OP Stack的演变:OP Succinct激发ZK Rollup的潜能

进阶10/29/2024, 2:42:08 PM
如果以太坊未来的扩展方案是将所有Rollup转变为ZK Rollup,OP Succinct计划在OP Stack中实现Type-1 zkEVM(完全等同于以太坊),并采用Rust和SP1技术。

TL, DR

OP Succinct的主要作用是将零知识证明(ZKP)整合进OP Stack的模块化架构中,从而把OP Stack的Rollup转变为经过全面验证的ZK Rollup。

如果以太坊的未来扩展方案是将所有Rollup转变为ZK Rollup,OP Succinct则计划在OP Stack中实现Type-1 zkEVM(完全等同于以太坊),并使用Rust和SP1。

OP Succinct Proposer能够并行生成证明,并进行证明的聚合与验证。

目前的OP Stack系统依赖于“7天的欺诈证明窗口”,这会在出现争议时导致交易延迟。OP Succinct通过使用ZK证明,缩短了交易确认时间,避免了需要延长欺诈证明窗口的情况。

OP Succinct可以大幅降低交易成本。

1. 回顾:OP主网更新及OP Stack与OP Labs的关系


图片来源:Blockscout

1.1 OP主网主要进展

截至2024年3月30日,OP Labs在OP Sepolia测试网上发布“故障证明”,并于2024年6月11日在OP主网上正式发布。这是向去中心化迈出的重要一步,用户可以在没有可信第三方的情况下,从OP主网提取ETH和ERC-20代币。这个机制允许用户对无效的提款进行挑战和撤销(包括Base、Metal、Mode和Zora)。

为了保护用户资产的安全和可信性,Optimism利用故障证明来验证链上交易的准确性和有效性,从而防止恶意行为。其关键原则包括:

数据可用性:故障证明确保Layer-2上的所有数据都可以被访问,并且能够由Layer-1进行验证。

挑战期:在特定的挑战期内,任何人都可以对Layer-2的数据提出异议。

如果发现Layer-2与Layer-1数据存在差异,提出异议的一方可以发起挑战。Layer-2的运营者必须提交证据来反驳挑战,并验证数据的正确性。最终性:如果在挑战期内没有有效的挑战,或者Layer-2运营者成功反驳了挑战,则交易将被最终确认并视为有效。

1.2 OP Stack和OP Lab的关系及区别

OP Labs是负责开发Optimism解决方案的团队或组织,而OP Stack则是用于构建和扩展以太坊Layer 2网络的技术框架。可以将OP Labs与OP Stack的关系视为开发者与其开发工具之间的关系。

  • OP Labs: OP Labs是Optimism项目的核心贡献者,负责开发和维护Optimism的Layer 2解决方案。这个团队专注于创建和改进与以太坊扩展相关的技术工具,比如Optimistic Rollups。OP Labs的主要目标是减轻以太坊主网的负担,降低交易成本,并提高交易速度。同时,他们还与其他项目合作,如Succinct Labs,共同推动以太坊扩展技术的发展,特别是在优化零知识证明方面的OP Succinct。

OP Labs是开发和维护Optimism网络的主要团队,旨在为以太坊提供高效的扩展解决方案,专注于降低交易费用和提升交易速度。他们不仅在开发Optimistic Rollups,还在推动与零知识证明相关的新技术,比如与Succinct Labs合作的OP Succinct。

  • OP Stack: OP Stack是一种模块化架构或技术栈,用于构建和扩展以太坊Layer 2网络。它由多个可定制的组件组成,使开发者能够根据具体需求构建自己的Layer 2链。OP Stack为开发者提供了一种标准化的方法,可以快速设置符合特定条件的Layer 2扩展网络。

由OP Labs开发的OP Stack提供了构建Layer 2网络的基础设施。开发者可以利用OP Stack迅速创建不同的扩展网络。其模块化设计允许用户灵活选择不同的验证机制(如Optimistic Rollups或ZK Rollups),以满足各类项目的需求。

总的来说,OP Labs可以看作是OP Stack的开发者,而OP Stack则是OP Labs为帮助开发者构建和扩展以太坊Layer 2网络所提供的技术工具。

在深入探讨OP Succinct之前,了解OP Stack的四个主要组成部分是很重要的:

  • op-geth: 收集用户交易,并根据这些交易生成和执行区块。
  • op-batcher: 将用户交易打包并提交到Layer 1。
  • op-node: 从Layer 1读取批量数据,并在非排序器模式下驱动op-geth进行状态转换。
  • op-proposer: 定期将输出根发布到Layer 1,捕获Layer 2的状态并促进提款。

2. Succinct Labs与OP Labs合作引入ZK元素到OP Stack


图片来源:Succinct Blog

2.1 OP Succinct的架构组件

在第1.2节中概述的OP Stack组件的基础上,OP Succinct是对OP Stack的一次轻量级升级,允许链使用ZK验证的区块,同时保持其他组件(op-geth、op-batcher和op-node)不变。OP Succinct包含以下四个主要组件:

  • 范围程序(Range Program): 一个用Rust编写的程序,负责处理批量区块,设计为在zkVM中运行。
  • 聚合程序(Aggregation Program): 从范围程序中聚合证明,以降低链上验证成本,同样用Rust编写,并设计为在zkVM中运行。
  • OP Succinct L2输出预言机(OP Succinct L2 Output Oracle): 一个Solidity智能合约,包含一系列L2状态输出,每个输出都承诺L2链的状态。这个合约在原始的Optimism系统中存在,但经过修改,使用证明验证作为认证机制。
  • OP Succinct提议者(OP Succinct Proposer): 负责观察在L1上发布的交易批次,并管理范围程序和聚合程序的证明生成。

2.2 OP Succinct 如何融入以太坊扩容叙事?

构建zkEVM Rollups面临挑战,主要是因为需要深厚的密码学知识。在开发模块化的OP Stack时,OP Labs预见到支持多种证明机制的必要性。为此,他们开源了Kona的开发(请参见扩展链接1),以使用Rust实现OP Stack Rollups的STF,从而通过Kona和SP1程序生成零知识证明(ZKP)。这意味着,理论上,任何OP Stack链都可以升级为使用ZKP。

SP1(Succinct Processor 1)的目标是让开发者能够使用标准Rust代码无缝集成Type-1 zkEVM Rollups。借助OP Succinct,升级任何现有的OP Stack链为Type-1 zkEVM Rollup的过程可以在一个小时内完成,并带来以下优势:

  • 快速ZKP确认: 将证明延迟缩短至几分钟,取代原有的7天欺诈证明争议窗口。
  • 成本效益: 平均交易成本降低至仅几美分。
  • 将OP Stack切换到ZK: 通过部署智能合约和启动轻量级的OP Succinct提议服务,可以通过API调用(包括批处理/排序器、op-node、索引器等)生成证明。
  • Type-1 zkEVM: 所有与OP Stack Rollups兼容的工具和智能合约同样适用于OP Succinct Rollups。
  • 增强可扩展性: 可定制的OP Succinct Rollup可以根据需要添加新的预编译和修改Rollup逻辑。

根据官方GitHub文档,升级任何现有的OP Stack Rollup到Type-1 zkEVM Rollup的过程仅需安装Rust、Foundry和Docker。简化的升级过程包括两个步骤:

  • 部署ZK L2OutputOracle.sol合约。
  • 启动OP Succinct提议服务(有关详细步骤,请查看GitHub扩展链接2)。


图片来源:将OP Stack Rollup升级为ZK证明

2.3 使用SP1 Reth构建Type-1 zkEVM

Succinct认为,EVM Rollups的未来在于用Rust语言编写的zkEVM,这样可以提高可维护性。目前,OP Rollups面临三大挑战:冗长的7天欺诈证明窗口、复杂的互操作性,以及在某些情况下依赖多组数据机制而非欺诈证明。为了解决这些问题,SP1应运而生,旨在推动zkEVM的开发。

SP1是一个高性能、完全可定制的zkVM,且100%开源。它能够验证任意Rust(或LLVM编译)程序的执行。根据公开数据,OP Succinct Stack已经成功在OP Mainnet、OP Sepolia和Base链上运行,其交易证明成本在$0.01至$0.02之间(请参见扩展链接3)。未来,所有区块链基础设施,包括Rollups、桥接和协处理器,可能都会采用Rust(或其他LLVM编译语言)进行开发,并利用ZKP技术。

根据Succinct博客和GitHub开源内容的总结,SP1在性能上优于其他zkVM的优势主要体现在以下几个方面:

  • 预编译为中心的架构: SP1支持灵活的预编译系统,显著加速了secp256k1和ed25519签名验证、sha256和keccak256哈希等操作,并将许多程序的RISC-V周期计数降低了5到10倍。其目标是提供与ZK电路相当的性能,同时保持zkVM的灵活性和良好的开发体验。
  • 完全开源: SP1是100%开源的,使得像Argument和Scroll这样的团队能够实现自定义预编译,从而减少周期计数并加快证明生成速度。
  • 行业标准: 自发布以来,zkVM的内部预编译理念已成为行业标准,影响了RISC0、Valida、Nexus和Jolt等项目。SP1是唯一一个准备投入生产的zkVM,支持多种关键密码学操作。
  • 高效的内存读/写: SP1采用创新的内存证明方法,通过单次挑战实现多个证明之间的一致内存,避免了Merkle化内存的开销。
  • 基本效率优化: 通过较低的膨胀因子和下一代查找参数(如基于对数的衍生物LogUp),以及Plonky3中的FRI变体,SP1提高了追踪区域的利用效率。


图片来源: Succinct Blog — 见扩展链接4中的附录说明

3. OP Succinct能否成为OP Stack对抗ZK Stack的关键?


图片来源:@jtguibas

如果我们将以太坊的扩展解决方案视为短期内的OP和长期内的ZK,那么OP Succinct的成功潜力可能会成为以太坊发展历程中的一个重要里程碑。OP Succinct为ETH Rollups提供了一条可升级的路径,使其能够从乐观验证转向零知识证明(ZKP)。这一转变不仅能够降低交易成本,还能提升交易速度,同时保持ZK Rollups的安全性和隐私特性,为未来的应用层扩展带来新的可能性。

在广为认可的四大Layer 2解决方案中,OP Stack在生态系统发展方面似乎略微优于ZK Stack。未来可能会出现更加明显的马太效应,OP Succinct的加入可能会吸引部分ZK Stack的流量和潜在用户。如果OP Succinct成功实施,甚至可能对传统的zkEVM Rollups构成挑战。

然而,从目前的运营逻辑来看,一个关键问题浮现出来:开发者如何确保在修改状态转换函数(STF)或添加新预编译时,能够及时识别出由未知漏洞引发的系统性风险?这一点值得我们长期关注。

声明:

  1. 本文转载自[YBB Capital],著作权归属原作者[Ac-Core],如对转载有异议,请联系Gate Learn团队,团队会根据相关流程尽速处理。
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OP Stack的演变:OP Succinct激发ZK Rollup的潜能

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如果以太坊未来的扩展方案是将所有Rollup转变为ZK Rollup,OP Succinct计划在OP Stack中实现Type-1 zkEVM(完全等同于以太坊),并采用Rust和SP1技术。

TL, DR

OP Succinct的主要作用是将零知识证明(ZKP)整合进OP Stack的模块化架构中,从而把OP Stack的Rollup转变为经过全面验证的ZK Rollup。

如果以太坊的未来扩展方案是将所有Rollup转变为ZK Rollup,OP Succinct则计划在OP Stack中实现Type-1 zkEVM(完全等同于以太坊),并使用Rust和SP1。

OP Succinct Proposer能够并行生成证明,并进行证明的聚合与验证。

目前的OP Stack系统依赖于“7天的欺诈证明窗口”,这会在出现争议时导致交易延迟。OP Succinct通过使用ZK证明,缩短了交易确认时间,避免了需要延长欺诈证明窗口的情况。

OP Succinct可以大幅降低交易成本。

1. 回顾:OP主网更新及OP Stack与OP Labs的关系


图片来源:Blockscout

1.1 OP主网主要进展

截至2024年3月30日,OP Labs在OP Sepolia测试网上发布“故障证明”,并于2024年6月11日在OP主网上正式发布。这是向去中心化迈出的重要一步,用户可以在没有可信第三方的情况下,从OP主网提取ETH和ERC-20代币。这个机制允许用户对无效的提款进行挑战和撤销(包括Base、Metal、Mode和Zora)。

为了保护用户资产的安全和可信性,Optimism利用故障证明来验证链上交易的准确性和有效性,从而防止恶意行为。其关键原则包括:

数据可用性:故障证明确保Layer-2上的所有数据都可以被访问,并且能够由Layer-1进行验证。

挑战期:在特定的挑战期内,任何人都可以对Layer-2的数据提出异议。

如果发现Layer-2与Layer-1数据存在差异,提出异议的一方可以发起挑战。Layer-2的运营者必须提交证据来反驳挑战,并验证数据的正确性。最终性:如果在挑战期内没有有效的挑战,或者Layer-2运营者成功反驳了挑战,则交易将被最终确认并视为有效。

1.2 OP Stack和OP Lab的关系及区别

OP Labs是负责开发Optimism解决方案的团队或组织,而OP Stack则是用于构建和扩展以太坊Layer 2网络的技术框架。可以将OP Labs与OP Stack的关系视为开发者与其开发工具之间的关系。

  • OP Labs: OP Labs是Optimism项目的核心贡献者,负责开发和维护Optimism的Layer 2解决方案。这个团队专注于创建和改进与以太坊扩展相关的技术工具,比如Optimistic Rollups。OP Labs的主要目标是减轻以太坊主网的负担,降低交易成本,并提高交易速度。同时,他们还与其他项目合作,如Succinct Labs,共同推动以太坊扩展技术的发展,特别是在优化零知识证明方面的OP Succinct。

OP Labs是开发和维护Optimism网络的主要团队,旨在为以太坊提供高效的扩展解决方案,专注于降低交易费用和提升交易速度。他们不仅在开发Optimistic Rollups,还在推动与零知识证明相关的新技术,比如与Succinct Labs合作的OP Succinct。

  • OP Stack: OP Stack是一种模块化架构或技术栈,用于构建和扩展以太坊Layer 2网络。它由多个可定制的组件组成,使开发者能够根据具体需求构建自己的Layer 2链。OP Stack为开发者提供了一种标准化的方法,可以快速设置符合特定条件的Layer 2扩展网络。

由OP Labs开发的OP Stack提供了构建Layer 2网络的基础设施。开发者可以利用OP Stack迅速创建不同的扩展网络。其模块化设计允许用户灵活选择不同的验证机制(如Optimistic Rollups或ZK Rollups),以满足各类项目的需求。

总的来说,OP Labs可以看作是OP Stack的开发者,而OP Stack则是OP Labs为帮助开发者构建和扩展以太坊Layer 2网络所提供的技术工具。

在深入探讨OP Succinct之前,了解OP Stack的四个主要组成部分是很重要的:

  • op-geth: 收集用户交易,并根据这些交易生成和执行区块。
  • op-batcher: 将用户交易打包并提交到Layer 1。
  • op-node: 从Layer 1读取批量数据,并在非排序器模式下驱动op-geth进行状态转换。
  • op-proposer: 定期将输出根发布到Layer 1,捕获Layer 2的状态并促进提款。

2. Succinct Labs与OP Labs合作引入ZK元素到OP Stack


图片来源:Succinct Blog

2.1 OP Succinct的架构组件

在第1.2节中概述的OP Stack组件的基础上,OP Succinct是对OP Stack的一次轻量级升级,允许链使用ZK验证的区块,同时保持其他组件(op-geth、op-batcher和op-node)不变。OP Succinct包含以下四个主要组件:

  • 范围程序(Range Program): 一个用Rust编写的程序,负责处理批量区块,设计为在zkVM中运行。
  • 聚合程序(Aggregation Program): 从范围程序中聚合证明,以降低链上验证成本,同样用Rust编写,并设计为在zkVM中运行。
  • OP Succinct L2输出预言机(OP Succinct L2 Output Oracle): 一个Solidity智能合约,包含一系列L2状态输出,每个输出都承诺L2链的状态。这个合约在原始的Optimism系统中存在,但经过修改,使用证明验证作为认证机制。
  • OP Succinct提议者(OP Succinct Proposer): 负责观察在L1上发布的交易批次,并管理范围程序和聚合程序的证明生成。

2.2 OP Succinct 如何融入以太坊扩容叙事?

构建zkEVM Rollups面临挑战,主要是因为需要深厚的密码学知识。在开发模块化的OP Stack时,OP Labs预见到支持多种证明机制的必要性。为此,他们开源了Kona的开发(请参见扩展链接1),以使用Rust实现OP Stack Rollups的STF,从而通过Kona和SP1程序生成零知识证明(ZKP)。这意味着,理论上,任何OP Stack链都可以升级为使用ZKP。

SP1(Succinct Processor 1)的目标是让开发者能够使用标准Rust代码无缝集成Type-1 zkEVM Rollups。借助OP Succinct,升级任何现有的OP Stack链为Type-1 zkEVM Rollup的过程可以在一个小时内完成,并带来以下优势:

  • 快速ZKP确认: 将证明延迟缩短至几分钟,取代原有的7天欺诈证明争议窗口。
  • 成本效益: 平均交易成本降低至仅几美分。
  • 将OP Stack切换到ZK: 通过部署智能合约和启动轻量级的OP Succinct提议服务,可以通过API调用(包括批处理/排序器、op-node、索引器等)生成证明。
  • Type-1 zkEVM: 所有与OP Stack Rollups兼容的工具和智能合约同样适用于OP Succinct Rollups。
  • 增强可扩展性: 可定制的OP Succinct Rollup可以根据需要添加新的预编译和修改Rollup逻辑。

根据官方GitHub文档,升级任何现有的OP Stack Rollup到Type-1 zkEVM Rollup的过程仅需安装Rust、Foundry和Docker。简化的升级过程包括两个步骤:

  • 部署ZK L2OutputOracle.sol合约。
  • 启动OP Succinct提议服务(有关详细步骤,请查看GitHub扩展链接2)。


图片来源:将OP Stack Rollup升级为ZK证明

2.3 使用SP1 Reth构建Type-1 zkEVM

Succinct认为,EVM Rollups的未来在于用Rust语言编写的zkEVM,这样可以提高可维护性。目前,OP Rollups面临三大挑战:冗长的7天欺诈证明窗口、复杂的互操作性,以及在某些情况下依赖多组数据机制而非欺诈证明。为了解决这些问题,SP1应运而生,旨在推动zkEVM的开发。

SP1是一个高性能、完全可定制的zkVM,且100%开源。它能够验证任意Rust(或LLVM编译)程序的执行。根据公开数据,OP Succinct Stack已经成功在OP Mainnet、OP Sepolia和Base链上运行,其交易证明成本在$0.01至$0.02之间(请参见扩展链接3)。未来,所有区块链基础设施,包括Rollups、桥接和协处理器,可能都会采用Rust(或其他LLVM编译语言)进行开发,并利用ZKP技术。

根据Succinct博客和GitHub开源内容的总结,SP1在性能上优于其他zkVM的优势主要体现在以下几个方面:

  • 预编译为中心的架构: SP1支持灵活的预编译系统,显著加速了secp256k1和ed25519签名验证、sha256和keccak256哈希等操作,并将许多程序的RISC-V周期计数降低了5到10倍。其目标是提供与ZK电路相当的性能,同时保持zkVM的灵活性和良好的开发体验。
  • 完全开源: SP1是100%开源的,使得像Argument和Scroll这样的团队能够实现自定义预编译,从而减少周期计数并加快证明生成速度。
  • 行业标准: 自发布以来,zkVM的内部预编译理念已成为行业标准,影响了RISC0、Valida、Nexus和Jolt等项目。SP1是唯一一个准备投入生产的zkVM,支持多种关键密码学操作。
  • 高效的内存读/写: SP1采用创新的内存证明方法,通过单次挑战实现多个证明之间的一致内存,避免了Merkle化内存的开销。
  • 基本效率优化: 通过较低的膨胀因子和下一代查找参数(如基于对数的衍生物LogUp),以及Plonky3中的FRI变体,SP1提高了追踪区域的利用效率。


图片来源: Succinct Blog — 见扩展链接4中的附录说明

3. OP Succinct能否成为OP Stack对抗ZK Stack的关键?


图片来源:@jtguibas

如果我们将以太坊的扩展解决方案视为短期内的OP和长期内的ZK,那么OP Succinct的成功潜力可能会成为以太坊发展历程中的一个重要里程碑。OP Succinct为ETH Rollups提供了一条可升级的路径,使其能够从乐观验证转向零知识证明(ZKP)。这一转变不仅能够降低交易成本,还能提升交易速度,同时保持ZK Rollups的安全性和隐私特性,为未来的应用层扩展带来新的可能性。

在广为认可的四大Layer 2解决方案中,OP Stack在生态系统发展方面似乎略微优于ZK Stack。未来可能会出现更加明显的马太效应,OP Succinct的加入可能会吸引部分ZK Stack的流量和潜在用户。如果OP Succinct成功实施,甚至可能对传统的zkEVM Rollups构成挑战。

然而,从目前的运营逻辑来看,一个关键问题浮现出来:开发者如何确保在修改状态转换函数(STF)或添加新预编译时,能够及时识别出由未知漏洞引发的系统性风险?这一点值得我们长期关注。

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