詳解 Metis 技術優勢，打開去中心化新篇章

作者：Biteye 核心貢獻者 Wilson Lee

編輯：Biteye 核心貢獻者 Crush

背景介紹

4 月 10 日，A16z Crypto 發布了零知識解決方案 Jolt，以加速和簡化區塊鏈擴展操作。

Jolt 集成了 SNARK（非互動式簡潔零知識證明），可以讓開發人員快速創建基於 SNARK 的 L2 解決方案。團隊還表示，Jolt 比目前的 zkVMs 快達 2 倍。

ZK 技術是加密行業貫穿周期的主線之一，ZK-Rollup 更是被 Vitalik 稱作以太坊擴容長期的解決方案。A16z 從去年 8 月推出 Jolt 到今年正式發布，表明了 ZK-Rollup 仍是長坡厚雪的賽道。

ZK-Rollup 已經有眾多玩家入局，已經形成了更加細分的技術類別來區分項目之間的差異性，對 EVM 的兼容性是最具代表性的分類標準。

EVM 由於歷史性的原因，存在大量的 ZK 不友好設計，然而大量現有項目在早期又是基於 EVM 構建的，且 ZK-Rollup 還被視作未來的擴容方案，因此絕大部分 ZK-Rollup 項目都天然面對著更兼容 EVM 還是更兼容 ZK 的權衡。

由 Metis DAO 孵化的 ZKM 則是從更底層的角度出發，提出了通用性的 zkMIPS 方案。

zkMIPS 透過使用更底層的 MIPS 指令集來實現程序執行過程到 ZKP 的轉換，除了兼容 EVM 外，可以兼容其他的 VM，例如 MoveVM 和 RustVM，讓 ZK-Rollup 能夠面向更多元的開發者敞開大門。

本文將為讀者深度解讀 Metis 在 ZK 和去中心化 Sequencer 上的努力與進展。

ZKM 與 Hybrid Rollups：OP 與 ZK 的調和

Metis 能夠在市場中取得亮眼表現，離不開其創新的 Hybrid Rollups 機制，即將欺詐證明和有效性證明相結合，從而兼具兩者的優點。

ZKM 的 zkMIPS 技術又為 Metis 的 Hybrid Rollups 提供堅實的兼容性支持，讓 Metis 實現 ZK 和 EVM 的有機融合。

Hybrid Rollups 的機制與優點

在 Hybrid Rollups 中，關鍵角色包括：

• Sequencer：負責接收和處理用戶交易，確定交易的最佳順序，並將其打包發布到共識和數據可用性層。

• Proposers：評估 Sequencer 提交的交易和狀態根，記錄到狀態承諾鏈（State Commitment Chain, SCC）中。

• Verifiers：驗證 Rollup 鏈上的狀態根，確保交易的正確性並防止欺詐行為。

在標準的 L2 解決方案中，Sequencer 收集並處理交易，然後將交易數據發布到以太坊主網（L1）。這個過程需要 L1 進行最終的數據驗證和確認，從而確保安全性和一致性。

來源

Hybrid Rollups 在處理和優化 L2 交易時採取了一種混合方法，具體步驟如下：

1. 交易的發起和處理：

• 用戶在 L2 發起交易。

• Sequencer 接收並處理這些交易，決定它們在規範交易鏈（Canonical Transaction Chain, CTC）中的順序。

2. 狀態提交和驗證：

• Proposers 評估交易後提交狀態根到 SCC。

• Verifiers 對 SCC 中的狀態根進行審核，確保其準確無誤。

3. 零知識證明的生成和驗證：

• Prover 從 L1 讀取數據，生成 ZK 證明，這一點是 Hybrid Rollups 的關鍵特性，允許系統在不洩露具體交易內容的情況下驗證交易的有效性。

• 一旦 ZK 證明生成，如果未按時提交，Verifier 會啟動欺詐證明流程，可能會對 Sequencer 進行懲罰。

4. 數據和狀態的最終確認：

• 通過智能合約，一旦 ZK 證明被驗證通過，交易最終確定。

• L1 和 L2 之間通過智能合約橋接，確保資金和狀態的安全轉移。

Hybrid Rollups 的設計提供了多個顯著優勢：

• 效率和成本效益：通過使用 ZK 證明，Hybrid Rollups 能夠在消耗更少的 gas 的同時，處理更多的交易。

• 增強的安全性：結合了傳統的欺詐證明和 ZK 證明，即使在遇到潛在的惡意行為時也能保障交易的安全和正確性。

• 可擴展性：利用遞歸證明，Hybrid Rollups 能夠處理大規模的交易而不犧牲性能，支持更廣泛的區塊鏈應用。

• 兼容性和靈活性：支持多種智能合約和編程語言，使得開發者能夠輕鬆地將現有應用遷移到 Hybrid Rollups 上。

zkMIPS 如何實現良好的 ZK 兼容性

ZK 的核心思想是將程序執行過程轉換成可以簡單驗證的數學證明，讓所有人都能夠輕易驗證程序執行的正確性，且不需要重複執行程序，其中的難點在於如何將任意的程序邏輯轉變成相對穩定的數學證明。

開發者通常使用高級語言來進行程序的開發，而不同的高級語言則使用不同的邏輯與硬體"對話"。

因此，現有的 ZK 項目的實現路徑通常互不兼容。Scroll 直接為 EVM 的每個操作碼編寫電路，實現了操作碼級別的等效，其準確地反映了 EVM，但帶來了巨大的工程量；

Polygon zkEVM 則創建了具有優化性能的自定義 VM，將 EVM 字節碼直接轉換為 VM 的字節碼，更高效地實現了操作碼級別的等效性，但大量自定義代碼的引入可能在長期偏離 EVM；

zkSync 則創建了自己的 VM (SyncVM)，並基於寄存器定義了自己的代數中間表示 (AIR)，然後構建了一個專門的編譯器來將 Yul（一種中間語言，可以編譯為不同 EVM 版本的字節碼，認為是較低級別的 Solidity）編譯成 LLVM-IR，然後將其編譯成自定義 VM 的指令，從而實現了 Solidity 級別的兼容，但其無法直接使用現有的以太坊工具，語言之間的轉換也可能需要重新審計程序；

StarkNet 則放棄 EVM 兼容，直接使用自己的低級語言 (Cairo) 運行自定義智能合約 VM (Cairo VM)，來獲得極致的 ZK 效率。

相比於上述項目的解決方案，ZKM 選擇了一條更具包容性的道路：zkMIPS。

MIPS，全稱為"Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages"，是一種設計簡潔的微處理器指令集，始於 1985 年。

MIPS 的基本原則是將複雜的微處理器指令簡化至最基本形式，這樣做不僅提高了處理速度，還降低了執行程序時的複雜性。

在 zkMIPS 系統中，這種指令集被用來實現程序到 ZK 證明的轉換。

zkMIPS 的實現過程如下：

• 程序到 MIPS 的轉換：首先，高級編程語言（如 Solidity 或 Rust）編寫的智能合約或程序被編譯成 MIPS 指令集。這一步是將較高級別的抽象轉換成可以在硬體級別執行的具體操作。

• 生成 ZK 證明：隨後，這些 MIPS 指令被用來生成對應的零知識證明。由於 MIPS 的簡化特性，這一步在計算上更為高效，可以更快地產生證明而不犧牲安全性。

zkMIPS 的優勢

• 兼容性：zkMIPS 不僅支持 EVM 兼容的 Solidity，還能支持如 Rust 和 Move 等其他主流開發語言。這使得 zkMIPS 能夠服務於更廣泛的區塊鏈開發生態系統，從而帶來更多的應用可能性。

• 成本效益：由於 MIPS 指令集的高效性，zkMIPS 在生成零知識證明時能顯著降低運算成本，增加了系統的整體可持續性。

• 遞歸證明：zkMIPS 支持遞歸證明，可以將多個證明聚合成一個更易管理的單元，這在提高系統可擴展性方面至關重要。

實際上，MIPS 的優勢已經被 Optimism 等項目集成。Optimism 的 Cannon 機制就是將執行過的程序轉換成 MIPS，從而方便執行過程被挑戰時更加簡單高效地查找錯誤和重新執行。

Metis 也跟進了這一趨勢，將 Cannon 集成到其生態系統中，這也進一步驗證了 zkMIPS 技術的實用性和效率。

去中心化 Sequencer：去中心化與可持續性

除了使用 Hybrid Rollups 來綜合 OP 和 ZK 的優點之外，Metis 還積極推進去中心化 Sequencer 的落地，為 Rollup 樹立去中心化的表率。

在傳統的 Rollup 模型中，單一的 Sequencer 雖然能有效處理交易和數據，但也集中了一定的權力，可能導致多種風險：

• 操作風險：如果 sequencer 發生故障或者遭受攻擊，整個系統的交易處理將會被阻斷。

• 審查風險：sequencer 有能力選擇性地處理或拒絕交易，這可能限制用戶訪問特定的去中心化金融（DeFi）協議或服務。

• 操縱風險：在交易排序中，sequencer 可能優先處理自身的交易，通過提高交易費用來獲取不正當利益，即最大可提取價值（MEV）。

為了解決上述問題，Metis 設計了一個去中心化的 Sequencer 池，該池由多個 Sequencer 節點組成，共同完成交易的聚合、排序和執行。這一設計確保了系統的公正性和透明度：

• 共識機制：超過三分之二的 Sequencer 節點必須就每個新區塊的狀態達成共識，之後才能將交易批次提交到以太坊主網（L1）。

• 多方計算（MPC）簽名：在交易批次提交到 L1 之前，通過 MPC 簽名驗證批次的真實性，確保數據的正確無誤。

去中心化 Sequencer 的優勢：

• 增強安全性：通過多個節點共同決策，降低了單點失敗的風險，增加了網絡的魯棒性和安全性。

• 降低審查和操縱的可能性：多個 Sequencer 的存在使得單一節點難以操縱或審查交易，保護了用戶的交易自由。

• 穩定性和冗餘：系統支持 Sequencer 的平滑輪換，最小化了故障或中斷的影響，提高了整個網絡的穩定性。

在 Metis 的去中心化 Sequencer 模型中，每個節點都由幾個關鍵組件組成：

• L2 Geth（包括 OP-Node）：負責交易排序和區塊組裝。

• 適配器模塊：作為與其他外部模塊（主要是 PoS 節點）交互的中介。

• 批次提交者（Proposer）：負責構建交易批次並在獲得多個 Sequencer 的認可後提交到 L1。

• PoS 節點：在以太坊、共識和 Metis 層之間進行協調，確保資產的安全鎖定並獎勵驗證者。

• 共識層：包含一組與以太坊主網並行運行的 Tendermint PoS 節點，保證操作效率而不妨礙主網的進程。

來源

通過這種設計，Metis 的去中心化 Sequencer 池不僅提高了交易處理的公正性和透明度，還通過分散權力來增強了網絡的安全性和穩定性，這些都是構建可信和可持續區塊鏈生態系統的關鍵要素。

總結與展望

Metis 在技術和理念上的優勢為未來的進一步發展打造了堅實的基礎。其基於 zkMIPS 的 Hybrid Rollups 有望能夠為 ZK-Rollup 解決兼容性的问题，從而帶來更多元的開發者生態；

對於去中心化 Sequencer 的推進則展現了團隊追求去中心化的願景。隨著 Metis 的生態不斷成熟，我們有理由相信 Metis 會在未來的 L2 競爭中成為持續奔跑的黑馬，為用戶和開發者創造源源不斷的價值。