SYNC:深入了解zkSync 2.0架構、核心基礎設施_zksync幣圖標

原文作者：水多多|zkSync

我可以把你比作夏日嗎？

你的可擴展性和安全性更高。

狂風確實震撼了五月親愛的心靈，

夏天的租約日期太短了。

——中本聰莎士比亞，2021

面對最大的技術挑戰，我們開始在與 EVM 兼容的環境中部署智能合約。測試網的第一個版本已經上線：您已經可以使用區塊瀏覽器查看 zkSync 2.0 上的活動。在這篇文章中，我們將深入解釋每個關鍵組件、提供進度更新以及下一個版本的計劃。

在密碼學方面，zk EVM 的指令集已經完成，兩種實現都完成了：在電路中和在執行環境中。

在編譯器方面，用 Solidity 和 Zinc 編寫的智能合約現在可以編譯成 zkEVM 字節碼。

在核心基礎設施方面，全節點集成已完成，能夠成功部署和執行已編譯的智能合約。

雖然 zk EVM 和核心 2.0 基礎設施已準備好公開，但編譯器需要做更多工作才能正確覆蓋所有邊緣情況。為了提供更全面的開發者體驗，我們決定在編譯器 100% 可靠后立即開放對 zkEVM、編譯器和核心 SDK 的訪問。

大多數東西看起來和感覺都是一樣的。以下是一些重要的區別：

支持以太坊中的大多數操作碼！但是，也有一些例外：

此版本不支持 ADDMOD、SMOD、MULMOD、EXP 和 CREATE2 操作碼，但將來會支持。

江蘇銀行年報：將對區塊鏈等技術持續深入研究:4月20日消息，日前，江蘇銀行年報指出，江蘇銀行將不斷優化IT治理體系，加快重大創新項目建設，對5G、區塊鏈、人工智能等技術持續深入研究，在互聯網貸款、智能投顧、線上票據貼現、線上動產質押、跨境業務等領域落地的產品擴面成勢。（經濟參考網）[2020/4/20]

我們暫時不支持 KECCAK256 操作碼，而是自動將其所有調用替換為調用另一個抗沖突哈希函數。KECCAK256 稍后將作為預編譯器引入。

我們決定不包含 SELFDESTRUCT 操作碼，因為以太坊計劃將其刪除。

我們可能會刪除對完整 256 位 XOR/AND/OR 操作碼的支持，因為這些操作碼僅存在于已編譯的用于位掩碼的可靠代碼中。這可以由編譯器使用其他操作碼來完成。

在 zkSync 2.0 中，有一個不同的 gas 概念。交易價格將根據當前的 L1 gas 價格（由于發布調用數據）和 ZKP 生成成本而波動。智能合約調用將具有最大數量的 zk EVM 步驟和存儲寫入參數。

下一個版本將包括我們的 Web3 API 實現，它將與以太坊文檔定義的 Web3 標準兼容。事件將開箱即用，所有服務都可以輕松集成。

zkSync 包括 L1 沒有的功能，例如提交和最終塊的概念。因此，將會有額外的方法讓開發人員更精確地控制數據。Web3 客戶端代碼將接收與您在以太坊上相同的數據，但可以使用「zksync_」命名空間請求專門的信息。

動態 | 《加快推進上海金融科技中心建設實施方案》：推動區塊鏈等技術深入研發攻關:1月15日，上海市地方金融監督管理局會同國家在滬金融管理部門共同召開新聞通氣會，宣傳介紹《加快推進上海金融科技中心建設實施方案》（以下簡稱《實施方案》）。《實施方案》指出，全速推進金融科技關鍵技術研發。積極推動大數據、人工智能、區塊鏈、5G等新興技術深入研發攻關，推動技術創新與金融創新的融合發展。深化芯片、算法、云計算等基礎技術攻關，提升金融創新的基礎技術支撐能力。統籌布局安全、穩定、高效的信息基礎設施，積極爭取國家級金融科技重大項目和平臺在滬落地。（第一財經）[2020/1/15]

因為 zkSync 有多種交易類型，并且使用 EIP712 簽名，所以 `eth_sendRawTransaction` 數據的格式會與 L1 不同。但是，編碼對應于以太坊 ABI，所以支持它并不困難。

zkSync 2.0 中的交易可以通過 2 種方式授權（除了優先隊列機制）：

用戶可以通過簽署 EIP712 消息，使用他們的普通以太坊錢包（例如 Metamask 或任何 WalletConnect 錢包）簽署交易。

任何帳戶都可以設置一個公鑰來創建我們的內部 Schnorr 簽名來簽署交易。這允許基于智能合約的錢包與 zkSync 2.0 進行交互，而無需發送 L1 消息的額外費用。

每個塊僅應用一次存儲槽覆蓋。這意味著如果多個用戶與單個 AMM 合約交互，則 AMM 合約的存儲槽將僅被覆蓋一次。這允許定序器在以后向用戶退還單次寫入的共享成本。

聲音 | 華軟資本董事長：負利率是否會影響未來數字貨幣信用或可計算交易體系值得深入探索:12月18日，華軟資本董事長、華夏新供給經濟學研究院院長在第一財經發布評論文章。文章表示，負利率對下一階段的貨幣形態發展帶來新的不確定性，也許為“另辟蹊徑”提供某些啟發。隨著信息技術和互聯網的發展，貨幣及其價值傳遞方式出現了根本性的轉變，以信用卡、網銀和移動支付為代表的電子貨幣，以及數字貨幣、區塊鏈和加密資產等都在快速發展。特別是以Facebook籌備計劃推出Libra(天秤座)為代表，其目標是發展成為一種“不企求對美元匯率穩定而追求實際購買力穩定”的加密數字貨幣，這對未來數字貨幣的重要性、演化形態和利率價格等引發了全球關注。與此同時，中國央行主導的主權數字貨幣DCEP已有實質進展，歐洲央行也開始考慮發行公共數字貨幣的多種方案。數字化相當程度上加速了全球資金流動，可以部分解釋利率下行原因，但負利率是否會影響未來數字貨幣的信用或可計算交易體系，更值得深入探索的。[2019/12/19]

「預編譯」機制已計劃好，但稍后會發布。我們計劃首先支持 keccak256、sha256 哈希和 ECDSA 恢復原語。可以根據需求和復雜性考慮包含其他預編譯，例如 Blake2f 輪函數（在當前形式的以太坊中幾乎無法使用）。

zkSync 2.0 的第一次迭代可能會對每筆交易施加 32 次智能合約調用的額外限制，直到實施適當的記賬機制為止。

執行跟蹤將有一個硬限制，但它將與以太坊塊大小的當前限制相當，并且不應影響大多數協議。

聲音 | 中國銀行支付清算部總經理：商業銀行借助區塊鏈等技術，深入分析客戶行為以提升支付效率:金色財經報道，11月28日，中國銀行支付清算部總經理范耀勝在第八屆中國支付清算論壇上指出，如今數字化轉型已經成為商業銀行共同關注融入和推動的行業趨勢，主要體現在一智能化，借助大數據、機器學習、區塊鏈等技術，深入分析客戶行為，提升支付效率，實現安全便捷的統一。[2019/11/29]

可能會有更多限制，但我們的目標是在最終版本中將它們減少到絕對最低限度。

你可能聽說過區塊鏈三難困境，但在擴展以太坊時，還有第四個因素：可編程性。當前所有的擴展解決方案都存在于犧牲一些安全性、分散性和可編程性以實現可擴展性的范圍內。zkSync 2.0 的設計結合了以下 2 項技術突破，最大限度地發揮了所有 4 項功能：

zk EVM：為我們與 EVM 兼容的 zkRollup 提供動力的引擎，這是唯一支持 L1 安全性和可靠智能合約的解決方案。

zkPorter：一個鏈下數據可用性系統，可擴展性比 rollups 高 2 個數量級。

由于 zkEVM 和 zkPorter 是可互操作和可組合的，zkSync 2.0 能夠顯著優于所有其他擴展解決方案。

動態 | 人民日報：深入實施國家大數據戰略 應突破區塊鏈等十大技術瓶頸:9月14日訊，人民日報發文表示，深入實施國家大數據戰略，應集中力量協同攻關，突破大數據的十大技術瓶頸，包括數據供給層面的區塊鏈技術、數據交換技術，數據處理層面的大數據存儲管理技術、分布式計算技術、編程語言技術，數據分析層面的大數據基礎算法、機器學習、數據智能技術，大數據應用層面的大數據可視化、真偽判定技術。[2018/9/14]

目前的共識是Eth2 數據分片將在 2022 年底到來，以在不犧牲去中心化的情況下提供指數級更大的數據可用性層。zkSync 的 zkRollup 技術與 Eth2 數據分片相結合是最終目標，在不犧牲任何 4 個因素的情況下達到 100,000+ TPS。

zkSync 2.0 狀態樹覆蓋了以太坊的全部 160 位地址空間。每個帳戶將駐留在狀態的 zkRollup 部分或 zkPorter 部分。zkRollup 和 zkPorter 賬戶完全一樣，除了一個組件：保證數據可用性。zkRollup 交易數據通過 calldata 發布到以太坊，zkPorter 交易數據發布到 zkSync Guardian 網絡，zkSync Token持有者參與權益證明。

發布數據的地方是成本和安全性之間的權衡。zkPorter 交易比匯總交易便宜得多，但它有可能凍結您的資金。然而，zkRollup 和 zkPorter 賬戶的有效性都是通過零知識證明和以太坊來保證的。也就是說，zkPorter 中的資金只能被凍結，不能被盜。

zkRollup 和 zkPorter 賬戶的互操作性和可組合性讓每個用戶都有機會成為 zkSync 中的一等公民。部署在 zkRollup 端的 Uniswap 可以通過 zkPorter 賬戶訪問以換取最低費用。zkSync 2.0 是一個系統，專為整個金融領域的用戶而設計。

我們的 VM，通常稱為 zkEVM，不是 EVM 1:1 副本，而是旨在能夠運行 99% 的用 Solidity 編寫的合約并保持其相同的行為，例如在恢復和異常期間。同時，編寫 zk EVM 以在電路中高效地產生零知識證明。

這是在我們的證明系統沒有任何重大變化的情況下完成的；我們繼續將 PLONK 與自定義門和查找表（通常稱為 UltraPLONK）和以太坊的 BN-254 曲線一起使用。這是有利的，因為自 2020 年 6 月以來，該證明系統已在 zkSync 1.0 以及使用相同證明系統的其他項目中進行了實戰測試。

經過數月的努力，我們再次激動地宣布：zkEVM 的指令集已經完成并在電路和執行環境中實現。

這里有一個重要的區別：電路和執行環境中的實現是分開的，用于不同的目的。生成執行跟蹤的證明并提供見證是電路的工作，但這非常慢。另一方面，執行環境是 rust 中 zk EVM 的直接實現，高效且快速。如果我們要依靠電路來生成和執行證明，那么交易的最終確定性將需要數小時。證明生成和簡單執行的分離使得 zkSync 上的交易能夠即時結算。

接下來，我們專注于將 zkEVM 和編譯器結合在一起，并將遞歸結合在一起：塊之間的遞歸，它允許我們為 N 個塊發布一個證明，塊內的遞歸，它聚合塊的不同邏輯部分的子證明. 這是簡單的部分！自 2020 年 6 月以來，zkSync 1.0 的主網上已經使用了塊之間的遞歸聚合證明。有關塊內遞歸以及我們的 zk EVM 如何工作的更多信息，請觀看此視頻說明。

我們正在同時開發兩個針對 zkEVM 的編譯器前端：Yul 和 Zinc。Yul是一種中間 Solidity 表示，可以編譯為不同后端的字節碼。Zinc是我們用于智能合約和通用零知識證明電路的基于 Rust 的語言。

因為編譯器是使用LLVM框架構建的，所以可以認為它具有前端 Yul LLVM IR 和后端 LLVM IR zkEVM 字節碼。采用 LLVM 帶來了幾個主要優勢：

1、LLVM 優化框架無與倫比：它從 LLVM IR 生成最高效的 zkEVM 字節碼。

2、使用較新版本的 Solidity 或 Zinc，編譯器前端將處理所有更改，而 LLVM 將使我們脫離對編譯器后端的更改。

3、將來，如果開發人員想用原生 Rust 或 Javascript 編寫智能合約，只需構建該語言的編譯器前端，智能合約就可以在 zkSync 中開箱即用。

編譯器的安全性對我們來說至關重要，并且已經通過了多套測試：

1、Zinc 和 Yul 編譯器中的詞法、語法和語義測試。

2、我們對 Zinc 和 Solidity 的集成測試貫穿整個智能合約生命周期：從解析源代碼到合約部署和在 zkSync 上執行交易。

3、從 Solidity 存儲庫集成的廣泛測試套件，并適用于我們的集成測試工具。

每個套件已經包含數千個測試，我們將把這個數字至少增加一個數量級。

我們的 2 個編譯器已經成功部署并執行了兩種語言的簡單智能合約。但是還有更多的優化需要完成，一些復雜的 LLVM IR 語句需要翻譯成 zkEVM 字節碼。因此，我們決定在編譯器處于更強大的狀態之前不發布它。

編譯器完成后，我們將專注于讓Zinc更具表現力和功能豐富，然后構建 Rust 編譯器前端以允許使用原生 Rust 編寫智能合約。

zkSync 2.0 核心由幾個關鍵角色組成：

通過虛擬機實現 zkEVM 字節碼的預電路執行器環境

狀態在交易發送后幾秒鐘內可用

過濾掉可能使區塊膨脹的明顯不正確的交易（例如，交易資金不足）

在內存池中執行交易并生成塊

接收區塊的見證人并生成零知識證明

用于并行證明生成的證明者接口

自定義證明者自動縮放器，可按需創建和終止證明者機器

用于觀看和與以太坊 L1 交互的工具，

Prometheus、elastic、sentry、uptime、幾個獨立的事件通知系統和自定義健康檢查服務。

這個核心基礎設施功能齊全，已經集成了 zkEVM 執行器！

編譯器完成后，我們將一起共享對所有組件的訪問權限！開發人員將能夠部署 Solidity/Zinc 智能合約并通過 Web3 API 進行交互。

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