小學生也能看懂的零知識證明科普：什么zk-Rollup？_ROLL

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。

法官裁定BlockFi返還用戶托管賬戶中的3億美元資金:5月11日消息，美國新澤西州法官裁定BlockFi托管錢包用戶可以獲得近3億美元的返還，錢包中的資產屬于客戶，而不是破產的加密貨幣貸方BlockFi的財產。但客戶在11月10日之后試圖從BlockFi的計息賬戶（稱為BIA）中轉出的另外3.75億美元仍然屬于BlockFi的財產，該公司去年凍結了資金。[2023/5/12 14:58:25]

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。

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。

Elon Musk：推特計劃推出加密私信、語音和視頻聊天功能:5月10日消息，Elon Musk表示，Twitter可能于周三推出加密（encrypted）私聊信息功能。他概述了該社交媒體服務增強通信功能的計劃。消息加密意味著只有發送方和接收方能夠看到消息。理論上，Twitter和Elon Musk將無法看到或攔截人與人之間的直接信息。Elon Musk還表示，Twitter將很快添加語音和視頻通話，這樣用戶就可以“與世界上任何地方的人交談”，而不需要給他們一個電話號碼。（CNBC）[2023/5/10 14:54:23]

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。

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。

Pontem：歷史用戶可申領1枚APT空投、免費鑄造1枚紀念NFT:11月1日消息，Aptos生態DEX和錢包應用Pontem Network官方宣布，任何在太平洋時間10月30日17:00時之前于Aptos主網使用過liquidswap的用戶，可于11月2號22:30時通過Aptos生態NFT市場Topaz免費鑄造1枚PontemiteNFT并申領1枚APT空投。符合條件的用戶需填寫申請表單。[2022/11/1 12:05:04]

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？

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。

Alameda Research在Clearpool上推出許可的借貸池:金色財經報道，加密交易公司Alameda Research正在Clearpool上推出一個獲得許可的借貸池。?根據 Clearpool 今天的一份聲明，投資管理公司 Apollo Capital 和去DeFi交易平臺 Compound Capital 將成為第一批 Alameda 池的借貸方。?[2022/9/22 7:14:59]

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。

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。

Sky Mavis 為Axie Infinity提供價值240萬美元電競基金:9月14日消息，區塊鏈游戲Axie Infinity開發商Sky Mavis宣布已成立一個價值240萬美元的電子競技基金，Method MetaGuild成為該基金的首位支持者。Axie Infinity表示，該基金將在2022年第四季度至2023年第二季度期間分發160,000AXS，獎勵全球范圍游戲錦標賽和地區游戲錦標賽的贏家，并且根據電競比賽規模設定獎金池。

此外，Axie Infinity還將“Origin”重命名為“Origins”，以打造獨一無二的品牌。（thecoinrepublic）[2022/9/14 13:28:31]

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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