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 Zero Knowledge Proofs，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（FH-ECC）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。

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

Archblock創始人Daniel起訴前同事，稱與Tron談判TUSD出售事宜時被迫離開團隊:7月22日消息，TUSD開發商Archblock創始人Daniel Jaiyong An起訴了其前同事，稱他們迫使他退出該業務，而當時An正在就TUSD向Tron出售事宜進行談判。An稱，Trust Labs大幅變更了商業模式，并未向投資者披露。[2023/7/22 15:52:19]

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（Sequencer），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。

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”。

螞蟻鏈技術總監閆鶯出席香港Web3嘉年華 分享Web3安全技術新進展:4月15日消息，2023香港Web3嘉年華一連四天在香港會展中心舉行。4月15日，螞蟻集團旗下區塊鏈品牌螞蟻鏈現身其中，其技術總監閆鶯在現場分享了Web3安全技術新進展，包含過去幾年螞蟻鏈在Web3的身份安全、應用安全和Layer2安全等方向上的積累。

螞蟻鏈在國內最早（2015年）開始投入共識協議、智能合約、網絡傳輸、存儲、跨鏈技術等Web3核心技術的研發，專利部署長期位居全球第一。[2023/4/16 14:06:05]

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。

主鏈礦工可以通過欺詐證明（Fraud Proof，通常由Optimistic Rollup 采用）或有效性證明（Validity Proof，通常由 zk-Rollup 采用），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。

美SEC主席：加密市場和證券法沒有任何不相容之處:金色財經報道，美國證券交易委員會主席Gary Gensler 在社交媒體上稱，加密貨幣市場和證券法沒有任何不相容之處。我們工作的一個目標就是讓這個領域合規。這樣一來，投資者就可以得到與其他市場一樣的、經過時間考驗的保護。[2023/4/7 13:49:31]

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”。

Optimistic Rollup“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？

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。

BTC最近活躍1年以上的供應百分比達歷史新高:金色財經報道，據Glassnode數據顯示，BTC最近活躍1年以上的供應百分比達到歷史新高，數額為68.008%。[2023/3/27 13:27:59]

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（Prover）和驗證者（Verifier）。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（Complete）：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（Sound）：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（Zero-Knowledge）：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。

Trust Wallet與Binance Connect達成合作:6月22日消息，幣安支付基礎設施提供商Binance Connect已與多鏈自托管加密錢包Trust Wallet建立合作伙伴關系，TrustWallet用戶現在能夠直接使用信用卡或借記卡購買200多種加密資產，并支持40多種法定貨幣，旨在共同為新用戶提供一種簡單安全的方式，使用戶能夠跨多個區塊鏈構建或擴展其加密投資組合。[2022/6/22 1:25:01]

Optimistic Rollup 需要將一段時間內交易數據，壓縮后，完整地連同狀態根（包含用戶地址余額等信息）、欺詐證明（僅在發生爭議時），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 Optimistic Rollup 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（類似用戶賬戶狀態變化）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 Optimistic Rollup，且無需提現等待期。

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

本質上，Optimistic Rollup 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 Optimistic Rollup 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。

不可能三角，又稱三元悖論，通常指去中心化（Decentralization）、可擴展性（Scability）、安全性（Security）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（單拆出來），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《Hardening rollups with multi-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（multi-provers），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（two-provers plus governance tie break），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《The hybrid ZK/Optimistic Rollup of the future》（ZK/Optimistic 混合 Rollup 的未來），探討過將 Optimistic 與 ZK 相結合。

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/ Optimistic Rollup 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（僅在發生爭議時），傳回到以太坊主網。

4/ 本質上，Optimistic Rollup 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。

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 Manta Network中文公眾號及推特。

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