ROL:深度解讀Scroll zkEVM方案：如何實現去中心化的愿景？

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。

Celo公布2.0路線圖：與以太坊路線圖深度對齊，探索回購銷毀CELO代幣:據官方消息，Celo在官方博客中公布了Celo 2.0路線圖，Celo表示將與以太坊路線圖深度對齊；通過使Celo成為一個rollup友好鏈來實現水平可擴展性；使Celo成為最快的EVM L1；完善CELO代幣經濟學并獎勵貢獻者，將探索回購銷毀CELO以優化其價值；提供頂級開發人員體驗；建立強大的錢包和應用構建模塊。[2023/1/27 11:32:36]

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。

黃奇帆：數字金融公司要對大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等都有深度研究:11月16日，在第三屆十字門金融周藍迪國際智庫專題報告會上，原重慶市市長、藍迪國際智庫專家委員會聯合主席、復旦大學特聘教授黃奇帆表示，產業互聯網和金融結合形成的數字金融，才是真正的普惠金融。產業互聯網和金融相結合形成的數字金融，要遵循以下五個原則。

第一，數字金融公司要對大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等都有深度研究，并將研究成果應用在數字化平臺、數字金融系統中。

第二，數字金融公司要有金融的基因、性質，要按照金融的規則、金融防風險的宗旨來辦事，遵循金融業的基本制度。比如遵照巴塞爾協議，資本充足率要達標，要有風險準備金，風險撥備要到位，控制好信用杠桿風險。

第三，在產業互聯網基礎上發展起來的數字金融，既要解決融資難，也要解決融資貴難題。通過產業鏈上的“五全”信息，實現低成本高效獲客，就能降低貸款利息，這也是數字金融公司應該遵循的原則。第四，數字金融公司應利用好“五全”信息實現全社會的資源優化配置。

第五，數字金融平臺需要與專業銀行等金融機構強強聯合，實現資源優化配置，這是更合理的發展模式。（新華財經）[2020/11/16 20:58:54]

協調器

ChainUP創始人鐘庚發：當前市場狀態企業需要深度修煉內功:3月12日，ChainUP聯合Cointube、Cointelegraph中文主辦區塊鏈\"三方會談\"線上直播，三位CEO嘉賓就\"疫情下的行業發展與合作\"進行精彩分享。ChainUP創始人兼CEO鐘庚發在分享中表示，針對目前疫情現狀，ChainUP加強線上品牌活動、加強與媒體間的深度合作、發起\"企業戰疫扶持計劃\"等等。另外他認為，當前正是適合企業修煉內功的時候，可以為下一次的市場爆發做好準備。

對于未來的規劃鐘庚發表示，合規化、集團化、全球化一直是ChainUP的目標。合規上，ChainUP持續推進與監管機構和持牌機構的合作，發力監管，加碼合規。集團化方面，重點發展1個主品牌、5條業務線，打造全生態平臺。全球化方面，目前ChainUP除了新加坡總部、日本分公司、香港分公司，已在10多個重點國家和地區拓展市場建立深度聯系，未來會持續深入布局，實現全球化與本地化。[2020/3/12]

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。

聲音 | 人民日報：推動現代科技與社會治理深度融合，利用好區塊鏈等技術手段:人民日報今日發表評論文章《堅持共建共治共享 完善社會治理體系是一項系統工程（新知新覺）》。文章中表示，社會治理是國家治理的重要方面。完善社會治理體系是一項系統工程，應明確不同主體在社會治理體系中的地位和作用，共同推進社會治理體系和治理能力現代化。當今時代，科技對社會治理現代化的支撐作用越來越明顯，科技進步能夠有力提升社會治理效能。應著力推動現代科技與社會治理深度融合，利用好大數據、云計算、物聯網、人工智能、區塊鏈等技術手段，提升社會治理的科學化、信息化、智能化、精細化水平。[2020/2/13]

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。

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。

聲音 | 北大光華院長：推進金融體系與區塊鏈等新興科技深度融合:據中國新聞網援引中新經緯客戶端報道，北京大學光華管理學院院長劉僑在《如何化解民營企業融資困局》提到，發展多元金融業態，提供差異化金融服務，推進金融體系與大數據、機器學習、區塊鏈等新興科技深度融合，探索利用大數據等新興技術手段完善征信機制，降低銀企間建立信任的成本，進而降低民營企業融資成本。[2018/12/13]

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。

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。

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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