Metis 技術奠定了未來發展的深厚基礎，且基於 zkMIPS 的 Hybrid Rollups 有助於解決 ZK-Rollup 相容性的問題。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。
（前情提要：zk-SNARKs 是什麼？IOSG：零知識證明如何實現不斷創新）
（背景補充：坎昆升級即將到來，Metis如何達到Layer2真正「去中心化」？）
4 月 10 日，A16z Crypto 釋出了零知識解決方案「Jolt」，以加速和簡化區塊鏈擴展套件操作。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建立基於 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週期的主線之一，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 到今年正式釋出，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專案之間的差異性，對 EVM 的相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，然而大量現有專案在早期又是基於 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 專案都天然面對著更相容 EVM 還是更相容 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 指令集來實現程式執行過程到 ZKP 的轉換，除了相容 EVM 外，可以相容其他的 VM，例如 MoveVM 和 RustVM，讓 ZK-Rollup 能夠面向更多元的開發者敞開大門。
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 提供堅實的相容性支援，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：負責接收和處理使用者交易，確定交易的最佳順序，並將其打包釋出到共識和資料可用性層。
- 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，然後將交易資料釋出到以太坊主網（L1）。這個過程需要 L1 進行最終的資料驗證和確認，從而確保安全性和一致性。
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：
- 使用者在 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 中的狀態根進行稽核，確保其準確無誤。
3. 零知識證明的生成和驗證：
- Prover 從 L1 讀取資料，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. 資料和狀態的最終確認：
- 透過智慧合約，一旦 ZK 證明被驗證通過，交易最終確定。
- L1 和 L2 之間通過智慧合約橋接，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。
- 可擴展套件性：利用遞迴證明，Hybrid Rollups 能夠處理大規模的交易而不犧牲效能，支援更廣泛的區塊鏈應用。
- 相容性和靈活性：支援多種智慧合約和程式語言，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 相容性
ZK 的核心思想是將程式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式執行的正確性，且不需要重複執行程式，其中的難點在於如何將任意的程式邏輯轉變成相對穩定的數學證明。
開發者通常使用高階語言來進行程式的開發，而不同的高階語言則使用不同的邏輯與硬體「對話」。
因此，現有的 ZK 專案的實現路徑通常互不相容。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，其準確地反應了 EVM，但帶來了巨大的工程量；
Polygon zkEVM 則建立了具有優化效能的自定義 VM，將 EVM 位元組碼直接轉換為 VM 的位元組碼，更高效地實現了操作碼級別的等效性，但大量自定義程式碼的引入可能在長期偏離 EVM；
zkSync 則建立了自己的 VM（SyncVM），並基於暫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 版本的位元組碼，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 級別的相容，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式；
StarkNet 則放棄 EVM 相容，直接使用自己的低階語言（Cairo）執行自定義智慧合約 VM（Cairo VM），來獲得極致的 ZK 效率。
相比於上述專案的解決方案，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，還降低了執行程式時的複雜性。
在 zkMIPS 系統中，這種指令集被用來實現程式到 ZK 證明的轉換。
zkMIPS 的實現過程如下：
- 程式到 MIPS 的轉換：首先，高階程式語言（如 Solidity 或 Rust）編寫的智慧合約或程式被編譯成 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
- 相容性：zkMIPS 不僅支援 EVM 相容的 Solidity，還能支援如 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。
- 遞迴證明：zkMIPS 支援遞迴證明，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套件性方面至關重要。
實際上，MIPS 的優勢已經被 Optimism 等專案整合。Optimism 的 Cannon 機制就是將執行過的程式轉換成 MIPS，從而方便執行過程被挑戰時更加簡單高效地查詢錯誤和重新執行。
Metis 也跟進了這一趨勢，將 Cannon 整合到其生態系統中，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資料，但也集中了極大的權力，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，這可能限制使用者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，確保資料的正確無誤。
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，增加了網路的魯棒性和安全性。
- 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，保護了使用者的交易自由。
- 穩定性和冗餘：系統支援 Sequencer 的平滑輪換，最小化了故障或中斷的影響，提高了整個網路的穩定性。
在 Metis 的去中心化 Sequencer 模型中，每個節點都由幾個關鍵元件組成：
- L2 Geth（包括 OP-Node）：負責交易排序和區塊組裝。
- 介面卡模組：作為與其他外部模組（主要是 PoS 節點）互動的中介。
- 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執行的 Tendermint PoS 節點，保證操作效率而不妨礙主網的程式。
透過這種設計，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，還藉由分散權力來增強了網路的安全性、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 解決相容性的問題，從來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，為使用者和開發者創造源源不斷的價值。
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