ROL:小学生也能看懂的零知识证明科普:什么zk-Rollup?

本系列将试图用通俗举例和语言,帮助大家理解复杂概念。本系列非学术论述,举例只为帮助大家通俗理解。如有错误,欢迎指正。更严谨的表述,欢迎大家查看专业论文学习。

前情回顾,

1/零知识证明,英文为ZeroKnowledgeProofs,简写为ZK或ZKP。

zkXXX,即代表应用了零知识证明。

2/零知识证明技术,要在证明速度、验证速度、整体大小之间做取舍,继而产生的用户体验不同。

zk-SNARK诞生时间久,经过验证,应用比较成熟,并诞生了Groth16、PLONK、Halo2等多技术分支。zk-STARK相较而言,诞生时间较短,仍需时间验证完善。

Manta采用Groth16,是目前最快、数据量最小的zk-SNARK。Manta在椭圆曲线密码算法等基础上,进一步优化升级,ZK生成速度比Zcash快十倍。交互确认时间仅需2-3秒。

3/ZK开发逐渐模块化。zk-SNARK与zk-STARK之间,可通过切换多项式承诺,进行相互转换。且,代码终会开源,所以长期看,单靠技术无法构筑壁垒。

正式开始本篇内容。

什么是Rollup?

西班牙前央行行长:CBDC的最终目标是完全取代商业银行存款:金色财经报道,西班牙央行前行长 Miguel Fernández Ordó?ez 今天上午在数字欧元会议期间发表讲话。Ordó?ez 表示,CBDC 的最终目标是完全取代商业银行存款。也就是说,所有的商业银行都应该成为所谓的“狭义银行”。如果硅谷银行是硅谷 CBDC 服务提供商,你将永远不会跑,因为 CBDC 就是钱。这不是一个可能会失败的付款承诺。

Ordó?ez 表示,数字欧元有可能解决货币和银行体系中两个相互关联的问题:稳定性和竞争。银行垄断了支付和信贷市场,因为如果不通过商业银行账户就无法提供支付服务。这些银行也受到法规和维护稳定的立法的严格保护,例如巴塞尔协议 III、存款保险计划和作为最后贷款人的中央银行,这些措施保护该行业免受新来者的影响。[2023/4/1 13:38:22]

Roll,卷、滚的意思。Up,向上、起来的意思。Rollup就是“卷起来”。

当然,这不是内卷那个“卷”,而是像面饼一样,把食材统统卷进去的那个“卷”。

Rollup,就是把许许多多多笔交易“卷”起来,在自己的网络里处理掉。

Rollup通常运行一组中心化定序器,为Rollup上的交易进行排序。定序器就像中心化的服务器。

CFTC:截至3月17日当周,投机者持有比特币净多头头寸41手:3月17日消息,美国商品期货交易委员会(CFTC)表示,截至3月17日当周,投机者持有比特币净多头头寸41手。(金十)[2023/3/17 13:09:40]

Rollup与以太坊主链关系,举个便于理解但不十分严谨例子,如同初期的支付宝与银行。

资金从以太坊主网转入Rollup,如同把钱从银行卡转入支付宝。

用户在Rollup交互,交互信息并不直接提交到以太坊主链上,而是由Rollup定序器进行排序。

这个过程,称为“链下扩容”,所谓“链下”指的是在以太坊链下。

支付宝初期,用户直接使用支付宝余额交易,银行对具体交易信息,并不知情。支付宝相对银行,也是“链下”。

定序器会对Rollup里的交易,统一进行排序、打包、压缩,隔一段时间提交到以太坊主链,由以太坊主链提供结算、校验交易数据,以减轻主链负担。

主链矿工可以通过欺诈证明或有效性证明,验证Rollup交易数据是否真实。

举个例子,用户在Aribitrum上,使用Gmx疯狂进行衍生品交易。这些操作,都让Aribitrum“卷”起来处理掉了,这些交互仅在Aribitrum当前Rollup上发生,不会造成以太坊主链拥堵。

SushiSwap核心贡献者提议由新团体Meiji DAO取代目前治理机构Sushi DAO:10月20日消息,一位SushiSwap核心贡献者提出了一个名为Meiji Governance Rework的提案,提出由新的团体Meiji DAO取代目前项目治理机构Sushi DAO承担的所有责任,包括支付团队工资、控制财务和资金扩张。提案中最值得注意的变化是,Meiji DAO将需要股份而不是代币进行治理,并采用新的二次投票机制,目前该提案仍处于讨论阶段。[2022/10/21 16:33:04]

Aribitrum会将一段时间内的交互信息排序、打包、压缩、提交到以太坊主链,由以太坊全节点校验交易数据真实性,所以,Rollup称为执行层,主要负责执行交易。

OptimisticRollup与ZKRollup?

Optimistic与ZK,是以太坊主链全节点,校验Rollup交易数据真实性的方式,可以理解成是对账方式。

Rollup是处理交易的方式。

这俩都是Rollup,所以,处理交易方式一致,都是“卷起来”。区别在于,对账方式:

1/Optimistic,意为“乐观的、积极的”。

安全团队:约有440个地址接收到通过Tornado Cash发送的0.1枚ETH:金色财经报道,据派盾(PeckShield)监测,约有440个地址接收到通过Tornado Cash发送的0.1枚ETH。

此前消息,自Tornado Cash被制裁以来,有人正在将少量ETH从受制裁的Tornado Cash钱包发送到知名加密个人和名人的各种钱包。此举似乎是对协议受到美国财政部海外资产控制办公室(OFAC)打击的某种抗议。[2022/8/10 12:15:54]

OptimisticRollup“乐观的”默认交易信息真实有效。

万一有人提供虚假交易信息呢?

若使用Aribitrum或Optimism,会发现,把代币跨回其他网络,需要等待几天时间,即“等待期”。

“等待期”内,以太坊主网全节点都可以发起挑战,证明某交易为假。

由于Rollup数据层和结算层仍使用以太坊,相当于根账本在以太坊上,所以,Rollup自身是无法篡改、作弊的。

若挑战成功,则会罚没作弊者保证金,交给挑战者,并回滚该区块内的交易。

2/zk-Rollup

还记得ZK的基本原理及特性嘛?

Doodles系列NFT24小时地板价达13.5ETH:金色财经报道,据NFTGo.io数据显示,Doodles系列NFT总市值达2.78亿美元,在所有NFT项目总市值排名中位列第12位;其24小时交易额为475,389.22美元,涨幅达5.04%。截止发稿时,该系列NFT当前地板价为13.5ETH,涨幅达6.31%。[2022/7/6 1:53:45]

证明者和验证者。证明者生成证明,验证者在不获取信息本身的前提下,验证该证明。

ZK有以下特性:

完备性:提交者若确实掌握了答案,那他能找到方法向验证者证明为真,即真的假不了。

合理性:若提交者未掌握答案,那他无法向验证者证明为真,即假的真不了。

零知识性:证明过程中,验证者除了“证明”之外,不会获得其他相关信息。

zk-Rollup会在向以太坊主网提交区块时,生成一个零知识证明。主网全节点验证该证明即可。

需要注意的是,zk-Rollup通常只应用了ZK前两个属性,即完备性与合理性,达到压缩计算的目的。

OptimisticRollup需要将一段时间内交易数据,压缩后,完整地连同状态根、欺诈证明,传回到以太坊主网。

由于交易数据和结算仍存储在以太坊主网上,当全节点提出挑战时,可根据先前存储的状态,校验欺诈证明是否成立,判断OptimisticRollup是否作弊。

zk-Rollup不需要将全部交易数据发布至以太坊主网,仅发布状态差异和有效性证明即可,这样会使得交易成本Gas更低。使用zk前两个属性,达到压缩计算目的。

zk-Rollup证明文件很小,验证时间一定,所以证明本身不会随着交易数量增加而变大。

长期来看zk-Rollup在Gas成本和Tps方面,要优于OptimisticRollup,且无需提现等待期。

所以,以太坊创始人Vitalik认为,短期内OptimisticRollup会因EVM兼容性占据优势,但长期来看,zk-Rollup会胜出。

本质上,OptimisticRollup安全来自于经济学,作恶者要考虑损失的成本,挑战者的动机由经济利益驱动。

zk-Rollup安全来自于密码学,用密码学手段验证证明,可以做到去信任化。

长期看,zk-Rollup相比OptimisticRollup更具优势,但短期仍受制于zk-EVM发展。这也是我们在下一篇会聊到的话题。

这里需要区分的是,用户在zk-Rollup上的交易信息仍是透明可查询的。

而Manta作为基于ZK的可编程隐私公链,除前两个特性外,还重点应用了零知识性,让链上交易隐私化。

Rollup与模块化

不可能三角,又称三元悖论,通常指去中心化、可扩展性、安全性三者不可同时兼得。

通常,模块化是指,把Layer1共识、结算、数据、执行四层分别解耦,在不增加节点硬件负担,造成中心化前提下,实现扩容,打破“不可能三角”。

V神在波哥大以《Hardeningrollupswithmulti-proofs》为主题进行分享,即采用多证明机制,加强Rollup安全。

方案二是多证明人机制,采用多证明系统,用欺诈证明或zkEVM多种实现,预防网络宕机情况。

方案三是双重证明加治理小组,采用欺诈证明加ZK证明,再加上治理小组裁决。当一个证明系统出现漏洞,另一个系统不受影响。

在此之前,Optimism的Kelvin曾写过《ThehybridZK/OptimisticRollupofthefuture》,探讨过将Optimistic与ZK相结合。

总结下,1/Rollup内的交易,隔一段时间统一压缩打包,提交到以太坊主网,由主网提供结算、验证交易数据,以减轻主链负担。

2/Optimistic与ZK,是以太坊主链全节点,校验Rollup交易数据真实性的方式,可以理解成是对账方式。Rollup是处理交易的方式。

3/OptimisticRollup需要将一段时间内交易数据,压缩后,完整地连同状态根、欺诈证明,传回到以太坊主网。

zk-Rollup不需要将全部交易数据发布至以太坊主网,仅发布状态差异和有效性证明即可,这样会使得交易成本Gas更低。使用zk前两个属性,达到压缩计算目的。

4/本质上,OptimisticRollup安全来自于经济学,作恶者要考虑损失的成本,挑战者的动机由经济利益驱动。

zk-Rollup安全来自于密码学,用密码学手段验证证明,可以做到去信任化。

5/用户在zk-Rollup上的交易信息仍是透明可查询的。而Manta是基于ZK的可编程隐私公链,除前两个特性外,还重点应用了零知识性,让链上交易隐私化。

6/当前,将Optimistic与ZK结合,是Rollup探索方向之一。

本篇重点讲述了zk-Rollup,略微涉及到zkEVM内容。下一篇,我们将重点阐释zkEVM相关内容,欢迎继续关注MantaNetwork中文公众号及推特。

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