来源：Scrollh中文社区
近日，Scroll的联合创始人张烨受邀参加了斯坦佛的区块链研讨会，分享了Scroll的架构设计和挑战。在演讲的前半部分，介绍了Scroll的整体架构，并重点介绍其一些特殊的设计选择。
在后半部分，描述如何了从头开始构建zkEVM，并使用具体示例来演示该过程。最后，简要讨论了Scroll在密码学和协议设计领域面临的各种研究挑战。
背景和初衷
Scroll是以太坊的Layer2扩容解决方案。为了最大限度地兼容以太坊，Scroll正在构建一个字节码层面兼容的“zkEVM”，它可以证明EVM计算的有效性。Scroll设计的初衷就是为了开发者友好和最大化的可组合性。而构建zkEVM的挑战在于构建难度和生成零知识证明的成本极高。幸好近些年的一些技术突破使其慢慢变得可行，例如多项式承诺可以证明任意阶数，查找表可以实现存储读取约束，硬件加速可以加速证明生成，递归证明可以将证明进一步压缩，降低费用成本。
Scroll推出Contribute to Scroll计划，鼓励开放协作:7月14日消息，Layer2解决方案Scroll宣布推出Contribute to Scroll计划，鼓励开放协作并允许任何人在新引入的开源存储库中为Scroll做出贡献。该计划最初是一项实验性的Skunkworks计划。[2023/7/14 10:54:21]
具体细节亦可参考Scroll博客系列#1：以太坊原生zkEVMRollup介绍
Scroll架构
Scroll节点是应用和用户与Scroll交互的主要途径。它由三个模块组成，排序器(Sequencer)、协调器(Coordinator)和中继器(Relayer)。
排序器提供JSON-RPC接口并接收L2交易。每隔几秒钟，它就会从L2的内存池中取回一批交易并执行它们，以生成新的L2块和新的状态根。Scroll的排序器实现基于Go-Ethereum(Geth)，是最主流的以太坊节点实现之一。通过分叉Geth，我们可以实现最佳的兼容性并继承已经经过时间考验的安全性。
跨Rollup订单簿DEX Zada Finance宣布上线Scroll测试网:4月4日消息，据官方推特，Zada Finance宣布上线Scroll测试网。ZadaFinance是基于Scroll构建的跨Rollup订单簿DEX，支持账户抽象钱包。并且是Scroll上第一个原生的开源跨RollupDEX。目前，Zada Finance还在Alpha阶段，未来将推出Dashboard，与Orbiter的SDK集成，实现cross-Rollup的聚合交易。[2023/4/5 13:44:58]
一旦生成了一个新的块，协调器就会收到通知，并从排序器接收这个块的执行踪迹。然后它将执行踪迹分派给从Roller池中随机选择的Roller以生成证明。
中继器监视同时部署在以太坊和Scroll上的Rollup和Bridge合约。它有两个主要职责。首先，它监控Rollup合约以跟踪L2块的状态，包括它们的数据可用性和有效性证明。其次，它监视同时部署在以太坊和Scroll上的Bridge合约的存款和取款事件，并将消息从一层中继到另一层。
NEAR发布JavaScript SDK，将面向更多传统开发者:8月9日消息，NEAR近日在区块链未来主义者大会的官方黑客马拉松ETH Toronto上推出JavaScript软件开发工具包(JSSDK)。JavaScript目前为世界上最流行的编码语言，传统开发人员可加入web3，快速构建快速、可扩展和用户友好的去中心化应用程序。
据了解，Rust和Solidity是第1层区块链最突出的编程语言，全球使用这些语言的开发人员不到250万。JS可以在每个浏览器中运行，简单易学，不需要编译器设置，并且预加载了RegExp、Math和Array等工具库。[2022/8/9 12:11:02]
每个L2区块将经过如下三个阶段，直到最终确认。
Pre-committed表示一个区块已经被一个排序器提议并发送给Rollers。虽然Precommitted区块还不是ScrollL2上的正式部分，因为它们还没有发布在以太坊基础层上，不过信任排序器的用户可以按预期进行下一步操作。目前预估Pre-commited阶段只需1-2秒。
两笔共10亿枚XRP从Ripple?Escrow钱包解锁 价值约5.75亿美元:Whale Alert数据显示，北京时间4月1日08:00，两笔共10亿枚XRP从Ripple?Escrow钱包解锁，价值约5.75亿美元，交易哈希分别为1DD977A33E00022C7588E8DC2C5DD41B5B45EEE98F448CBD389052BBEEE007F6和D6B3159EEDCE5E391CE9EF81E0DA7A03D4494789BA49E74A0D9CC4F79DD6B5A6。注：按照惯例，Ripple 会在每个月的第一天解锁10亿枚XRP。但这些资金中的大部分通常会在同一天的晚些时候重新锁定在托管钱包中。[2021/4/1 19:35:16]
Committed表示该区块的交易数据已经发布在以太坊的Rollup合约上。这确保了区块数据可用，但不能证明它是正确执行的。目前预估Committed阶段需要数分钟。
SCRY加拿大，法国，美国，中国开发组完成独立底层双链测试:2018年3月1日，SCRY DDD项目方最新项目进度报告，SCRY加拿大，法国，美国，中国开发组完成独立底层双链测试，每一秒1800TPS,并拥有自己独立的系统钱包。完全支持已发行白皮书的SCRY协议层上业务系统搭建。[2018/3/1]
Finalized表示通过验证以太坊链上的有效性证明，已经验证此区块中的交易正确性。经过最终确认的区块被认为是ScrollL2链上的正式部分。目前预估Finalized阶段需要10分钟以上
Pre-Alpha测试网阶段由于证明者的算力不足，因此整体流程的时间要大于所预估的时间。
具体细节亦可参考Scroll博客系列#6：Scroll的架构概览
zkEVM的本质
zkEVM的本质是对EVM虚拟机计算生成的执行踪迹生成证明。Scroll的zkEVM中设计中，第一层包括直接证明EVM的逻辑，包括EVM电路，RAM电路，Storage电路及其他电路，例如验证ECDSA签名的Signature电路；第二层进行证明第一层证明的聚合证明。出于动态的执行踪迹的考虑，证明系统的前端部分Scroll采用了目前最新的Plonkish协议，对比标准的Plonk用Permutation关联前后的约束，Plonkish使用了更低阶的Customgate，可以灵活得设定每一步的约束。在硬件加速方面，Scroll拥有独有的PipeZK加速方案。对于第一层的EVM电路，加速后的GPU可以提升9倍速度，在30秒内完成证明。对于第二层的聚合电路，加速后的GPU可以提升15倍速度，在约2分半内完成证明。由于Pre-Alpha测试网目前只有10个左右的证明者，实际速度可能会略慢于实验数据。具体细节亦可参考ScrollDevcon6系列#1：zk-Rollups的证明系统选择
有趣的研究方向
当前，Scroll的研究团队在协议层和密码学方向也在进行着有趣的研究探索。
研究的第一个方向，是证明者和排序器的去中心化。Scroll所提出的第一个方案是排序器和证明者的任务交给一个节点，同时处理交易和生成证明，代价是可能会加重节点负担，产生一定程度的中心化。第二个方案，排序器节点按共识出块，证明者节点可以自由提交证明，代价是系统将依赖最快的验证人，其他算力不足的证明者将没有激励进一步提交证明，退出系统，证明系统将被最快的验证者所绑架。针对第二个方案，Scroll所提出的解决方案是设置时间窗口，在规定时间内提交证明的即可获得证明奖励。
研究的第二个方向，是L3存在的意义。L3最早由StarkNet所提出，但存在争议的点在于，如果数据可用性放在L1上，并不能节省太多的成本，如果数据可用性不放在L1上，大可以在L2实现类似的功能。L3更可能适用于应用的自定义需求，例如独有的排序器，自定义的执行环境，或是更低价的存取款费用，亦或是L3之间所需的可组合性。关于L3的更多探讨，可参考Vitalik:什么样的Layer3是有意义的？
研究的第三个方向，是L2层之间的流动性分配。例如Uniswap可能需要在不同的L2层上都分别部署流动性池。如何将不同的L2层之间的流动性池打通，对于用户体验上来说将会是极大的提升。
研究的第四个方向，是zkEVM的资源定价问题。计算的成本主要由验证和证明交易组成，存储的成本主要是历史交易和calldata的数据存储。最理想的状态是维持现在以太坊主网的资源定价方案，但是由于Keccak等zk不友好的运算所带来的成本增加，仍然需要对zkEVM的资源定价方案做相应的调整。
其他的研究方向包括，零知识证明中电路的随机性，算数化。Scroll的证明系统分为两层，因此证明者的硬件加速算法也围绕两层设计展开。Scroll目前在第一层和第二层证明系统都选择了Halo2协议，但也在积极探索不同证明系统间的可组合性。
当然目前zk系统仍在开发中，也未经过审计和实践检验，因此在可预见的长期时间内，无法保证这些代码无懈可击，代码层面仍需要大量的审计工作。具体可参考ScrollRollupDay#1:Vitalik介绍用多重证明强化Rollup安全性
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