解析第一个 zk 欺诈证明系统 Optimistic Rollup 与 ZKP 的结合

白话区块链 view 7927 2023-8-14 09:47

Layer N是一个基于以太坊的新型第二层网络，采用RISC Zero的零知识虚拟机，通过零知识欺诈证明(ZKFP)确保安全性，避免链上重放交易，实现高性能、即时提款和去中心化金融，为下一代金融产品和协议开创一种新的扩展方法。

1、介绍

在设计 Rollup 时，一个关键的设计考虑因素是如何确保安全性和信任，同时仍然提高底层第 1 层的可扩展性。对于乐观 Rollup，安全性以欺诈证明的形式得到保证：证明 Rollup 级别执行不正确的证据并且必须恢复该状态。

与现有的OP Rollup 不同，N 层不依赖于链上重放交易来进行欺诈证明。相反，N 层采用了一种新颖的方法，利用零知识证明和 RISC Zero 的零知识虚拟机。

2、重放校样入门

Op Rollup将状态更新以及将先前状态移动到更新状态的相应事务一起发布到底层 L1。假设我们作为 rollup 的验证者，声称我们观察到的发布到以太坊的最终状态无效（或者换句话说，更新的状态与 rollup 发布到 DA 的交易不对应）。从这里，我们提交了一份欺诈证明，如果被接受，我们将获得可观的金钱奖励。

欺诈证明最简单的方法是让智能合约重新执行以太坊（L1）上的交易并检查结果状态是否准确，我们将其称为“简单重放证明”。

如果块很大，这会变得相当昂贵。然而，我们可以在这里进行一个很好的观察：如果事务没有导致预期状态，那么在某些时候指令被错误地执行。“交互式欺诈证明”只需找到该指令即可。为了构建交互式欺诈证明，验证者通过用户和操作员之间的一系列挑战执行二分搜索，在每一步将搜索空间一分为二。一旦验证者指出第一条错误执行的指令，智能合约就会重新执行它并查看它是否正确执行。这种巧妙的技术就是 Arbitrum 所说的解剖，它本质上是我们引入的重放证明的扩展。

然而，这提出了一个重要的问题：我们如何确保链上执行和链下执行的行为完全相同？

3、重放证明的困难

简单重播证明和交互式证明的关键约束是指令必须能够在基础层和 Rollup 层上以相同的方式执行。换句话说，两种实现都需要使用相同的虚拟机 (VM) 并确保行为匹配。

就 Optimism 而言，他们之前的实现是一个稍微修改过的以太坊虚拟机，他们称之为基于 Geth 的 Optimism 虚拟机 (OVM)。最近，他们在 Solidity 中开发了一个链上 MIPS 指令模拟器来运行 Minigeth 解释器，从而允许他们模拟和验证 EVM 状态转换。Arbitrum 使用 WASM 的修改版本，他们称之为 WAVM。这种设计意味着 Optimism 和 Arbitrum 可以分别支持任何针对 MIPS 和 WASM 的语言。

然而，对于 Optimism 和 Arbitrum 来说，这意味着它们各自的虚拟机需要在 Solidity 中实现，以便以太坊能够模拟它。不仅如此，每个实现都需要具有完全相同的行为。在非交互式证明（例如 Optimism）的情况下，gas 成本也明显更高，因为我们需要重播区块中的每笔交易。

4、进入 RISC 零

我们不需要在链上重放所有交易，而是需要提供状态转换不正确的证明。这就是 RISC Zero zkVM 的用武之地，它是一种通用零知识虚拟机。

借助 RISC Zero，任何验证者都能够生成简洁的证明，证明他们采用了与特定区块相对应的正确 DA 交易并将其应用于初始状态。RISC Zero 通过将 N 层的执行环境移植到其 zkVM 中并以可信的方式生成正确执行的收据来实现这一点。如果出现争议，验证者会将这个证明发送到以太坊上的 Layer N 智能合约，然后由后者检查该证明是否有效。如果证明是有效的，并且证明所声称的输出状态与 L1 上发布的输出状态不匹配，则存在欺诈，我们必须恢复该块。

我们不是使用 WASM 或 EVM，而是通过针对 RISC-V 指令集来利用 RISC Zero，这是一种常见的编译目标，因此受到许多编程语言的支持。这为未来 N 层虚拟机的形状和兼容性提供了更广泛的可能性。

最后，尽管零知识技术有这些好处，但完整的零知识Rollup目前受到缓慢的证明时间和昂贵的计算的限制。这就是为什么 Layer N 采用混合方法——仅在存在欺诈可能性时才需要生成证明。我们将这种方法称为零知识欺诈证明（ZKFP）。

5、超越OP Rollup

给用户足够的时间来注意到欺诈并提交欺诈证明的要求对当前的 OP Rollup 施加了漫长的提款时间（通常在 7 天左右）：对可组合金融产品的要求不充分。尽管 ZKFP 并没有完全解决这个问题，但由于其“一次性”方法，它们能够大幅减少提款时间。ZKFP 不是 ETH 上冗长的来回二分协议，而是允许单个来回交易来证明/反驳欺诈。

展望未来，Layer N 致力于在其 Rollup 生态系统中使用最先进的技术。例如，借助 RISC Zero 的通用零知识证明网络 Bonsai，Layer N 将能够完全过渡到 ZK-rollup，这意味着在保持高性能的同时提供加密安全保证和即时提款。由于 Bonsai 允许任何链、协议或应用程序接入其证明网络，因此它能够充当各种用例的安全链下执行和计算层。

总之，Layer N 与 RISC Zero 合作，能够以更少的权衡开创一种新的扩展方法。因此，我们能够构建下一代真正可用的金融产品和协议。