解读Scroll的通用零知识Rollup架构

原文标题：《An Introduction to Scroll: the General-purpose Zero-Knowledge Rollup》

原文作者： FRANCESCO

原文编译：Peisen，BlockBeats

编者语：基于 ZK Rollup 的以太坊 Layer 2 网络 Scroll 从去年至今获得了行业的高度关注。Scroll 于 2022 年 4 月和今年 3 月分别宣布完成了由 Polychain Capital 领投的 3000 万美元 A 轮融资以及 Polychain Capital、红杉中国、IOSG Ventures、启明创投和 OKX Ventures 等参投的 5000 万美元融资。

10 月 10 日，以太坊 Layer 2 解决方案 Scroll 主网已于当日下午 2 点产生创世区块。10 月 17 日，Scroll 官方宣布主网已正式上线，随后部分项目陆续开始集成或者支持 Scroll 主网，为用户提供更多的应用场景和服务。

根据 Blockscout Scroll 主网 Token 页面，若参考当前持有地址数最多的 Token，受关注的项目包括 Merkly、Zonic on Scroll、PunkSwap Token、Skydrome、Scroll Name Service、Scroll Doge (zkDoge)、Scrollswap Finance Token (SF)、Script (SCRIPT) 、Scroll Inu (Sinu)。

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作为一种基于 zkEVM 的通用 ZK-Rollup，Scroll 旨在为现有应用程序和工具提供最高级别的 EVM 兼容性。加密研究员 @francescoweb3 对 Scroll 的技术原理、工作流程以及目前发展状态进行了研究，并提出了值得关注与思考的几个问题。BlockBeats 将原文编译如下：

通用型 zk-Rollup

10 月 10 日，Scroll 神秘地发布了一条消息，宣布其主网的正式启动。除了空投矿业的帖子之外，我对这个事件了解并不透彻。因此，我决定深入探究这个事件！

了解 Scroll

Scroll 是一个针对以太坊的扩展解决方案：一个通用的 Layer 2 (L2) 零知识（zk）rollup。这听起来可能包含了许多专业术语，让我们逐个解释它们。

作为以太坊上的一个 L2 rollup，Scroll 从本质上继承了 ETH 的安全性。

除了安全性之外，Scroll 还与丰富的以太坊生态系统实现了无缝集成，包括工具、dApps、智能合约以及庞大的用户群。

这种方法使得这些资源能够轻松地转移和互换使用，确保了 EVM 兼容性。可以说，「对于用户和开发者来说，Scroll 几乎就是以太坊」。

在 Scroll 出现之前，由于生成以太坊虚拟机（EVM）计算的零知识证明的复杂性，没有通用的零知识（zk）rollup。简而言之，作为一个通用 rollup 意味着具有与 EVM 等价的功能。然而，直到现在，成功地在 zk rollup 上运行一个 EVM 环境一直是一个难以捉摸的目标。这主要归因于将 EVM 交易转换为 zk 证明可解释的逻辑电路的复杂性。

正是这种复杂性解释了为什么 zk-rollup 项目只专注于特定应用，如 dYdX 专注于交易，ImmutableX 专注于 NFT。由于技术困难，无法开发出可以部署各种 DApps 的通用网络。这也是为什么与 op-rollup 相比，zk-rollup 在总锁定价值（TVL）和用户数量方面表现不佳。

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尽管存在这些挑战，但对通用零知识（zk）rollup 的探索仍在继续。与 EVM 兼容是一件大事，因为它极大地简化了开发人员转向新链所需的努力。例如，转向非 EVM 链意味着：

· 需要将现有合约迁移并重写到新的 rollup

· 不受现有 EVM 工具支持（例如库、钱包、市场等）

· 无法支持来自以太坊生态系统的应用程序

许多人已经开始着手开发通用 zk EVM，可以从不同层面看它们在与 EVM 的兼容性：

Starknet 和 zkSync（语言层面）：这些目前是专用解决方案，使用自定义虚拟机（Cairo VM）运行。它们运行一个自定义 VM，并创建了一个编译器「Warp Transpiler」，将 Solidity 代码转换为 Cairo VM 字节码。

他们所做的是创建一个新的 VM，并在其顶部添加以太坊工具支持作为附加层。这仍然实现了使 Solidity 合约可导出到 StarkNet，从而让「EVM 兼容」的目标。尽管不是直接执行 EVM，但它保留了兼容性，让 Solidity 开发者为他们的 rollup 编写代码。

在使用这些解决方案时：

· 您不是在 EVM 内部执行

· 您没有与其他以太坊接口的兼容性

· Solidity 开发者能够编写可在您的 rollup 上使用的代码

这是一个很好的折衷方案。

Polygon zk-EVM（字节码层面）：运行一个自定义 VM，但已将所有 EVM 操作码映射到对其 VM 有效的操作码（「操作码级等价」）。Polygon 的方法是构建一个具有「操作码级等价」的 zkEVM。与 Scroll 相比，Polygon 有一个替代运行时（「zkExecutor」），它运行自定义的「zkASM」操作码，而不是直接运行 EVM 操作码。这样做是为了优化 EVM 解释，因为直接证明 EVM 会有太多约束。

下图展示了该过程的幕后情况：

尽管这种配置比 Scroll 更高效，但它增加了大量的自定义代码（用于创建 zkASM），可能需要修改代码或工具以实现兼容性，并且随着时间的推移可能与以太坊越来越不同（例如，燃气价格可能有所不同，代码库可能越来越不同）。Scroll（字节码级别）：将 EVM 执行直接转换为可验证的电路，从而在工具支持和兼容性方面带来好处。

尽管这种配置比 Scroll 更高效，但它增加了大量的自定义代码来创建 zkASM，可能需要修改代码或工具以实现兼容性，并且随着时间的推移可能与以太坊越来越不同。例如，gas 费可能不同，代码库可能逐步发生改变。

Scroll（字节码层面）：将 EVM 执行直接转换为可验证的电路，从而在工具支持和兼容性方面带来好处。

目前，Scroll 并不支持所有的 EVM 操作码，但他们计划最终随着时间的推移逐步支持。前面的大部分内容来自 Immutable 对这个主题的一个很好的解释。

Scroll 是如何工作的，它的技术栈是什么？

Scroll 是一个 zk rollup，它在 Eth L1 上有一个智能合约，这是一个 zkEVM 证明验证器，能够验证 Scroll 协议是否安全。

Scroll 上的交易是如何进行的？

Scroll 能够批量处理区块，并将区块数据写入以太坊。一旦在后续区块生成有效性证明，它将被写入以太坊。

因此，在 Scroll 上，区块可以有三种状态：

预提交：一个区块已经由排序器提议并包含在 Scroll 中。

已提交：区块的交易数据已经发布到以太坊（在 Scroll 的 rollup 合约中）。

最终确定：正确的执行已经通过在以太坊链上发布的有效性证明得到确认。

交易工作流程

来自排序器的交易被打包成一个区块；

数据和调用数据被提交到 L1 的 rollup 合约，区块被提交（D1）；

证明生成：信息传递给协调器（已完成工作的「追踪」），然后传递给证明者，生成一个 zk 证明；

证明生成可以在多个区块中进行，可以并行执行，并传递给不同的证明者；

聚合证明生成：证明被生成并批量聚合，然后将在链上提交并验证（验证）；

区块被最终确定。

交易 > 由运行 Geth 分叉的节点处理 > 执行追踪 > 输入 zkEVM 电路 > 生成证明 > 输入到聚合中，显示证明有效 > 生成聚合证明 > 发送到 L1 合约

为什么选择 Scroll？

对开发者友好：Scroll 提供与 EVM 等价的字节码，确保与现有合约和工具的兼容性。

高效率：Scroll 为以太坊创造更安全的区块空间，有效降低燃气费用。

快速响应：Scroll 的区块时间仅为 3 秒，相较于以太坊的 12 秒，大幅提高了速度。

保持一致性：Scroll 与以太坊愿景保持一致，其团队还为以太坊的隐私和扩展进程贡献了代码。

持续热度

自发布以来，Scroll 的总锁定价值（TVL）已累计超过 150 万美元，呈现稳定增长态势。

已有超过 1383 个用户在 Scroll 上进行了 ETH 桥接。

已有超过 976 枚 ETH 被桥接到 Scroll 主网，总价值约为 150 万美元。

值得思考的问题

zk-rollup 被视为优于乐观 rollup 竞争对手的设计，尤其在隐私方面表现突出，由于不存在欺诈证明，因此提现无需等待延迟。

作为通用的 zk-rollup，Scroll 以字节码兼容性为特点，在 L2 层面提供了 zk 证明的诸多优势，同时不影响 EVM 的工具和网络效应。

完全的 EVM 兼容性被视为 L2 的终极目标，而这正是 Scroll 的核心价值所在：一种更强大的以太坊版本。Scroll 的字节码兼容性将 zk 证明的所有优势与以太坊的最大兼容性完美结合。

值得一提的是，Scroll 更关注 zk 证明的「同步」方面，而非其「隐私」方面，这使得该协议能够将大量计算压缩成一个微小的证明。

同样值得注意的是 Scroll 对去中心化的承诺。尽管初始阶段会存在一个中心化的排序器，但去中心化的计划已在筹划之中。

此外，所有的 zk 证明最终都将由一个去中心化的「证明者」网络来完成。

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