OP Stack的进阶之路：OP Succinct解锁ZK Rollup潜力

作者：YBB Capital Researcher Ac-Core

TL;DR

• OP Succinct 提供的主要功能是将 ZKP 融入 OP Stack 的模块化架构中以完成将 OP Stack Rollup 转换为完全验证的 ZK Rollup；
• 如果以太坊未来扩展的终局是将每个Rollup都转化为ZK Rollup，OP Succinct的目的是结合 Rust 和 SP1 实现 OP Stack 的Type-1 zkEVM（完全以太坊等效）的部署；
• OP Succinct Proposer 主要完成了并行生成证明和证明聚合与验证；
• OP Stack现有系统依赖于 “7 天防欺诈窗口”，如产生争议会延期一周的交易验证，OP Succinct利用 ZK 证明来缩短交易完成所需的时间，消除了对扩展防欺诈窗口的需求；
• OP Succinct 可极大降低交易成本。

一、近期回顾：OP Mainnet近况以及OP Stack与OP Labs

图源：Blockscout

1.1 OP Mainnet 近期发展要点

据2024年3月30日消息，OP Labs在OP Sepoila测试网发布了“故障证明”，并于2024年6月11日正式在OP Mainnet发布故障证明，以此将去中心化推进至第一阶段，其允许从 OP Mainnet 提取 ETH 与 ERC-20 代币，在无需可信第三方情况下使用户能够质疑与删除无效提款（包括 Base、Metal、Mode 和 Zora）。

为确保用户资产的安全和信任，Optimism采用故障证明来提高链上交易的准确性和有效性并防止作恶，其原理包括：

• 数据可用性: 故障证明首先确保所有Layer-2上的数据都是可访问的，并且可以被Layer-1验证；
• 挑战期: 在一定的挑战期内，任何人都可以对Layer-2上的数据提出异议。

如果有人发现Layer-2的数据与Layer-1的数据不一致，他们可以提出挑战。证明提交: 如果存在异议，Layer-2运营商需要提交证明来反驳这些异议，证明其数据的正确性；最终确定性: 如果在挑战期内没有有效的异议，或者Layer-2运营商成功反驳了异议，交易就会被最终确定并被认为是有效的。

1.2.OP Stack与OP Labs的关联和区别

OP Labs 是开发 Optimism 解决方案的团队或组织，而 OP Stack 是一个用于构建和扩展以太坊二层网络的技术框架。可以将OP Labs 和 OP Stack 之间的关系理解为开发者与其开发工具的关系。

• OP Labs:

OP Labs 是 Optimism 项目的核心贡献者，负责开发和维护 Optimism 二层解决方案。它是一个团队或组织，专注于构建和改进与以太坊扩展相关的技术工具，如 Optimistic Rollups。OP Labs 的主要目标是通过二层扩展解决方案减轻以太坊主网的负载，降低交易成本并提高交易速度​。OP Labs 还与其他项目（如 Succinct Labs）合作，进一步推进以太坊扩展技术，如 OP Succinct，专注于零知识证明的优化​。

OP Labs 是开发和维护 Optimism 网络的主要团队或组织。他们的目标是构建一个扩展以太坊的高效解决方案，专注于降低交易费用并提高交易速度。他们不仅负责 Optimistic Rollups 的开发，还积极推动与零知识证明相关的新技术，例如与 Succinct Labs 合作的 OP Succinc。

• OP Stack:

OP Stack 是一个模块化的架构或技术堆栈，用于构建和扩展以太坊二层网络。它由多个可定制的组件组成，这些组件允许开发者根据具体需求构建自己的二层链（Layer 2 Chain）。它提供了一种标准化的方式，使开发者可以快速搭建符合特定条件的二层扩展网络。

OP Stack 则是 OP Labs 开发的一套模块化框架。这套框架提供了构建二层网络的基础架构，开发者可以利用 OP Stack 快速搭建不同的扩展网络。由于 OP Stack 的模块化设计，它允许用户灵活选择不同的验证机制（如 Optimistic Rollups 或 ZK Rollups），从而满足不同项目的需求。

OP Labs 可理解为 OP Stack 的开发者，OP Stack 是 OP Labs 提供的技术工具，用于帮助开发者构建和扩展以太坊的二层网络。

**在了解OP Succinct前需补充了解每个OP stack的四个主要组件：**1. op-geth：从用户那里获取交易，并用这些交易生成区块和执行区块；2. op-batcher：将用户的交易进行批处理，并提交到 L1；3. op-node：从 L1 读取批处理数据，并在非排序器模式下驱动 op-geth 进行状态转换；4. op-proposer：定期向 L1 发布输出根，以捕获 L2 状态，从而便于处理提款。

二、Succinct Labs与OP Labs携手将 ZK 元素注入OP Stack

图源：Succinct博客

2.1 OP Succinct 架构组成

结合上文1.2章节末尾内容“OP Stack的四个主要组成部分”，OP Succinct 是 OP Stack 的轻量级升级，允许链只使用经 ZK 验证的区块，而保持其他三个组件不变（op-geth、op-batcher和op-node），OP Succinct主要由以下四个组成：

• 范围程序（Range Program）：这是一个执行批次区块的程序，该程序由 Rust 编写，设计用于在 zkVM 中执行；
• 聚合程序（Aggregation Program.）：聚合范围程序的证明，以降低链上验证成本， 该程序也是用 Rust 编写的，设计用于在 zkVM 中执行；
• OP Succinct L2 Output Oracle.：一个包含 L2 状态输出数组的 Solidity 智能合约，其中每个输出都是对 L2 链状态的提交。 该合约已存在于 Optimism 的原始系统中，但经过修改将验证证明作为身份验证机制；
• OP Succinct Proposer：观察 L1 上发布的交易批次，并控制范围程序和聚合程序的证明。

2.2 OP Succinct 讲述了一个怎样的以太坊扩容叙事？

zkEVM Rollup因深厚的密码学专业知识阻碍非常难以构建，OP Labs团队构建模块化的OP Stack时已考虑到支持各种有效性机制的证明，并开源开发了Kona（见扩展链接1）以通过 Rust 来实现 OP Stack Rollup 下的状态转换函数STF（交易状态转换的函数逻辑），并最终借助Kona 和 SP1程序来生成OP Stack的零知识证明（ZKP)，即理论上可将OP Stack的所有链升级并可使用ZKP。

SP1(Succinct Processor 1)的目标是使任何开发者都能无缝地使用标准 Rust 代码集成 Type-1 zkEVM rollup ，并通过OP Succinct 完成仅在 1 小时内无缝将任何现有的 OP Stack 链升级为 Type-1 zkEVM rollup，并提供应用所需的高性能。以此获得以下优势：

• ZKP的快速确认：让证明延迟缩短至几十分钟， 以“替换”长达7天的欺诈证明质疑期；
• 降本增效：每笔交易平均成本低至几分钱；
• 将OP Stack切换至ZK：只需部署一个智能合约并启动一个轻量级的 OP Succinct 提议服务（见下文）即可通过 API 调用生成证明（包括批处理器/排序器、op-node、索引器等内容）；
• Type-1 zkEVM：所有与 OP Stack Rollup 兼容的工具和智能合约都适用 OP Succinct Rollup；
• 提升可扩展性：采用可定制的 OP Succinct rollup，可添加新的预编译并修改Rollup逻辑。

据官方GitHub介绍其过程只需安装Rust、Foundry和Docker，即可将现有任何的 OP Stack rollup 升级到 Type-1 zkEVM rollup，并且流程仅简化为两步：1.部署 ZK L2OutputOracle.sol 合约；2.启动 OP Succinct 提议服务（流程见GitHub扩展链接2）。

将OP Stack Rollup升级为ZK证明，图源：Succinct博客

2.3 使用 SP1 Reth 构建Type-1 zkEVM

Succinct 认为EVM Rollup未来是用Rust语言来编写的可维护的zkEVM，目前 OP Rollup 主要面临三个问题：过长的 7 天欺诈证明窗口、复杂的互操作性，以及在某些情况下依赖多组数据而非欺诈证明的机制。此外，创建 zkEVM 是一个需要较长周期的过程，因此开发了 SP1 来解决这些问题。

SP1是一个高性能100%开源且完全开源定制的zkVM，可验证任意的Rust(或LVM 编译语言)程序的执行，据公开数据，OP Succinct Stack已在OP Mainnet、OP Sepolia和 Base 链上成功运行，并在以太坊交易中实现了 0.01-0.02 美元的证明成本（见扩展链接3）。并希望在未来将所有区块链基础设施（包括Rollup、桥接器、协处理器等）都通过 Rust（或其他 LLVM 编译的语言）来编写并利用 ZKP。

据Succinct博客和开源GitHub内容总结归纳，SP1 与其他 zkVM 之间的性能差异主要由几个关键因素造成：

1. 以预编译为中心的架构：SP1 支持灵活的预编译系统，能够显著加速多种操作（如 secp256k1 和 ed25519 签名验证、sha256 和 keccak256 哈希函数），使得许多程序的 RISC-V 周期数减少 5-10 倍。其设计目标是提供与 ZK 电路相媲美的性能，同时保持 zkVM 的灵活性和良好的开发者体验；
2. 完全开源：SP1 是 100% 开源的，允许团队如 Argument 和 Scroll 实施自定义预编译，显著减少周期计数并加快证明生成时间；
3. 行业标准：自推出以来，zkVM 内部预编译的理念已成为行业标准，融入 RISC0、Valida、Nexus 和 Jolt 等项目中。SP1 是唯一的生产就绪型 zkVM，广泛支持重要加密操作的预编译；
4. 高效内存读写：SP1 采用创新的内存证明方法，使用单一挑战实现多个证明的一致内存，避免了梅克尔化内存带来的开销；
5. 基本效率优化：采用更低的炸毁因子和新一代查找参数（如基于对数导数的 LogUp），以及 Plonky3 中的 FRI 变体，提高了跟踪区域的利用效率。

图源：Succinct博客，见扩展链接4附录说明

三、OP Succinct能否成为OP Stack对抗ZK Stack的杀手锏？

图源作者：@jtguibas

如果以太坊的扩展方案短期看OP长期看ZK，在我们假设OP Succinct能够成功的前提下它将被视为以太坊发展路线的一个重要里程碑。OP Succinct 为 ETH Rollups 从乐观验证转换为零知识证明提供了可升级路径，这不仅降低了交易成本，更提高了交易速度，还保留了 ZK rollups 安全性和匿名性的属性，为将来应用层的爆发带来了新的可能性。

在公认的Layer2四大天王中，现阶段从项目生态发展看来OP Stack已略优于ZK Stack，未来马太效应可能会进一步显现，随着OP Succinct的加入，一定程度上也虹吸了ZK Stack的流量和潜力，如果OP Succinct未来能得以实现，也可能会对传统的zkEVM的Rollup造成一定冲击。

但据现阶段公开表述的内容，我们从OP Succinct的运行逻辑中不难发现，如何确保开发者在修改STF函数或添加新的预编译函数时及时发现未知漏洞所引发的系统性风险，这需要我们保持长期关注。

扩展链接：

（1）

（2）

（3）

（4）