ZK Rollup

ZK Rollup 通过生成零知识证明来确保所有提交的交易都是有效的。生成零知识证明的过程涉及复杂的密码学运算，通常使用的是 zk-SNARK（零知识简洁非互动知识论证）或 zk-STARK（零知识可扩展透明知识论证）。以下是 ZK Rollup 生成证明的详细过程。

零知识证明的基本概念

• 零知识证明：证明者能够向验证者证明某个陈述为真，而不泄露任何关于证明过程的信息。
• zk-SNARK：一种零知识证明系统，生成简洁且高效的证明。
• zk-STARK：一种透明且可扩展的零知识证明系统，不依赖可信设置。

生成零知识证明的步骤

1. 交易收集和打包：
   • Rollup 操作员收集用户提交的交易，将其打包成一个批次。
2. 计算状态转移：
   • 操作员在链下执行所有交易，计算初始状态和最终状态之间的状态转移。记录所有账户的状态变化。
3. 构建电路：
   • 使用算术电路或布尔电路描述状态转移逻辑。电路描述了如何从初始状态通过交易到达最终状态。
   • 电路中包括交易的有效性检查、余额更新、签名验证等逻辑。
4. 生成证明（Prover）：
   • 证明者（Prover）使用初始状态、交易数据和最终状态作为输入，通过预定义的电路生成一个零知识证明。
   • 证明过程确保所有交易都是有效的，并且状态转移是正确的。
   • 生成的证明非常简洁，通常只有几百字节。
5. 提交证明和数据：
   • 证明者将零知识证明和交易数据的压缩形式（如交易根哈希、账户状态根哈希）提交到以太坊主链。
   • 这些数据包括批次的状态根哈希和交易数据的压缩形式，用于在主链上验证。
6. 验证证明（Verifier）：
   • 验证者（Verifier）在以太坊主链上使用零知识证明验证程序，快速验证提交的证明。
   • 由于证明非常简洁且验证过程高效，这一步可以在以太坊主链上快速完成。
   • 验证通过后，主链更新 Rollup 链的状态。

ZK Rollup 生成证明的关键技术

zk-SNARK

1. 可信设置：zk-SNARK 需要一次性可信设置，生成公共参数（public parameters）。

2. 生成和验证：

   • Prover：使用公共参数生成证明。
   • Verifier：使用公共参数验证证明。

zk-STARK

1. 透明性：zk-STARK 不依赖可信设置，使用公开的随机性来生成公共参数。
2. 可扩展性：能够处理更大规模的数据，适合大规模应用。

示例代码和工具

生成零知识证明通常需要使用专门的库和工具，如：

• libsnark：用于 zk-SNARK 的 C++ 库。
• ZoKrates：基于 zk-SNARK 的工具链，用于生成和验证零知识证明。
• Cairo 和 StarkNet：用于 zk-STARK 的框架和工具。

以下是使用 ZoKrates 的示例：

1. 定义电路（file.zok）：

   def main(private field a, private field b) -> (field):
       field result = a * b
       return result
   

2. 编译电路：

   zokrates compile -i file.zok
   

3. 生成可信设置：

   zokrates setup
   

4. 计算和生成证明：

   zokrates compute-witness -a 3 4
   zokrates generate-proof
   

5. 验证证明：

   zokrates export-verifier
   zokrates verify
   

总结

ZK Rollup 通过零知识证明技术（zk-SNARK 或 zk-STARK），将大量交易的有效性压缩到一个简洁的证明中提交到以太坊主链上，从而实现高效的交易验证和状态更新。这一过程涉及交易收集、状态计算、构建电路、生成和验证证明等多个步骤，利用复杂的密码学技术确保交易的安全性和有效性。

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