Kroma於2023年9月推出，是Optimism超級鏈的L2區塊鏈，正在更新到ZK故障證明系統以提升安全性。 Kroma採用基於零知識證明的設計，相比Optimism的結構更具成本效益。其ZK故障證明系統透過區塊級驗證提高了效率，減少了執行成本。未來計畫從zkEVM過渡到zkDerivation，進一步提升安全性和審計效率。此外，Kroma致力於為使用者提供友善的Web3體驗，並獲得Optimism認可，參與Retro PGF第5輪。
介紹
Kroma 於2023 年9 月推出，是一個L2區塊鏈，也是Optimism 超級鏈的成員。目前正準備透過更新至ZK 故障證明系統來增強其安全性。本文檔旨在解釋本次更新的技術概念和實作細節。
Optimism 使用PreimageOracle 和Dispute Game 機制設計其挑戰協議，而Kroma 採用了基於零知識證明的設計。與Optimism 的結構相比，這種方法更具成本效益，因為Optimism 需要將所有原像資料儲存在L1 EVM 上。利用這項技術優勢，Kroma 最近在Optimism 的Retro PGF 第5 輪獲得認可。
背景：Optimism 的L2 鏈推導
Optimism 的L2 鏈衍生（Derivation）是指根據L1 上儲存的L2 交易重構並執行L2 區塊的過程。下圖直觀地展示了使用L1、L2和Beacon的可信RPC進行派生的過程。
圖1. Optimism 的L2 鏈推導
對於給定的L2塊Bi，執行下列步驟：
驗證Bi 的第一個交易（L1 屬性Tx）中L1Origin 區塊的雜湊值。 從L1Origin 區塊中提取L1 屬性Tx 和使用者儲存的Tx。 重複以下邏輯，識別包含Bi 交易的大量區塊：
一個。增量推進L1Origin 區塊。
b.如果找到Sequencer 交易，則提取該交易收集完所有交易後，執行Bi。
在連接的RPC 無法完全信任的場景或ZK 證明方案等不信任系統中，需要額外的驗證邏輯來確保資料的完整性和一致性。例如，需要驗證使用L1Origin 雜湊檢索的區塊的雜湊是否與L1Origin 雜湊本身相符。此外，必須檢查Oi+1 的父雜湊以確認其與Oi 的雜湊匹配。這些措施保證了系統內資料的可靠性和正確性。
背景：樂觀主義的錯誤爭論遊戲
Optimism 是以太坊(L1) L2區塊鏈，透過讓單一排序器確定要包含在區塊中的交易，然後將其傳輸到L1 來完成交易。樂觀節點透過圖1 所示的衍生過程一致地檢索L2區塊鏈交易。驗證者不斷執行由最終交易組成的區塊，並每1800 個區塊將執行結果提交給L1。如果驗證者提交了不正確的執行結果，挑戰協議（稱為故障爭議遊戲）可以糾正它們，但如果7 天內沒有挑戰，則執行結果被視為有效。
故障爭議遊戲利用編譯到MIPS 架構中的Derivation 程式。驗證者和挑戰者識別產生不同狀態的第一條MIPS 指令，然後在L1 MIPS 合約上計算該指令，以確定驗證者或挑戰者是否提供了不正確的執行結果。由於Derivation 流程需要L1、L2 和Beacon 資料（Preimages）等外部數據，因此這些資料必須預先儲存在PreimageOracle 合約中。
Kroma 的ZK 故障證明系統
Kroma 目前遵循與Optimism 相同的區塊生成流程，同時引入了改進的質疑協議，即ZK 故障證明系統。驗證者和挑戰者比較每個區塊的執行結果，找出第一個結果不一致的區塊。然後，挑戰者向挑戰合約（名為Colosseum）提交一個zkEVM 證明，以證明已識別區塊的執行情況。如果證明被驗證，則最終證明Validator的執行結果是錯誤的。
與故障糾紛遊戲相比，ZK 故障證明系統更具成本效益。在Bisection 過程中，識別第一個分歧點是在故障爭議遊戲的指令層級進行的，而在ZK 故障證明系統中，是在區塊層級進行的。雖然MIPS 指令的執行在鏈上執行是有成本的，但在鏈上執行整個區塊的成本要高得多。 ZK 故障證明系統透過以zk 證明提交代替區塊執行來簡化此過程，從而降低二分過程的複雜性。因此，ZK 故障證明系統中的搜尋範圍至少小了10,000 倍，從而降低了在Bisection 過程的每一步向L1 上的挑戰合約提交執行結果的Gas 成本。
在故障糾紛賽局中，鏈上執行的MIPS 指令需要將外部資料（稱為Preimage）預先儲存到L1 上的PreimageOracle，這會產生巨大的成本。相比之下，ZK 故障證明系統在鏈下執行區塊並僅提交zkEVM 證明來驗證執行情況。在這個過程中，原像被隱藏為見證人，不需要直接提交給L1，從而節省了大量成本。
先進的證明體系
為了增強Kroma 現有的ZK 故障證明系統，計劃對證明方案進行兩次更新。首先，為了提高安全性，將實現從zkEVM 到zkDerivation 的過渡。其次，為了提高專案管理和稽核的效率，計劃從Halo2 轉向SP1 zkVM。
更新：擴展到zkDerivation
zkEVM 是一個以給定交易作為輸入並證明其EVM 執行的正確性的系統。對此進行擴展，zkDerivation 合併了額外的邏輯來驗證交易是否由Sequencer 提交，從而證明Optimism 的Derivation 流程的準確執行。為了增強安全性，ZK 故障證明系統正在從zkEVM 更新為zkDerivation。
zk推導
惡意證明者可以任意操縱圖1 中的Ot 區塊來更改Bi 中的交易。出現此漏洞的原因是Ot 的完整性未經驗證，該Ot 連結到包含Bi 交易來源的Blob。下圖說明了增強的推導過程。
圖2. zkDerivation 的推導過程
對於給定的L2塊Bi，執行下列步驟：
執行推導過程，如圖1 所示。 將L1Origin前進到指定的C塊。 發出區塊C 的雜湊值作為公共輸入。
ZK 證明方案允許選擇性地公開資料作為公共輸入或私人見證。在zkDerivation 中，Ot 的區塊雜湊或Ot 之後的任意L1 區塊C 應作為公共輸入發出。派生過程中使用的所有資料都透過哈希鏈以加密貨幣方式鏈接，確保基於發出的L1 區塊哈希的資料完整性。
當在L1 上建立挑戰時，將儲存對應區塊的雜湊值。如果衍生程序將區塊C指定為哈希值與挑戰合約中儲存的雜湊值相符的區塊，則可以在鏈上驗證衍生程序使用的所有資料的完整性。
更新：移至zkVM
Kroma ZK 故障證明系統中使用的基於Halo2 的證明方案需要開發複雜的客製化電路（約束）。由於實現通用程序和電路的方法不同，實現與通用程序相同邏輯的電路在直觀上不相關，導致巨大的審計成本。此外，將以太坊和Optimism 的所有更新應用到基於Halo2 的zkEVM 以實現相容性被認為是低效的。
zkVM（零知識虛擬機）是一種虛擬機，它執行使用標準程式語言和函式庫編寫的客戶程序，並產生其執行的零知識證明。它不需要設計複雜的客製化電路來產生執行證明，從而能夠更快地實現ZK 應用程序，同時還降低了審計成本。
Succinct 已完成v3.0.0 SP1 zkVM 的審核，並提供穩定的Network Prover 服務。此外，SP1 團隊透過提供與EVM 和Derivation 相關的訪客程式產生SP1 zkVM 證明的範例，展示了使用者友善性。基於這些優勢，Kroma 正在將其ZK 故障證明系統的證明方案從Halo2 過渡到SP1 zkVM。
Kroma 賓客計劃
Kroma 的訪客程式是基於Kona 實現的，它結合了圖2 中描述的派生過程。派生過程所需的所有資料都被隱藏為見證人，從而消除了與故障爭議遊戲中所需的設定PreimageOracle 相關的成本。訪客程式旨在僅公開ZK 故障證明系統所需的公共輸入：Bi-1 和Bi 處的OutputRoots，以及L1 區塊C 的雜湊值。
Kroma 主機計劃
由於zkVM 在隔離環境中運行，因此它無法存取外部數據，例如透過RPC。然而，Kona 的Derivation 程式依賴外部RPC，要求它適合在zkVM 內執行。為了解決這個問題，主機程式首先在本機執行Kona 以收集所有必要的外部資料。然後，在zkVM 內的第二次執行期間，收集的資料將作為輸入提供。 zkVM 執行完成後，主機程式會檢索SP1 zkVM 證明以及訪客程式所公開的公共輸入。然後將證明提交給驗證者合約進行驗證。
概括
Kroma 的ZK 故障證明系統無需設定PreimageOracle，並簡化了驗證者和挑戰者之間的平分流程，與Optimism 的故障爭議遊戲相比，執行成本更低。這種效率得到了Optimism 的認可，為Kroma 在Retro PGF Round 5 中獲獎，並有望被採納為Optimism 的多類型故障證明系統之一。此外，Kroma 正在積極準備向zkRollup 過渡，將L2 區塊有效性證明引入其故障證明系統。此更新增強了Kroma ZK 故障證明系統的安全性，簡化了審核並降低了潛在錯誤的風險。
關於科羅馬
Kroma 是對使用者和建構者最友善的Layer 2，旨在為大眾帶來遊戲化的Web3 體驗。 Kroma 建立在超級鏈的基礎上，透過推出第一個具有ZK 故障證明的無許可驗證器網路並提供第一個原生代幣質押服務，將自己確立為技術先進的第2 層解決方案。
Kroma 還維護一個名為Tachyon 的超快ZK 後端庫，它以最小的更改簡化了證明生成，其性能優於其他當前解決方案。
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zkEVM 到zkVM：增強安全性和可審計性最初發佈在Kroma 的Medium 上，人們透過突出顯示和回應這個故事來繼續對話。
資訊來源：由0x資訊編譯自BITCOININSIDER。版權歸作者Anonymous所有，未經許可，不得轉載
0X簡體中文版：從zkEVM 到zkVM 提升安全性與可審計性
