深度解讀Scroll zkEVM方案：如何實現去中心化的愿景？_ROLL

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。

HyperBC CEO：mpc技術將助推錢包與監管機構的深度綁定:據官方消息，日前，HyperBC CEO Joseph Zhang受邀參加POW’ER香港Web3創新者峰會，會上就“Web3入口革命——MPC錢包的體驗與普及”主題進行了相關分享，他認為：HyperBC作為MPC聯盟成員，當前已在waas和custody業務中實現細分領域的產品優化，幫助中小企業更好的在業務端發力，并在以后的時間里，借助聯盟中已成型落地的技術應用于具體業務場景中，探索設計出更完整的私鑰分片存儲方案，將一些私鑰分片部署在審計機構或者特定的合規機構上，通過mpc技術實現讓大家做更深度的綁定，提升用戶和市場的信心。

HyperBC作為資產托管解決方案提供商，為企業在區塊鏈上存儲和管理他們的數字資產提供安全保障。[2023/1/11 11:06:05]

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

羅軍：我國元宇宙產業正在起步階段 要促進與傳統領域的深度融合:金色財經消息，記者書面采訪了中國計算機行業協會元宇宙專委會執行會長兼秘書長羅軍，針對“元宇宙距離產業化還有多遠？我國元宇宙領域發展在世界上處于什么水平？”上述問題。

羅軍認為，我國元宇宙產業總體上還處于剛剛起步階段。其應用場景，核心是促進元宇宙與傳統領域的深度融合。利用當前我國政府正在大力推進的數字化工程，引入元宇宙模式，能夠從更高維度去布局。（每日經濟新聞）[2022/5/12 3:10:36]

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。

協調器

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。

鏈上ChainUP WaaS聯盟與VirgoCX達成深度戰略合作:據官方消息，鏈上ChainUP WaaS聯盟宣布與VirgoCX交易所達成深度戰略合作，將為VirgoCX提供全方位的WaaS聯盟服務，包含主鏈開發接入、主鏈技術維護、主鏈資產托管等，雙方就區塊鏈技術應用落地、區塊鏈金融服務、資金安全等方面深度合作。

VirgoCX是加拿大Top5合規的數字資產交易平臺，是加拿大金融交易和報告分析中心(FINTRAC)的持牌MSB機構。VirgoCX憑借其優質的流動性、一流的技術和經驗、穩定的銀行合作關系，持續安全順暢地為用戶提供數字資產交易及法幣服務。

WaaS聯盟作為企業專享的數字資產托管及金融服務平臺，是鏈上ChainUP集團依托3年時間所服務的600多家企業客戶技術服務經驗，提供主鏈資產托管、節點服務、主鏈定制開發、熱門幣種一鍵接入、共管錢包、借貸理財等多種功能服務，聯盟內部企業轉賬 0手續費、實時轉帳，同時企業通過WaaS聯盟提供的借貸、理財等多種金融服務可有效提升資金使用效率與沉淀資金價值。目前已有超過500家企業加入鏈上ChainUP WaaS聯盟。[2021/1/6 16:32:49]

中繼器

觀點：實現區塊鏈在法院執行工作中深度應用 需加大硬件與軟件投入:據中國法院網刊文《區塊鏈技術的應用對法院執行工作的影響》。文章中指出，區塊鏈技術及其應用對創新法院執行工作，做到“智慧執行”、“科技執行”提供了有力支撐。但是，當前區塊鏈技術應用的發展尚未成熟，與法院執行工作結合程度也還遠遠不夠。要想真正實現區塊鏈技術在法院執行工作中的深度應用，需要加大硬件與軟件兩方面的投入，是不可能一蹴即至的。應該認識到，區塊鏈技術為法院執行工作帶來便利的同時也必然會帶來挑戰，需要做好充足的準備。[2020/6/12]

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。

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：

動態 | VENAS基金會與臺灣逢甲大學達成深度戰略一體化合作:2020年1月15日，VENAS區塊鏈基金會代表Kate Ou走進臺灣逢甲大學，雙方就區塊鏈的行業發展、產業應用、產學研合作等方面進行深層次的交流。

臺灣逢甲大學對VENAS的技術非常認可，經商議確認VENAS作為臺灣逢甲大學的唯一技術協助廠商，并設立區塊鏈研究中心暨“全臺灣第一個應用區塊鏈技術的學校”，擇日成立籌備委員會。同時，VENAS區塊鏈會先從學校學生成就作為落地應用試點后，陸續發展社會企業區塊鏈應用。

本次會談是產業與研究共同打造區塊鏈生態的重要舉措，VENAS作為在區塊鏈鏈改服務、軟件開發和人才培養方面的代表，雙方的合作有著長遠的戰略意義。[2020/1/15]

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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