ROLL:小學生也能看懂的零知識證明科普：什么zk-Rollup？

本系列將試圖用通俗舉例和語言，幫助大家理解復雜概念。本系列非學術論述，舉例只為幫助大家通俗理解。如有錯誤，歡迎指正。更嚴謹的表述，歡迎大家查看專業論文學習。

前情回顧，

1/零知識證明，英文為ZeroKnowledgeProofs，簡寫為ZK或ZKP。

zkXXX，即代表應用了零知識證明。

2/零知識證明技術，要在證明速度、驗證速度、整體大小之間做取舍，繼而產生的用戶體驗不同。

zk-SNARK誕生時間久，經過驗證，應用比較成熟，并誕生了Groth16、PLONK、Halo2等多技術分支。zk-STARK相較而言，誕生時間較短，仍需時間驗證完善。

Manta采用Groth16，是目前最快、數據量最小的zk-SNARK。Manta在橢圓曲線密碼算法等基礎上，進一步優化升級，ZK生成速度比Zcash快十倍。交互確認時間僅需2-3秒。

3/ZK開發逐漸模塊化。zk-SNARK與zk-STARK之間，可通過切換多項式承諾，進行相互轉換。且，代碼終會開源，所以長期看，單靠技術無法構筑壁壘。

正式開始本篇內容。

LayerZero Labs的Stargate Finance與Metis整合:金色財經報道，流動性傳輸協議Stargate將在Metis Andromeda上部署。這次集成標志著擴展到LayerZero生態系統之外，實現利用LayerZero技術的全鏈橋接。通過合作，Stargate向Metis的擴展將利用LayerZero技術，為項目管理資金、資金和收益策略提供更大的靈活性。[2023/1/20 11:21:45]

什么是Rollup？

Roll，卷、滾的意思。Up，向上、起來的意思。Rollup就是“卷起來”。

當然，這不是內卷那個“卷”，而是像面餅一樣，把食材統統卷進去的那個“卷”。

Rollup，就是把許許多多多筆交易“卷”起來，在自己的網絡里處理掉。

Rollup通常運行一組中心化定序器，為Rollup上的交易進行排序。定序器就像中心化的服務器。

Rollup與以太坊主鏈關系，舉個便于理解但不十分嚴謹例子，如同初期的支付寶與銀行。

資金從以太坊主網轉入Rollup，如同把錢從銀行卡轉入支付寶。

數據：約52.2%的比特幣網絡使用清潔能源:金色財經報道，Climate Tech副主席Daniel Batten最近的分析顯示，29家礦業公司占整個比特幣(BTC)網絡的16.48%，并使用90-100%的清潔能源運行。該百分比還表明，所有BTC網絡中有52.2%使用清潔能源。2020年BTC的可再生能源使用率一直徘徊在40%以上，但這一比例在2021年下降到28.48%。但自2022年初以來，清潔能源的使用量一直在上升。比特幣礦業委員會也在2022年5月發布了一份報告，該報告稱58.4%的BTC挖礦已經使用清潔能源。埃隆·馬斯克此前聲稱，當確認礦工使用了合理比例的清潔能源（約50%）且這種趨勢確立的話，特斯拉將恢復用比特幣交易。人們的目光尤其轉向了這一主題。（Cryptoslate）[2022/12/8 21:31:54]

用戶在Rollup交互，交互信息并不直接提交到以太坊主鏈上，而是由Rollup定序器進行排序。

這個過程，稱為“鏈下擴容”，所謂“鏈下”指的是在以太坊鏈下。

支付寶初期，用戶直接使用支付寶余額交易，銀行對具體交易信息，并不知情。支付寶相對銀行，也是“鏈下”。

定序器會對Rollup里的交易，統一進行排序、打包、壓縮，隔一段時間提交到以太坊主鏈，由以太坊主鏈提供結算、校驗交易數據，以減輕主鏈負擔。

三星推出基于區塊鏈的安全系統Knox Matrix:金色財經報道，三星宣布為其智能設備引入類似區塊鏈的安全系統。該系統名為Knox Matrix，旨在提高多設備環境的安全性，每個智能設備監控其他設備并共享訪問數據以簡化登錄任務。

三星表示，Knox Matrix將互連網絡上可用的不同智能設備，以通過“多層相互監控”來增強安全性，將手機連接到其他智能設備（如電視或智能空調）將使這些設備更安全，不會受到任何威脅的影響。（news.bitcoin）[2022/10/13 14:26:29]

主鏈礦工可以通過欺詐證明或有效性證明，驗證Rollup交易數據是否真實。

舉個例子，用戶在Aribitrum上，使用Gmx瘋狂進行衍生品交易。這些操作，都讓Aribitrum“卷”起來處理掉了，這些交互僅在Aribitrum當前Rollup上發生，不會造成以太坊主鏈擁堵。

Aribitrum會將一段時間內的交互信息排序、打包、壓縮、提交到以太坊主鏈，由以太坊全節點校驗交易數據真實性，所以，Rollup稱為執行層，主要負責執行交易。

OptimisticRollup與ZKRollup？

印尼互聯網公司 GoTo 以約 840 萬美元價格收購當地加密貨幣交易所:8月30日消息，印度尼西亞最大的科技公司 PT GoTo Gojek Tokopedia Tbk (GoTo) 周一在給證券交易所監管機構的聲明中表示，以 1248.4 億印尼盾（838 萬美元）的價格收購了 PT Kripto Maksima Koin 100% 的股份，以此進入加密貨幣市場，實現服務多元化。

這家科技公司今年早些時候通過首次公開募股籌集了 11 億美元，在給路透社的一份聲明中表示，這筆交易是其成為“多元化資金管理中心”目標的一部分。（路透社）[2022/8/30 12:56:53]

Optimistic與ZK，是以太坊主鏈全節點，校驗Rollup交易數據真實性的方式，可以理解成是對賬方式。

Rollup是處理交易的方式。

這倆都是Rollup，所以，處理交易方式一致，都是“卷起來”。區別在于，對賬方式：

1/Optimistic，意為“樂觀的、積極的”。

OptimisticRollup“樂觀的”默認交易信息真實有效。

萬一有人提供虛假交易信息呢？

Bybit CEO提議推出使用BIT作為原生Token的L1區塊鏈:6月24日消息，Bybit CEO Ben Zhou 在 BitDAO 發起社區提案，提議推出使用 BIT 作為原生 Token，EVM 等效的 L1 區塊鏈。并計劃對去中心化交易平臺、高吞吐量的 EVM dApps、DAO 治理、Token 經濟學、跨鏈橋等進行優化。[2022/6/24 1:28:52]

若使用Aribitrum或Optimism，會發現，把代幣跨回其他網絡，需要等待幾天時間，即“等待期”。

“等待期”內，以太坊主網全節點都可以發起挑戰，證明某交易為假。

由于Rollup數據層和結算層仍使用以太坊，相當于根賬本在以太坊上，所以，Rollup自身是無法篡改、作弊的。

若挑戰成功，則會罰沒作弊者保證金，交給挑戰者，并回滾該區塊內的交易。

2/zk-Rollup

還記得ZK的基本原理及特性嘛？

證明者和驗證者。證明者生成證明，驗證者在不獲取信息本身的前提下，驗證該證明。

ZK有以下特性：

完備性：提交者若確實掌握了答案，那他能找到方法向驗證者證明為真，即真的假不了。

合理性：若提交者未掌握答案，那他無法向驗證者證明為真，即假的真不了。

零知識性：證明過程中，驗證者除了“證明”之外，不會獲得其他相關信息。

zk-Rollup會在向以太坊主網提交區塊時，生成一個零知識證明。主網全節點驗證該證明即可。

需要注意的是，zk-Rollup通常只應用了ZK前兩個屬性，即完備性與合理性，達到壓縮計算的目的。

OptimisticRollup需要將一段時間內交易數據，壓縮后，完整地連同狀態根、欺詐證明，傳回到以太坊主網。

由于交易數據和結算仍存儲在以太坊主網上，當全節點提出挑戰時，可根據先前存儲的狀態，校驗欺詐證明是否成立，判斷OptimisticRollup是否作弊。

zk-Rollup不需要將全部交易數據發布至以太坊主網，僅發布狀態差異和有效性證明即可，這樣會使得交易成本Gas更低。使用zk前兩個屬性，達到壓縮計算目的。

zk-Rollup證明文件很小，驗證時間一定，所以證明本身不會隨著交易數量增加而變大。

長期來看zk-Rollup在Gas成本和Tps方面，要優于OptimisticRollup，且無需提現等待期。

所以，以太坊創始人Vitalik認為，短期內OptimisticRollup會因EVM兼容性占據優勢，但長期來看，zk-Rollup會勝出。

本質上，OptimisticRollup安全來自于經濟學，作惡者要考慮損失的成本，挑戰者的動機由經濟利益驅動。

zk-Rollup安全來自于密碼學，用密碼學手段驗證證明，可以做到去信任化。

長期看，zk-Rollup相比OptimisticRollup更具優勢，但短期仍受制于zk-EVM發展。這也是我們在下一篇會聊到的話題。

這里需要區分的是，用戶在zk-Rollup上的交易信息仍是透明可查詢的。

而Manta作為基于ZK的可編程隱私公鏈，除前兩個特性外，還重點應用了零知識性，讓鏈上交易隱私化。

Rollup與模塊化

不可能三角，又稱三元悖論，通常指去中心化、可擴展性、安全性三者不可同時兼得。

通常，模塊化是指，把Layer1共識、結算、數據、執行四層分別解耦，在不增加節點硬件負擔，造成中心化前提下，實現擴容，打破“不可能三角”。

V神在波哥大以《Hardeningrollupswithmulti-proofs》為主題進行分享，即采用多證明機制，加強Rollup安全。

方案二是多證明人機制，采用多證明系統，用欺詐證明或zkEVM多種實現，預防網絡宕機情況。

方案三是雙重證明加治理小組，采用欺詐證明加ZK證明，再加上治理小組裁決。當一個證明系統出現漏洞，另一個系統不受影響。

在此之前，Optimism的Kelvin曾寫過《ThehybridZK/OptimisticRollupofthefuture》，探討過將Optimistic與ZK相結合。

總結下，1/Rollup內的交易，隔一段時間統一壓縮打包，提交到以太坊主網，由主網提供結算、驗證交易數據，以減輕主鏈負擔。

2/Optimistic與ZK，是以太坊主鏈全節點，校驗Rollup交易數據真實性的方式，可以理解成是對賬方式。Rollup是處理交易的方式。

3/OptimisticRollup需要將一段時間內交易數據，壓縮后，完整地連同狀態根、欺詐證明，傳回到以太坊主網。

zk-Rollup不需要將全部交易數據發布至以太坊主網，僅發布狀態差異和有效性證明即可，這樣會使得交易成本Gas更低。使用zk前兩個屬性，達到壓縮計算目的。

4/本質上，OptimisticRollup安全來自于經濟學，作惡者要考慮損失的成本，挑戰者的動機由經濟利益驅動。

zk-Rollup安全來自于密碼學，用密碼學手段驗證證明，可以做到去信任化。

5/用戶在zk-Rollup上的交易信息仍是透明可查詢的。而Manta是基于ZK的可編程隱私公鏈，除前兩個特性外，還重點應用了零知識性，讓鏈上交易隱私化。

6/當前，將Optimistic與ZK結合，是Rollup探索方向之一。

本篇重點講述了zk-Rollup，略微涉及到zkEVM內容。下一篇，我們將重點闡釋zkEVM相關內容，歡迎繼續關注MantaNetwork中文公眾號及推特。

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