从实时证明到原生卷叠：由零知识证明驱动的以太坊扩容最终阶段

作者: imToken

编辑注: 以太坊正迈向每秒10,000交易量(TPS)的新扩展性时代,而零知识证明(ZK)技术正成为关键驱动力。本文是我们"以太坊10,000 TPS路线图"系列的第二篇,重点探讨实时证明的技术难题、证明者的参与逻辑、L1切换期间的安全挑战,以及"原生Rollup"如何成为ZK扩展性的终极形式。

如果ZK化是以太坊技术重构的起点,那么"实时证明"和"原生Rollup"就是这场扩展革命的核心实施环节。

在本文中,我们将继续深入探讨如何在以太坊主网上实现12秒ZK实时证明,成为证明者的硬件门槛和激励机制是什么,以及原生Rollup将如何重写以太坊L2的格局。

01. 实时证明:以太坊扩展的关键一环

在以太坊通往10,000 TPS的路线图上,有一项不可或缺的技术突破:实时证明。

Succinct联合创始人Uma Roy解释道:"实时证明指的是能够在不到12秒的时间内完成以太坊主网区块的ZK证明生成过程。"

这意味着什么?一旦实现实时证明,以太坊将能够将其区块验证逻辑纳入协议本身,并且在不牺牲可验证性的情况下几乎"任意"增加gas限制,从而实现L1的大规模扩展(编辑注:以太坊主网每个区块的生成时间为12秒,所以"实时"意味着证明在每个区块周期内完成)。

然而,要实现实时证明,仅靠zkVM技术是不够的,还需要对以太坊协议层进行更改。

以太坊基金会的Ladislaus指出,明年的Glamsterdam升级预计将引入一个关键机制 - "区块验证与即时执行的解耦",这将为证明者(prover)提供更多时间在完整时隙内生成zkEVM证明,从而实现真正的实时处理。

在技术实现方面,Succinct已发布其最新的SP1 Hypercube zkVM,可在200个GPU集群上实时为10,000个主网区块中的93%生成证明。

Roy表示有信心到年底将这一成功率提高到99%。虽然一些困难的区块可能仍会阻止在极少数区块中生成证明,但协议设计包含容错机制,例如允许跳过这些区块并继续处理下一个。

此外,以太坊正考虑将区块时间从12秒减少到6秒(作为Glamsterdam的另一个潜在提案),这将显著改善用户体验和交易确认速度,但这也给ZK证明者带来额外压力 - 对于证明者来说,任务难度翻倍。

然而,Roy并不担心。毕竟,ZK技术的性能每年可提高10倍,所以即使区块时间减半也能应对。

6月,Linea也宣布其网络上100%的链上活动都由ZK证明覆盖。虽然Linea当前的TPS仅为2,这不是性能限制,而是受使用需求限制。

值得注意的是,Linea区块间隔仅为2秒,ZK证明通过智能合约上传到以太坊L1进行验证。这种模式可能是未来主网"ZK化"的先驱。

02. 以太坊ZK证明者的硬件门槛高吗?

实时生成ZK证明需要强大的计算资源。

以太坊基金会对证明者的初始技术目标是将硬件成本控制在10万美元以下,功耗低于10千瓦,大致相当于特斯拉Powerwall家用电池的功耗。

这个数字听起来一点也不"轻"。以太坊批评者Justin Bons(Cyber Capital创始人)称之为"远超Solana验证节点的疯狂硬件要求",但这实际上混淆了两个完全不同的角色。

来自以太坊基金会协议协调团队的Ladislaus指出,证明者和验证者有不同的职责,不应混淆。验证者运行节点并参与共识,而证明者的任务是生成ZK证明。一旦交易的ZK证明正确生成,网络只需验证证明是否正确,无需重新执行交易。

正因如此,Ladislaus表示乐观:"只要能找到一个满足硬件要求的诚实证明者,以太坊就能继续安全运行。我们刻意将门槛降低到数据中心以下。即使不是大型机构或数据中心,任何具备技术能力的个人开发者都可以在家运行证明者。"

目前,这个10万美元的硬件配置只是初始目标。以太坊基金会研究员Sophia Gold预测,主流证明者将在今年11月阿根廷Devconnect开发者大会前达到标准。

Succinct联合创始人Roy预计,到明年初,GPU要求可减少到约16张显卡,总成本将控制在1万至3万美元之间。

同时,Succinct已在测试网上建立了由"数百个证明者"组成的去中心化网络,总共生成了数百万个证明。

该系统的核心逻辑是竞争性证明,即所有证明者参与竞标,每轮选出一个中标者执行zk证明。目标是让时间更短、成本更低的参与者获胜,形成算力竞价机制。

这意味着在以太坊由ZK驱动的未来,矿工精神将以另一种形式重现 - 只是他们的角色从计算区块变成了计算证明。

03. 主网切换到ZK架构:高难度的系统迁移

将以太坊L1主网切换到零知识证明(ZK)架构是继2022年从工作量证明(PoW)过渡到权益证明(PoS)之后的另一个几乎同等级别的技术挑战。整个过程不仅需要重构协议层,还需要仔细考虑各种潜在边缘场景和安全风险,以防止网络中断。

在7月的EthProofs会议上,研究员Justin Drake概述了几个潜在风险。例如,恶意攻击者可能在区块中插入所谓的"证明者杀手",使整个网络的验证机制失效。或者,网络活动突然下降可能导致交易费不足以支付生成ZK证明的成本,影响网络可持续性。

以太坊基金会协议协调团队的Ladislaus表示,整个过渡过程可能需要几年时间,特别关注安全风险。ZK虚拟机(zkVM)是一项复杂的技术,仍处于早期阶段,各种漏洞的可能性很高。然而,随着生态系统的成熟,通过引入多样化证明系统(证明多样性)、改进激励机制和形式验证,其在以太坊L1上的可行性和稳健性可以逐步提高。

同时,以太坊还计划从根本上重构其共识层,即构建一个名为"Beam Chain"的新结构。目标是从设计之初就实现ZK优化和友好。Drake甚至表示,未来整个以太坊数据验证工作将能在普通笔记本电脑的CPU上完成。

04. 主网"Snark化":原生Rollup即将到来

当以太坊主网正在整合zkEVM时,另一个长期愿景正逐渐浮现:原生Rollup。

当前的Rollups(无论是乐观还是ZK类型)都使用独立的证明系统,其安全性依赖于自身的验证者或排序器机制,它们与以太坊主网之间存在一定的信任假设。

原生Rollup的愿景完全不同 - 通过将zkEVM整合到主网,以太坊L1验证者可以直接验证Rollup的状态转换证明,从而实现真正由主网验证和保障安全的L2。

这需要向以太坊L1客户端添加一个关键代码"execute precompile",允许验证者直接验证L2生成的ZK状态转移证明。正如以太坊基金会的协议协调员Ladislaus所说,"L1验证者将消费这些Rollups的执行证明并验证其正确性。"

换句话说,如果原生Rollup成为现实,那么未来无论是发生在L1上的交易还是发生在原生Rollup上的交易,其最终结算和安全性都将由同一组以太坊验证者保证,信任级别完全相同。

这意味着在原生Rollup上存入1000万美元将与直接存入以太坊主网一样安全。

Linea项目负责人Declan Fox表示,他们的长期目标是成为原生Rollup。他认为这是ETH 2.0分片解决方案的"升级版" - 不再是僵化地运行64个结构相同的分片链,而是以高度可编程和可定制的方式构建异构Rollup系统,服务于不同场景和用户需求。

与过去ETH 2.0的同质化分片架构不同,原生Rollup可以是异构的,为终端用户提供更多样化和差异化的应用体验。

虽然原生Rollup尚未正式纳入以太坊路线图,但随着zkEVM的正式启动和L1架构的逐步重构,为其预设接口和预编译逻辑已明显成为可预见的技术趋势。

Ladislaus总结道,"以太坊在Snark化EVM(即整合ZK证明能力)和推动原生Rollups之间有高度的技术协同,因为两者共享底层ZK技术栈。"当然,这个过程仍需通过以太坊社区治理,形成EIP(以太坊改进提案),并最终在硬分叉中部署。

如果一切顺利且我们保持乐观,相关EIP可能在年底前提交,并在Glamsterdam升级后的分叉中启动。

然而,这一时间表仍然高度不确定,需要谨慎看待。