V神关注的以太坊二层ZKP项目Scroll原理剖析

2023-01-07 15:01:58

编译：Alan｜SophonLabs

为了用我们基于zkEVM的zkRollup来扩展Ethereum，我们根据一套维护Scroll核心价值的技术原则来设计Scroll。这篇文章阐述了这些原则以及它们与我们更广泛的Scroll设计的关系。

我们的技术原则

1. 确保用户安全

在区块链扩展解决方案的背景下，最重要的安全形式涉及用户资金和数据的完整性。尽管扩展解决方案可以为用户提供额外的能力，但我们认为确保用户保持对其资金的访问是第一位的。对于Scroll来说，这意味着用户不应该需要依赖Layer 2节点的可靠性来保证安全，而是可以利用完整的第1层安全，即使在Layer 2进行交易。通过根据这一原则在以太坊上构建，我们Scroll的安全性基于以太坊底层最安全的、去中心化的共识。

2. 保持 EVM等价性

除了给用户提供额外的能力，一个有效的以太坊扩展解决方案应该给用户和开发者提供一个从现有DApp和开发者工具的无缝迁移路径。我们相信，保持EVM的等效性是实现这一目标的最佳途径。一个EVM等价环境的行为与以太坊黄皮书中的Ethereum虚拟机规范完全相同。这意味着，用户和开发人员可以在没有额外的代码修改、昂贵的审计或对其开发工作流程的破坏性改变的情况下进行迁移。

EVM-equivalence提供了比通过转译等解决方案与EVM简单兼容更强大的保证。仅仅满足于兼容性会迫使用户和开发者修改甚至完全重新实现以太坊的大部分支持性基础设施。此外，如果没有EVM的等效性，维护安全变得更加困难。因此，为了最大限度地方便开发者和用户，Scroll是EVM等价的，而不是简单的EVM兼容。

3. 效率

为了让用户在Layer 2享受到良好的体验，我们认为。

交易费用应该很低，比基础层便宜好几个数量级。
用户应该在Layer 2体验到即时的预先确认，在基础层（在我们的案例中是以太坊）体验到合理的快速最终确认。

虽然这些条件在集中式运营商那里很容易满足，但为了维护安全，它们必须在去中心化的环境中继续保持。在Layer 2的背景下，我们认为Scroll应该尽可能的高效，同时在Layer 2和基础层保持用户安全和去中心化。

4. 权力下放到社区的各个层面

去中心化是区块链的一个核心属性，经常被忽视或不适当地交易去中心化。我们认为它是区块链最有价值的方面之一，并确保协议和社区具有活力，并能抵御审查或协调攻击。我们认为去中心化贯穿于Scroll的许多方面，包括节点操作员、证明者以及开发者和用户的社区。通过与社区一起公开建设，并为证明和排序的去中心化制定可靠的路径，Scroll致力于确保所有层面的去中心化。

我们的原理如何引领 Scroll 的设计

Scroll的主要设计选择自然是由这些技术原则促成的。

1. 安全性和EVM等效性使我们找到了基于zkEVM的zkRollup解决方案

在构建Scroll时，安全是我们的首要任务。在我们基于zkRollup的设计中，在Scroll上执行的第二层交易的完整性由以太坊底层的智能合约中验证的简洁的零知识证明来保证。这使得Scroll交易与Ethereum基础层上的交易本身一样安全。因此，用户不必信任任何第三方来保证他们的资金安全 -- 安全性来自于以太坊底层的安全性和零知识密码学的数学保证。我们相信这是一套尽可能少的信任假设，为我们的用户提供最好的安全。

在决定了zkRollup的方法后，我们不得不努力使其为用户和开发者所接受。我们很快意识到，通过zkEVM实现EVM的等价性是一个圣杯。尽管打破等价关系会大大简化这项任务，但一旦我们意识到利用零知识密码学的最新突破建立一个zkEVM是可能的，我们就决定这是最佳选择。通过承担这项技术上的艰巨任务，Scroll旨在提供最佳的用户和开发者体验。我们的zkEVM使用简洁的ZK证明来证明本地EVM字节码的正确执行，为EVM本身的状态转换功能提供保证，并允许Scroll支持Ethereum本地开发者工具，如JSON-RPC接口和交易格式。

2. 去中心化将我们引向一个去中心化的验证者网络

在设计我们的zkEVM时，我们很快意识到将EVM放入ZK证明中会由于本地字段之间的不兼容而导致大量的证明开销。为了减少这种证明时间导致的第1层的最终结果，我们决定建立我们的Roller网络，一个无权限和分散的证明者网络，他们为Scroll的Layer 2块产生证明。

我们的去中心化证明者网络有两个主要的技术优势：

我们已经将我们的证明基础设施设计成高度可并行的。这意味着Scroll能够通过增加更多的证明节点来大规模地扩展证明计算。
社区将被激励去建立更好的硬件解决方案，并自己运行验证器，而不是仅仅依靠Scroll团队的集中管理。为了在网络的初始阶段进行引导，我们正在内部建立GPU验证器解决方案，并将其开源供公众使用。随着这一点的成熟，我们正在与一些硬件公司探索ASIC和FPGA解决方案。从长远来看，我们期待着这一领域充满活力的竞争，并坚信证明生成的延迟和成本将成倍地减少。

最后，也是最重要的一点，从第一步去中心化证明者开始，是对我们社区参与和去中心化原则的可靠承诺。随着Scroll接近主网，我们计划将排序器和我们的验证器网络一起去中心化，为协议提供更大的审查阻力和稳健性。

3. 效率导致我们专注于开放式研究驱动的创新

为了使Scroll的zkEVM在安全和去中心化的强大约束下实用，我们利用了整个社区的创新研究驱动的解决方案。我们的zkEVM设计整合了最近在证明系统、证明聚合和ZK硬件加速方面的突破，仅举几例。我们的开放式开发方法使我们能够与以太坊基金会的PSE（隐私和扩展探索）小组和其他合作者合作，找到最好的想法，我们相信这种开源的研究方法将产生最好和最有效的解决方案。

随着我们的zkEVM的第一个生产版本的接近，我们继续专注于优化和整合最新和最好的技术。在这一思路下，我们目前正在探索。