V神關注的以太坊二層ZKP項目Scroll原理剖析

2023-01-07 15:01:58

編譯：Alan｜SophonLabs

為了用我們基於zkEVM的zkRollup來擴展Ethereum，我們根據一套維護Scroll核心價值的技術原則來設計Scroll。這篇文章闡述了這些原則以及它們與我們更廣泛的Scroll設計的關系。

我們的技術原則

1. 確保用戶安全

在區塊鏈擴展解決方案的背景下，最重要的安全形式涉及用戶資金和數據的完整性。盡管擴展解決方案可以為用戶提供額外的能力，但我們認為確保用戶保持對其資金的訪問是第一位的。對於Scroll來說，這意味着用戶不應該需要依賴Layer 2節點的可靠性來保證安全，而是可以利用完整的第1層安全，即使在Layer 2進行交易。通過根據這一原則在以太坊上構建，我們Scroll的安全性基於以太坊底層最安全的、去中心化的共識。

2. 保持 EVM等價性

除了給用戶提供額外的能力，一個有效的以太坊擴展解決方案應該給用戶和开發者提供一個從現有DApp和开發者工具的無縫遷移路徑。我們相信，保持EVM的等效性是實現這一目標的最佳途徑。一個EVM等價環境的行為與以太坊黃皮書中的Ethereum虛擬機規範完全相同。這意味着，用戶和开發人員可以在沒有額外的代碼修改、昂貴的審計或對其开發工作流程的破壞性改變的情況下進行遷移。

EVM-equivalence提供了比通過轉譯等解決方案與EVM簡單兼容更強大的保證。僅僅滿足於兼容性會迫使用戶和开發者修改甚至完全重新實現以太坊的大部分支持性基礎設施。此外，如果沒有EVM的等效性，維護安全變得更加困難。因此，為了最大限度地方便开發者和用戶，Scroll是EVM等價的，而不是簡單的EVM兼容。

3. 效率

為了讓用戶在Layer 2享受到良好的體驗，我們認為。

交易費用應該很低，比基礎層便宜好幾個數量級。
用戶應該在Layer 2體驗到即時的預先確認，在基礎層（在我們的案例中是以太坊）體驗到合理的快速最終確認。

雖然這些條件在集中式運營商那裏很容易滿足，但為了維護安全，它們必須在去中心化的環境中繼續保持。在Layer 2的背景下，我們認為Scroll應該盡可能的高效，同時在Layer 2和基礎層保持用戶安全和去中心化。

4. 權力下放到社區的各個層面

去中心化是區塊鏈的一個核心屬性，經常被忽視或不適當地交易去中心化。我們認為它是區塊鏈最有價值的方面之一，並確保協議和社區具有活力，並能抵御審查或協調攻擊。我們認為去中心化貫穿於Scroll的許多方面，包括節點操作員、證明者以及开發者和用戶的社區。通過與社區一起公开建設，並為證明和排序的去中心化制定可靠的路徑，Scroll致力於確保所有層面的去中心化。

我們的原理如何引領 Scroll 的設計

Scroll的主要設計選擇自然是由這些技術原則促成的。

1. 安全性和EVM等效性使我們找到了基於zkEVM的zkRollup解決方案

在構建Scroll時，安全是我們的首要任務。在我們基於zkRollup的設計中，在Scroll上執行的第二層交易的完整性由以太坊底層的智能合約中驗證的簡潔的零知識證明來保證。這使得Scroll交易與Ethereum基礎層上的交易本身一樣安全。因此，用戶不必信任任何第三方來保證他們的資金安全 -- 安全性來自於以太坊底層的安全性和零知識密碼學的數學保證。我們相信這是一套盡可能少的信任假設，為我們的用戶提供最好的安全。

在決定了zkRollup的方法後，我們不得不努力使其為用戶和开發者所接受。我們很快意識到，通過zkEVM實現EVM的等價性是一個聖杯。盡管打破等價關系會大大簡化這項任務，但一旦我們意識到利用零知識密碼學的最新突破建立一個zkEVM是可能的，我們就決定這是最佳選擇。通過承擔這項技術上的艱巨任務，Scroll旨在提供最佳的用戶和开發者體驗。我們的zkEVM使用簡潔的ZK證明來證明本地EVM字節碼的正確執行，為EVM本身的狀態轉換功能提供保證，並允許Scroll支持Ethereum本地开發者工具，如JSON-RPC接口和交易格式。

2. 去中心化將我們引向一個去中心化的驗證者網絡

在設計我們的zkEVM時，我們很快意識到將EVM放入ZK證明中會由於本地字段之間的不兼容而導致大量的證明开銷。為了減少這種證明時間導致的第1層的最終結果，我們決定建立我們的Roller網絡，一個無權限和分散的證明者網絡，他們為Scroll的Layer 2塊產生證明。

我們的去中心化證明者網絡有兩個主要的技術優勢：

我們已經將我們的證明基礎設施設計成高度可並行的。這意味着Scroll能夠通過增加更多的證明節點來大規模地擴展證明計算。
社區將被激勵去建立更好的硬件解決方案，並自己運行驗證器，而不是僅僅依靠Scroll團隊的集中管理。為了在網絡的初始階段進行引導，我們正在內部建立GPU驗證器解決方案，並將其开源供公衆使用。隨着這一點的成熟，我們正在與一些硬件公司探索ASIC和FPGA解決方案。從長遠來看，我們期待着這一領域充滿活力的競爭，並堅信證明生成的延遲和成本將成倍地減少。

最後，也是最重要的一點，從第一步去中心化證明者开始，是對我們社區參與和去中心化原則的可靠承諾。隨着Scroll接近主網，我們計劃將排序器和我們的驗證器網絡一起去中心化，為協議提供更大的審查阻力和穩健性。

3. 效率導致我們專注於开放式研究驅動的創新

為了使Scroll的zkEVM在安全和去中心化的強大約束下實用，我們利用了整個社區的創新研究驅動的解決方案。我們的zkEVM設計整合了最近在證明系統、證明聚合和ZK硬件加速方面的突破，僅舉幾例。我們的开放式开發方法使我們能夠與以太坊基金會的PSE（隱私和擴展探索）小組和其他合作者合作，找到最好的想法，我們相信這種开源的研究方法將產生最好和最有效的解決方案。

隨着我們的zkEVM的第一個生產版本的接近，我們繼續專注於優化和整合最新和最好的技術。在這一思路下，我們目前正在探索。