroll上的跨鏈橋和Rollup合約。它主要有兩個職責,其一是監視Rollup合約,跟蹤L2區塊的狀態,包括其數據可用性和有效性證明。其二是監視部署以太坊和Scroll上的跨鏈橋合約的存款和提取活動,并將消息從一方傳遞到另一方。

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臺灣逢甲大學對VENAS的技術非常認可,經商議確認VENAS作為臺灣逢甲大學的唯一技術協助廠商,并設立區塊鏈研究中心暨“全臺灣第一個應用區塊鏈技術的學校”,擇日成立籌備委員會。同時,VENAS區塊鏈會先從學校學生成就作為落地應用試點后,陸續發展社會企業區塊鏈應用。

本次會談是產業與研究共同打造區塊鏈生態的重要舉措,VENAS作為在區塊鏈鏈改服務、軟件開發和人才培養方面的代表,雙方的合作有著長遠的戰略意義。[2020/1/15]

證明網絡

Rollers作為網絡中的證明者,負責為ZKRollup生成有效性證明。Roller可以利用像GPU、FPGA和ASIC等硬件設備來減少驗證時間和驗證成本。

下圖展示了Roller如何為每個區塊生成有效性證明,有以下步驟:

Roller首先將從協調器那里收到的執行Trace,轉換為電路witness。

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為每個zkEVM電路生成證明。

使用證明聚合,將來自多個zkEVM電路的證明合并為一個單一的區塊證明Rollup和跨鏈合約。

值得一提的是,Scroll團隊成員表示Scroll計劃于主網上線前上線證明網絡測試網。證明網絡的去中心化一方面為以太坊合并后無處安放的GPU礦機找到了暫時的用武之地。另一方面,未來主網對證明者的激勵可能可以刺激零知識證明專用芯片的開發,并最終被大量ZK項目廣泛采用,形成繼PowASIC礦機后的又一實體產業鏈。

Rollup和跨鏈橋合約

Scroll通過Rollup和跨鏈橋合約連接到以太坊。這樣確保了L2交易的數據可用性,并允許用戶在L1和L2之間傳遞資產和信息。

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Rollup合約

Rollup合約從定序器接收L2狀態根和區塊。它將狀態根存儲在以太坊狀態中,L2區塊數據作為以太坊calldata。這為Scroll區塊提供了數據可用性,并利用以太坊的安全性來確保包括Scroll中繼器在內的索引器能夠重建L2區塊。一旦確定L2區塊有效性的證明被Rollup合約驗證,相應的區塊就被認為在Scroll上已經完成。

跨鏈橋合約

部署在以太坊和Scroll上的跨鏈橋合約允許用戶在L1和L2之間傳遞任意的信息。在這個消息傳遞協議的基礎上,我們還建立了一個無需信任的跨鏈協議,允許用戶在兩個方向上橋接ERC-20資產。從以太坊向Scroll發送消息或資金,用戶需要在跨鏈橋合約上調用sendMessage交易。中繼器將在L1上對該交易進行索引,并將其發送給定序器,將其包含在L2區塊中。從Scroll向以太坊發送消息,在L2跨鏈橋合約的流程和上述過程類似。

Scroll如何實現ZKRollup?

Scroll中的L2區塊被生成后提交給以太坊,并按以下步驟順序最終完成:

定序器的角色是生成區塊。對于第i個區塊來講,定序器生成執行Trace:T,并將其發送給協調器。定序器還將交易數據D作為CallData提交到以太坊的合約中,保證數據可用性以及由此生成的狀態根和對Rollup合約的交易數據的承諾作為狀態。

協調器會隨機選擇一個證明者為每個Blocktrace生成一個有效性證明。為了加快證明生成過程,不同區塊的證明可以由不同的證明者并行生成。

在為第i個塊生成區塊證明P之后,證明者會將其發送回協調器。每隔K個區塊,協調器向另一個證明者分派一個聚合任務,將k個區塊證明聚合為一個聚合證明A。

最后,協調器向Rollup合約中提交聚合證明A,通過對先前提交給Rollup合約的狀態根和交易數據commitment進行驗證,最終可以確定從i?1到ik的L2Block。

上圖說明了Scroll區塊將在多步驟的過程后在L1上最終完成。每個L2區塊將經過以下三個階段,直到最終確定:

預提交。預提交示block已由定序器提出并發送給證明者。盡管預提交的區塊還不是ScrollL2鏈的規范部分,但是由于它們尚未發布在以太坊上,因此信任定序器的用戶可以選擇預期對它們采取的行動。

提交。提交表示該區塊的交易數據已經發布在以太坊的Rollup合約上。這確保了區塊的數據可用性,但不能證明它是以有效的方式執行的。

終結。終結狀態表示該區塊中的交易已經被正確執行,并且通過了以太坊上的有效性證明驗證。最終完成的區塊被認為是ScrollL2鏈的規范部分。?

Scroll與其他ZKRollup方案的區別

總體而言,Scroll與已上線主網的PolygonzkEVM、StarkNet以及zkSyncEra最大的區別在于Scroll更接近原生以太坊實現,對EVM開發者來說更加友好。

ScrollvsPolygonzkEVM

二者在實現方面存在一些技術差異,。一是Scroll直接fork被廣泛使用的以太坊節點實現Geth生成Layer?2的區塊,接近原生以太坊實現。Scroll設計了不同的子電路來證明Geth執行跟蹤中的每個操作碼,并且更容易驗證電路與原生以太坊具有完全相同的行為。而PolygonzkEVM則使用新的匯編語言重寫每個EVM操作碼,然后為其底層狀態機生成證明。

另一個區別是,Scroll對zkEVM電路和聚合電路都使用SNARK。PolygonzkEVM是使用STARK作為他們的zkEVM電路,并使用SNARK作為聚合電路來聚合STARK證明。

ScrollvsStarkNet

與StarkNet相比,Scroll以EVM等效性為目標,希望原生zkEVM解決方案以實現字節碼級兼容性,對以太坊開發者更加友好;而StarkNet是一個對于ZK友好而對開發者不友好的方案。故StarkNet建立開發者和項目生態具有一定的學習成本,也存在不小的挑戰。

ScrollvszkSync

相較于Scroll對EVM字節碼級的兼容性,zkSync是在語言級別兼容EVM的,故對于智能合約的開發者而言,需要對部署帶有BlackBlox的編譯器的額外信任,也需要更多的時間來進行安全審計。

Scroll的去中心化夢想

Scroll團隊成員張燁曾發表了一篇名為《Scroll背后的理念》的文章。這篇文章詳細描述了Scroll的愿景:除了Scroll項目本身,團隊更加希望為以太坊的zkEVM研究做出貢獻。

文章中提到,相比于「閉門造車」,Scroll從一開始就做出了與社區共同發展的決定,并且也一直在踐行這一點,包括由社區驅動開發zkEVM、開展零知識證明方面的公共教育、維護Python版本的zkEVM規范等。

除了上述方面的社區化運作,Scroll還強調了更多方面的去中心化,包括定序器、證明者等等。總體而言,Scroll更希望成為一個類似于以太坊一樣,雖然有核心開發團隊,但仍然在底層技術和基礎設施層面開放的協議,并最終推動zkEVM生態的蓬勃發展以及主網與zkEVM的兼容,乃至以太坊Layer1?本身想要達到的最終目標。

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