從即時證明到原生 Rollups：由 ZK 驅動的以太坊擴容最終階段

作者：imToken

編輯註：以太坊正邁向每秒處理 10,000 筆交易（TPS）的新時代，而零知識證明（ZK）技術正成為關鍵驅動力。本文是我們「以太坊 10,000 TPS 路線圖」系列的第二篇，聚焦於即時證明的技術難題、證明者的參與邏輯、L1 切換期間的安全挑戰，以及「原生 Rollup」如何成為 ZK 擴容的終極形式。

如果 ZK 化是以太坊技術重構的起點，那麼「即時證明」和「原生 Rollup」就是這場擴容革命的核心實施環節。

在本文中，我們將繼續深入探討如何在以太坊主網上實現 12 秒 ZK 即時證明，成為證明者的硬體門檻和激勵機制是什麼，以及原生 Rollup 將如何重寫以太坊 L2 的格局。

01. 即時證明：以太坊擴容的關鍵一環

在以太坊邁向 10,000 TPS 的路線圖上，有一項不可或缺的技術突破：即時證明。

Succinct 聯合創始人 Uma Roy 解釋：「即時證明指的是能夠在不到 12 秒的時間內完成以太坊主網上一個區塊的 ZK 證明生成過程。」

這意味著什麼？一旦實現即時證明，以太坊將能夠將其區塊驗證邏輯納入協議本身，並且在不犧牲可驗證性的情況下幾乎「任意」增加 gas 限制，從而實現 L1 的大規模擴容（編輯註：以太坊主網上每個區塊的生成時間為 12 秒，所以「即時」意味著證明在每個區塊週期內完成）。

然而，要實現即時證明，僅靠 zkVM 技術是不夠的，還需要對以太坊協議層進行更改。

以太坊基金會的 Ladislaus 指出，明年的 Glamsterdam 升級預計將引入一個關鍵機制——「區塊驗證與即時執行的解耦」，這將為證明者（Prover）提供更多時間在一個完整的時隙內生成 zkEVM 證明，從而實現真正的即時處理。

在技術實現方面，Succinct 已發布其最新的 SP1 Hypercube zkVM，可以在 200 個 GPU 的集群上即時生成 10,000 個主網區塊中 93% 的證明。

Roy 表示有信心他們能夠在年底前將這一成功率提高到 99%。雖然一些困難的區塊可能仍會阻止在極少數區塊中生成證明，但協議設計納入了容錯機制，例如允許跳過這些區塊並繼續下一個。

此外，以太坊正在考慮將區塊時間從 12 秒降低到 6 秒（作為 Glamsterdam 的另一個潛在提案），這將顯著改善用戶體驗和交易確認速度，但這也給 ZK 證明者帶來額外壓力——對於證明者來說，任務難度增加了一倍。

然而，Roy 並不擔心。畢竟，ZK 技術的性能每年可以提高 10 倍，所以即使區塊時間減半也能應對。

6 月，Linea 也宣布其網絡上 100% 的鏈上活動都由 ZK 證明覆蓋。雖然 Linea 目前的 TPS 只有 2，但這不是性能限制，而是受使用需求限制。

值得注意的是，Linea 區塊間隔僅為 2 秒，ZK 證明通過智能合約上傳到以太坊 L1 進行驗證。這種模式可能是未來主網「ZK 化」的先驅。

02. 以太坊 ZK 證明者的硬體門檻高嗎？

即時生成 ZK 證明需要強大的計算資源。

以太坊基金會對證明者的初始技術目標是將硬體成本控制在 10 萬美元以下，功耗控制在 10 千瓦以下，大致相當於一個 Tesla Powerwall 家用電池的功耗。

這個數字聽起來一點也不「輕」。以太坊批評者 Justin Bons（Cyber Capital 創始人）稱其為「遠超 Solana 驗證節點的瘋狂硬體要求」，但這實際上混淆了兩個完全不同的角色。

來自以太坊基金會協議協調團隊的 Ladislaus 指出，證明者和驗證者有不同的職責，不應混淆。驗證者運行節點並參與共識，而證明者的任務是生成 ZK 證明。一旦交易的 ZK 證明正確生成，網絡只需要驗證證明是否正確，無需重新執行交易。

正因如此，Ladislaus 表示樂觀，「只要能找到一個滿足硬體要求的誠實證明者，以太坊就能繼續安全運行。我們刻意將門檻降低到數據中心以下。即使不是大型機構或數據中心，任何具有技術能力的個人開發者都可以在家運行證明者。」

目前，這個 10 萬美元的硬體配置只是一個初始目標。以太坊基金會研究員 Sophia Gold 預測，主流證明者將在今年 11 月阿根廷 Devconnect 開發者大會前達到標準。

Succinct 聯合創始人 Roy 預計，到明年初，GPU 需求可以降低到約 16 張顯卡，總成本將控制在 1 萬到 3 萬美元之間。

同時，Succinct 已在測試網上建立了一個由「數百個證明者」組成的去中心化網絡，總共生成了數百萬個證明。

這個系統的核心邏輯是競爭性證明，即所有證明者參與競標，每輪選出一個中標者執行 ZK 證明。目標是讓時間更短、成本更低的參與者獲勝，形成一種算力競標機制。

這意味著在以太坊由 ZK 驅動的未來，礦工精神將以另一種形式重現——只是他們的角色從計算區塊變成了計算證明。

03. 主網切換到 ZK 架構：高難度的系統遷移

將以太坊 L1 主網切換到零知識證明（ZK）架構是繼 2022 年從工作量證明（PoW）過渡到權益證明（PoS）之後的另一個幾乎同等級別的技術挑戰。整個過程不僅需要重構協議層，還需要仔細考慮各種潛在的邊緣場景和安全風險，以防止網絡中斷。

在 7 月的 EthProofs 會議上，研究員 Justin Drake 概述了幾個潛在風險。例如，惡意攻擊者可能在區塊中插入所謂的「證明者殺手」，使整個網絡的驗證機制失效。或者，網絡活動突然下降可能導致交易費不足以支付生成 ZK 證明的成本，影響網絡可持續性。

以太坊基金會協議協調團隊的 Ladislaus 表示，整個過渡過程可能需要數年時間，特別注重安全風險。ZK 虛擬機（zkVM）是一項仍處於早期階段的複雜技術，各種漏洞的可能性很高。然而，隨著生態系統的成熟，其在以太坊 L1 上的可行性和穩健性可以通過引入多樣化的證明系統（證明多樣性）、改進的激勵機制和形式化驗證逐步提高。

同時，以太坊還計劃從根本上重構其共識層，即建立一個名為「Beam Chain」的新結構。目標是從設計之初就對 ZK 進行優化和友好。Drake 甚至表示，未來整個以太坊數據驗證工作將能夠在普通筆記本電腦的 CPU 上完成。

04. 主網「Snark 化」：原生 Rollup 即將到來

當以太坊主網正在整合 zkEVM 時，另一個長期願景正在逐漸浮現：原生 Rollup。

當前的 Rollups（無論是樂觀型還是 ZK 型）都使用獨立的證明系統，其安全性依賴於自己的驗證者或排序器機制，它們與以太坊主網之間存在一定的信任假設。

「原生 Rollup」的願景完全不同——通過將 zkEVM 整合到主網，以太坊 L1 驗證者可以直接驗證 Rollup 的狀態轉換證明，從而實現真正由主網驗證和保障安全的 L2。

這需要向以太坊 L1 客戶端添加一個關鍵代碼「執行預編譯」，允許驗證者直接驗證 L2 生成的 ZK 狀態轉移證明。正如以太坊基金會的協議協調員 Ladislaus 所說，「L1 驗證者將消費這些 Rollups 的執行證明並驗證其正確性。」

換句話說，如果原生 Rollup 成為現實，那麼未來無論是發生在 L1 上的交易還是發生在原生 Rollup 上的交易，其最終結算和安全性都將由同一組以太坊驗證者保證，信任級別完全相同。

這意味著在原生 Rollup 上存入 1000 萬美元將與直接存入以太坊主網一樣安全。

Linea 項目負責人 Declan Fox 表示，他們的長期目標是成為一個原生 Rollup。他認為這是 ETH 2.0 分片解決方案的「升級版」——不再是僵硬地運行 64 個具有相同結構的分片鏈，而是以高度可編程和可定制的方式構建異構 Rollup 系統，以服務於不同場景和用戶需求。

與過去 ETH 2.0 的同質化分片架構不同，原生 Rollup 可以是異構的，為終端用戶提供更多樣化和差異化的應用體驗。

雖然原生 Rollup 尚未正式納入以太坊路線圖，但隨著 zkEVM 的正式啟動和 L1 架構的逐步重構，為其預設接口和預編譯邏輯已明顯成為一個可預見的技術趨勢。

Ladislaus 總結道，「以太坊在 Snark 化 EVM（即整合 ZK 證明能力）和推動原生 Rollups 之間具有高度的技術協同效應，因為兩者共享底層 ZK 技術堆棧。」當然，這個過程仍需要經過以太坊社區治理，形成 EIP（以太坊改進提案），並最終在硬分叉中部署。

如果一切順利且我們保持樂觀，相關 EIP 可能會在年底前提交，並在 Glamsterdam 升級後的分叉中啟動。

然而，這一時間表仍然高度不確定，需要謹慎看待。