Scroll 聯創張燁：Scroll 的設計架構和挑戰是什么？_ROLL

近日，Scroll的聯合創始人張燁受邀參加了斯坦佛的區塊鏈研討會，分享了Scroll的架構設計和挑戰。在演講的前半部分，介紹了Scroll的整體架構，并重點介紹其一些特殊的設計選擇。

在后半部分，描述如何了從頭開始構建zkEVM，并使用具體示例來演示該過程。最后，簡要討論了Scroll在密碼學和協議設計領域面臨的各種研究挑戰。

背景和初衷

Scroll是以太坊的Layer2擴容解決方案。為了最大限度地兼容以太坊，Scroll正在構建一個字節碼層面兼容的“zkEVM”，它可以證明EVM計算的有效性。Scroll設計的初衷就是為了開發者友好和最大化的可組合性。而構建zkEVM的挑戰在于構建難度和生成零知識證明的成本極高。幸好近些年的一些技術突破使其慢慢變得可行，例如多項式承諾可以證明任意階數，查找表可以實現存儲讀取約束，硬件加速可以加速證明生成，遞歸證明可以將證明進一步壓縮，降低費用成本。

具體細節亦可參考Scroll博客系列#1：以太坊原生zkEVMRollup介紹

MakerDAO：wstETH超過ETH成為Maker上最大抵押資產:7月8日消息，MakerDAO發推稱，wstETH超過ETH成為Maker上DAI的最大抵押資產，5.3億枚DAI來自wstETH，4.97億枚來自ETH。[2023/7/9 22:26:20]

Scroll架構

Scroll節點是應用和用戶與Scroll交互的主要途徑。它由三個模塊組成，排序器(Sequencer)、協調器(Coordinator)和中繼器(Relayer)。

排序器提供JSON-RPC接口并接收L2交易。每隔幾秒鐘，它就會從L2的內存池中取回一批交易并執行它們，以生成新的L2塊和新的狀態根。Scroll的排序器實現基于Go-Ethereum(Geth)，是最主流的以太坊節點實現之一。通過分叉Geth，我們可以實現最佳的兼容性并繼承已經經過時間考驗的安全性。

一旦生成了一個新的塊，協調器就會收到通知，并從排序器接收這個塊的執行蹤跡。然后它將執行蹤跡分派給從Roller池中隨機選擇的Roller以生成證明。

中繼器監視同時部署在以太坊和Scroll上的Rollup和Bridge合約。它有兩個主要職責。首先，它監控Rollup合約以跟蹤L2塊的狀態，包括它們的數據可用性和有效性證明。其次，它監視同時部署在以太坊和Scroll上的Bridge合約的存款和取款事件，并將消息從一層中繼到另一層。

區塊鏈美食匹配應用 Nutrios 完成 50 萬美元融資，Aptos Labs 等參投:5月28日消息，由名廚 James Briscione 推出的區塊鏈美食匹配應用 Nutrios 宣布完成 50 萬美元融資，Aptos Labs、Monoceros 等投資者參投。 Dinder APP 由 Nutrios 開發，用戶可以在食物照片上向右或向左滑動，Dinder APP 的人工智能算法會隨著時間的推移了解客戶的偏好并提供訂購服務，「點贊 / 喜歡」的食品將會被嵌入到區塊鏈社交圖譜中，目前該應用正在邁阿密市場進行 Beta 測試。除了在 Nutrios 協議上構建其他應用程序之外，Nutrios 希望在未來六個月內在其他城市推出。[2023/5/28 9:47:29]

每個L2區塊將經過如下三個階段，直到最終確認。

Pre-committed表示一個區塊已經被一個排序器提議并發送給Rollers。雖然Precommitted區塊還不是ScrollL2上的正式部分，因為它們還沒有發布在以太坊基礎層上，不過信任排序器的用戶可以按預期進行下一步操作。目前預估Pre-commited階段只需1-2秒。Committed表示該區塊的交易數據已經發布在以太坊的Rollup合約上。這確保了區塊數據可用，但不能證明它是正確執行的。目前預估Committed階段需要數分鐘。Finalized表示通過驗證以太坊鏈上的有效性證明，已經驗證此區塊中的交易正確性。經過最終確認的區塊被認為是ScrollL2鏈上的正式部分。目前預估Finalized階段需要10分鐘以上Pre-Alpha測試網階段由于證明者的算力不足，因此整體流程的時間要大于所預估的時間。

具體細節亦可參考Scroll博客系列#6：Scroll的架構概覽

數據：目前質押的ETH中只有31%處于盈利狀態:金色財經報道，根據Binance Research的數據，自以太坊Beacon Chain(信標鏈)于2020年12月上線以來，已有超過1650萬個ETH（價值277億美元）被質押，其中31%或511.5萬個ETH盈利，其余1138.5萬個ETH處于虧損狀態。其中有相當數量的ETH（約200萬）以400美元至700美元的價格被質押，這代表了2020年12月最早的質押者。[2023/2/16 12:11:44]

穩定幣保險協議Y2K Finance宣布發行Token:12月22日消息，穩定幣保險協議Y2K Finance宣布發行Token Y2K和治理Token vlY2K。

vlY2K將用于定義Y2K生態系統的重要參數，且不可轉讓。Y2K可以進一步鎖定為vlY2K，允許鎖定者積累治理權力份額并增加協議費收入。[2022/12/22 22:01:19]

zkEVM的本質

zkEVM的本質是對EVM虛擬機計算生成的執行蹤跡生成證明。Scroll的zkEVM中設計中，第一層包括直接證明EVM的邏輯，包括EVM電路，RAM電路，Storage電路及其他電路，例如驗證ECDSA簽名的Signature電路；第二層進行證明第一層證明的聚合證明。出于動態的執行蹤跡的考慮，證明系統的前端部分Scroll采用了目前最新的Plonkish協議，對比標準的Plonk用Permutation關聯前后的約束，Plonkish使用了更低階的Customgate，可以靈活得設定每一步的約束。

在硬件加速方面，Scroll擁有獨有的PipeZK加速方案。對于第一層的EVM電路，加速后的GPU可以提升9倍速度，在30秒內完成證明。對于第二層的聚合電路，加速后的GPU可以提升15倍速度，在約2分半內完成證明。由于Pre-Alpha測試網目前只有10個左右的證明者，實際速度可能會略慢于實驗數據。

具體細節亦可參考ScrollDevcon6系列#1：zk-Rollups的證明系統選擇

美國數字商會建議通過訴訟的方式推動SEC批準比特幣ETF:9月13日消息，美國數字商會在其官方網站發文《加密難題：為什么美國證券交易委員會不批準比特幣 ETF》（The Crypto Conundrum:Why Won』t the SEC Approve a Bitcoin ETF?），其中指出加拿大和澳大利亞等其他發達經濟體已經批準了比特幣 ETF，數字商會還提供了一個大膽的解決方案：對美國證券交易委員會提起訴訟，并解釋說，訴訟曾經被認為是一種不可想象的方法，但現在是最終將比特幣 ETF 推向市場的最可行選擇之一，但這種方式可能非常耗時且成本昂貴。（digitalchamber.org）[2022/9/13 13:26:32]

有趣的研究方向

當前，Scroll的研究團隊在協議層和密碼學方向也在進行著有趣的研究探索。

研究的第一個方向，是證明者和排序器的去中心化。Scroll所提出的第一個方案是排序器和證明者的任務交給一個節點，同時處理交易和生成證明，代價是可能會加重節點負擔，產生一定程度的中心化。第二個方案，排序器節點按共識出塊，證明者節點可以自由提交證明，代價是系統將依賴最快的驗證人，其他算力不足的證明者將沒有激勵進一步提交證明，退出系統，證明系統將被最快的驗證者所綁架。針對第二個方案，Scroll所提出的解決方案是設置時間窗口，在規定時間內提交證明的即可獲得證明獎勵。

研究的第二個方向，是L3存在的意義。L3最早由StarkNet所提出，但存在爭議的點在于，如果數據可用性放在L1上，并不能節省太多的成本，如果數據可用性不放在L1上，大可以在L2實現類似的功能。L3更可能適用于應用的自定義需求，例如獨有的排序器，自定義的執行環境，或是更低價的存取款費用，亦或是L3之間所需的可組合性。關于L3的更多探討，可參考Vitalik:什么樣的Layer3是有意義的？

研究的第三個方向，是L2層之間的流動性分配。例如Uniswap可能需要在不同的L2層上都分別部署流動性池。如何將不同的L2層之間的流動性池打通，對于用戶體驗上來說將會是極大的提升。

研究的第四個方向，是zkEVM的資源定價問題。計算的成本主要由驗證和證明交易組成，存儲的成本主要是歷史交易和calldata的數據存儲。最理想的狀態是維持現在以太坊主網的資源定價方案，但是由于Keccak等zk不友好的運算所帶來的成本增加，仍然需要對zkEVM的資源定價方案做相應的調整。

其他的研究方向包括，零知識證明中電路的隨機性，算數化。Scroll的證明系統分為兩層，因此證明者的硬件加速算法也圍繞兩層設計展開。Scroll目前在第一層和第二層證明系統都選擇了Halo2協議，但也在積極探索不同證明系統間的可組合性。

當然目前zk系統仍在開發中，也未經過審計和實踐檢驗，因此在可預見的長期時間內，無法保證這些代碼無懈可擊，代碼層面仍需要大量的審計工作。具體可參考ScrollRollupDay#1:Vitalik介紹用多重證明強化Rollup安全性

責任編輯：Kate

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