OP Stack的進階之路：OP Succinct解鎖ZK Rollup潛力

2024-09-26 16:09:27

TL;DR

OP Succinct 提供的主要功能是將 ZKP 融入 OP Stack 的模塊化架構中以完成將 OP Stack Rollup 轉換為完全驗證的 ZK Rollup；
如果以太坊未來擴展的終局是將每個 Rollup 都轉化為 ZK Rollup，OP Succinct 的目的是結合 Rust 和 SP 1 實現 OP Stack 的 Type-1 zkEVM（完全以太坊等效）的部署；
OP Succinct Proposer 主要完成了並行生成證明和證明聚合與驗證；
OP Stack 現有系統依賴於 "7 天防欺詐窗口"，如產生爭議會延期一周的交易驗證，OP Succinct 利用 ZK 證明來縮短交易完成所需的時間，消除了對擴展防欺詐窗口的需求；
OP Succinct 可極大降低交易成本。

一、近期回顧：OP Mainnet 近況以及 OP Stack 與 OP Labs

圖源：Blockscout

1.1 OP Mainnet 近期發展要點

據 2024 年 3 月 30 日消息，OP Labs 在 OP Sepoila 測試網發布了“故障證明”，並於 2024 年 6 月 11 日正式在 OP Mainnet 發布故障證明，以此將去中心化推進至第一階段，其允許從 OP Mainnet 提取 ETH 與 ERC-20 代幣，在無需可信第三方情況下使用戶能夠質疑與刪除無效提款（包括 Base、Metal、Mode 和 Zora）。

為確保用戶資產的安全和信任，Optimism 採用故障證明來提高鏈上交易的准確性和有效性並防止作惡，其原理包括：

數據可用性: 故障證明首先確保所有 Layer-2 上的數據都是可訪問的，並且可以被 Layer-1 驗證；
挑战期: 在一定的挑战期內，任何人都可以對 Layer-2 上的數據提出異議。

如果有人發現 Layer-2 的數據與 Layer-1 的數據不一致，他們可以提出挑战。證明提交: 如果存在異議，Layer-2 運營商需要提交證明來反駁這些異議，證明其數據的正確性；最終確定性: 如果在挑战期內沒有有效的異議，或者 Layer-2 運營商成功反駁了異議，交易就會被最終確定並被認為是有效的。

1.2.OP Stack 與 OP Labs 的關聯和區別

OP Labs 是开發 Optimism 解決方案的團隊或組織，而 OP Stack 是一個用於構建和擴展以太坊二層網絡的技術框架。可以將 OP Labs 和 OP Stack 之間的關系理解為开發者與其开發工具的關系。

OP Labs:

OP Labs 是 Optimism 項目的核心貢獻者，負責开發和維護 Optimism 二層解決方案。它是一個團隊或組織，專注於構建和改進與以太坊擴展相關的技術工具，如 Optimistic Rollups。OP Labs 的主要目標是通過二層擴展解決方案減輕以太坊主網的負載，降低交易成本並提高交易速度。OP Labs 還與其他項目（如 Succinct Labs）合作，進一步推進以太坊擴展技術，如 OP Succinct，專注於零知識證明的優化。

OP Labs 是开發和維護 Optimism 網絡的主要團隊或組織。他們的目標是構建一個擴展以太坊的高效解決方案，專注於降低交易費用並提高交易速度。他們不僅負責 Optimistic Rollups 的开發，還積極推動與零知識證明相關的新技術，例如與 Succinct Labs 合作的 OP Succinc。

OP Stack:

OP Stack 是一個模塊化的架構或技術堆棧，用於構建和擴展以太坊二層網絡。它由多個可定制的組件組成，這些組件允許开發者根據具體需求構建自己的二層鏈（Layer 2 Chain）。它提供了一種標准化的方式，使开發者可以快速搭建符合特定條件的二層擴展網絡。

OP Stack 則是 OP Labs 开發的一套模塊化框架。這套框架提供了構建二層網絡的基礎架構，开發者可以利用 OP Stack 快速搭建不同的擴展網絡。由於 OP Stack 的模塊化設計，它允許用戶靈活選擇不同的驗證機制（如 Optimistic Rollups 或 ZK Rollups），從而滿足不同項目的需求。

OP Labs 可理解為 OP Stack 的开發者，OP Stack 是 OP Labs 提供的技術工具，用於幫助开發者構建和擴展以太坊的二層網絡。

在了解 OP Succinct 前需補充了解每個 OP stack 的四個主要組件： 1. op-geth：從用戶那裏獲取交易，並用這些交易生成區塊和執行區塊；2. op-batcher：將用戶的交易進行批處理，並提交到 L1；3. op-node：從 L1 讀取批處理數據，並在非排序器模式下驅動 op-geth 進行狀態轉換；4. op-proposer：定期向 L1 發布輸出根，以捕獲 L2 狀態，從而便於處理提款。

二、Succinct Labs 與 OP Labs 攜手將 ZK 元素注入 OP Stack

圖源：Succinct 博客

2.1 OP Succinct 架構組成

結合上文 1.2 章節末尾內容“OP Stack 的四個主要組成部分”，OP Succinct 是 OP Stack 的輕量級升級，允許鏈只使用經 ZK 驗證的區塊，而保持其他三個組件不變（op-geth、op-batcher 和 op-node），OP Succinct 主要由以下四個組成：

範圍程序（Range Program）：這是一個執行批次區塊的程序，該程序由 Rust 編寫，設計用於在 zkVM 中執行；
聚合程序（Aggregation Program.）：聚合範圍程序的證明，以降低鏈上驗證成本，該程序也是用 Rust 編寫的，設計用於在 zkVM 中執行；
OP Succinct L2 Output Oracle.：一個包含 L2 狀態輸出數組的 Solidity 智能合約，其中每個輸出都是對 L2 鏈狀態的提交。該合約已存在於 Optimism 的原始系統中，但經過修改將驗證證明作為身份驗證機制；
OP Succinct Proposer：觀察 L1 上發布的交易批次，並控制範圍程序和聚合程序的證明。

2.2 OP Succinct 講述了一個怎樣的以太坊擴容敘事？

zkEVM Rollup 因深厚的密碼學專業知識阻礙非常難以構建，OP Labs 團隊構建模塊化的 OP Stack 時已考慮到支持各種有效性機制的證明，並开源开發了 Kona（見擴展鏈接 1）以通過 Rust 來實現 OP Stack Rollup 下的狀態轉換函數 STF（交易狀態轉換的函數邏輯），並最終借助 Kona 和 SP 1 程序來生成 OP Stack 的零知識證明（ZKP)，即理論上可將 OP Stack 的所有鏈升級並可使用 ZKP。

SP 1(Succinct Processor 1)的目標是使任何开發者都能無縫地使用標准 Rust 代碼集成 Type-1 zkEVM rollup ，並通過 OP Succinct 完成僅在 1 小時內無縫將任何現有的 OP Stack 鏈升級為 Type-1 zkEVM rollup，並提供應用所需的高性能。以此獲得以下優勢：

ZKP 的快速確認：讓證明延遲縮短至幾十分鐘，以“替換”長達 7 天的欺詐證明質疑期；
降本增效：每筆交易平均成本低至幾分錢；
將 OP Stack 切換至 ZK：只需部署一個智能合約並啓動一個輕量級的 OP Succinct 提議服務（見下文）即可通過 API 調用生成證明（包括批處理器/排序器、op-node、索引器等內容）；
Type-1 zkEVM：所有與 OP Stack Rollup 兼容的工具和智能合約都適用 OP Succinct Rollup；
提升可擴展性：採用可定制的 OP Succinct rollup，可添加新的預編譯並修改 Rollup 邏輯。

據官方 GitHub 介紹其過程只需安裝 Rust、Foundry 和 Docker，即可將現有任何的 OP Stack rollup 升級到 Type-1 zkEVM rollup，並且流程僅簡化為兩步： 1.部署 ZK L2 OutputOracle.sol 合約；2.啓動 OP Succinct 提議服務（流程見 GitHub 擴展鏈接 2）。

將 OP Stack Rollup 升級為 ZK 證明，圖源：Succinct 博客

2.3 使用 SP 1 Reth 構建 Type-1 zkEVM

Succinct 認為 EVM Rollup 未來是用 Rust 語言來編寫的可維護的 zkEVM，目前 OP Rollup 主要面臨三個問題：過長的 7 天欺詐證明窗口、復雜的互操作性，以及在某些情況下依賴多組數據而非欺詐證明的機制。此外，創建 zkEVM 是一個需要較長周期的過程，因此开發了 SP 1 來解決這些問題。

SP 1 是一個高性能 100% 开源且完全开源定制的 zkVM，可驗證任意的 Rust(或 LVM 編譯語言)程序的執行，據公开數據，OP Succinct Stack 已在 OP Mainnet、OP Sepolia 和 Base 鏈上成功運行，並在以太坊交易中實現了 0.01-0.02 美元的證明成本（見擴展鏈接 3）。並希望在未來將所有區塊鏈基礎設施（包括 Rollup、橋接器、協處理器等）都通過 Rust（或其他 LLVM 編譯的語言）來編寫並利用 ZKP。

據 Succinct 博客和开源 GitHub 內容總結歸納，SP 1 與其他 zkVM 之間的性能差異主要由幾個關鍵因素造成：

以預編譯為中心的架構：SP 1 支持靈活的預編譯系統，能夠顯著加速多種操作（如 secp 256 k 1 和 ed 25519 籤名驗證、sha 256 和 keccak 256 哈希函數），使得許多程序的 RISC-V 周期數減少 5-10 倍。其設計目標是提供與 ZK 電路相媲美的性能，同時保持 zkVM 的靈活性和良好的开發者體驗；
完全开源：SP 1 是 100% 开源的，允許團隊如 Argument 和 Scroll 實施自定義預編譯，顯著減少周期計數並加快證明生成時間；
行業標准：自推出以來，zkVM 內部預編譯的理念已成為行業標准，融入 RISC 0、Valida、Nexus 和 Jolt 等項目中。SP 1 是唯一的生產就緒型 zkVM，廣泛支持重要加密操作的預編譯；
高效內存讀寫：SP 1 採用創新的內存證明方法，使用單一挑战實現多個證明的一致內存，避免了梅克爾化內存帶來的开銷；
基本效率優化：採用更低的炸毀因子和新一代查找參數（如基於對數導數的 LogUp），以及 Plonky 3 中的 FRI 變體，提高了跟蹤區域的利用效率。

圖源：Succinct 博客，見擴展鏈接 4 附錄說明

三、OP Succinct 能否成為 OP Stack 對抗 ZK Stack 的殺手鐗？

圖源作者：@jtguibas

如果以太坊的擴展方案短期看 OP 長期看 ZK，在我們假設 OP Succinct 能夠成功的前提下它將被視為以太坊發展路线的一個重要裏程碑。OP Succinct 為 ETH Rollups 從樂觀驗證轉換為零知識證明提供了可升級路徑，這不僅降低了交易成本，更提高了交易速度，還保留了 ZK rollups 安全性和匿名性的屬性，為將來應用層的爆發帶來了新的可能性。

在公認的 Layer 2 四大天王中，現階段從項目生態發展看來 OP Stack 已略優於 ZK Stack，未來馬太效應可能會進一步顯現，隨着 OP Succinct 的加入，一定程度上也虹吸了 ZK Stack 的流量和潛力，如果 OP Succinct 未來能得以實現，也可能會對傳統的 zkEVM 的 Rollup 造成一定衝擊。

但據現階段公开表述的內容，我們從 OP Succinct 的運行邏輯中不難發現，如何確保开發者在修改 STF 函數或添加新的預編譯函數時及時發現未知漏洞所引發的系統性風險，這需要我們保持長期關注。

擴展鏈接：

（1） https://github.com/anton-rs/kona?ref=blog.succinct.xyz

（2） https://github.com/succinctlabs/op-succinct

（3） https://blog.succinct.xyz/sp1-reth/

（4） https://blog.succinct.xyz/introducing-sp1/