以太坊:什么是zkEVM 它如何增強以太坊生態系統？_ZKP

作者：MantaNetwork聯合創始人KennyLi?翻譯：金色財經0xnaitive

本文要點：

零知識以太坊虛擬機(zkEVM)是一種以太坊狀態機，可以與零知識證明(ZKP)技術兼容的方式執行智能合約。

zkEVM擴展了以太坊上零知識rollup(zk-rollups)的功能，以支持去中心化應用程序(DApp)。

zkEVM可以輕松部署現有的以太坊項目和使用ZKP的新項目，以增強以太坊生態系統。

前言

以太坊開發人員在2014年首次提出以太坊網絡時并沒有考慮ZKP技術。然而，近年來，ZKP受到了關注，并有望在區塊鏈領域發揮更加突出的作用。因此，將ZKP技術與以太坊的虛擬機相結合的努力已經加強。

要了解什么是zkEVM，讓我們首先簡要回顧一下它的兩個基本概念：zk-rollups和EVM。

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什么是Zk-Rollup？

Rollup是一種擴展解決方案，它在主鏈之外編譯大量交易執行，并將數據作為單個交易發送回主網絡。這個過程增加了吞吐量，同時降低了執行這些交易的成本。

在以太坊上，一個Rollup中的交易被壓縮并提交給以太坊主網，支付驗證單筆交易的費用。以太坊主網提供結算并驗證匯總中包含的交易數據。

zk-rollup是一種使用ZKP技術的rollup，ZKP技術是一種加密技術，可以在不泄露信息本身的情況下驗證一條信息的有效性。zk-rollups不需要將所有交易數據發布到以太坊主網；他們只需要狀態差異和有效性證明，從而降低過程中Gas費。

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zk-rollups的安全性來自于ZKP密碼學，通過密碼學的手段來驗證證明，實現去信任化。這與optimisticrollups等其他rollup不同，后者的安全性來自經濟學博弈論，在該理論中，不良行為者會因潛在損失而失去動力，而挑戰者會受到激勵。

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什么是EVM？

EVM是運行以太坊賬戶系統和智能合約的狀態機。每次智能合約執行都會觸發EVM從舊狀態轉換到新狀態。EVM定義了計算從一個區塊到另一個區塊的新狀態和有效狀態的規則。

狀態是以太坊中的一個重要概念。它是一個MerklePatriciaTrie數據結構，代表以太坊的當前狀態，并允許任何人從當前區塊一直追蹤交易信息回到創世區塊。

所有參與維護以太坊的節點都存在以確保連續性和共識，這使得每個節點都可以看到確切的當前狀態。EVM在保持這種一致性方面發揮著關鍵作用。

聲音 | 紐約聯儲Antonie Martin：不清楚Libra項目想要做什么:據金十消息，紐約聯儲Antonie Martin就Facebook的Libra發表評論稱：不清楚Libra項目想要做什么。[2019/6/25]

ZkEVM如何工作？

EVM默認不支持ZKP。zkEVM旨在確保以太坊狀態的連續性，同時提供所有信息正確的證據。這樣，在維護安全性和隱私性的同時，驗證了這些過程計算中涉及的各種因素。

zkEVM通過將以太坊環境復制為zk-rollups來做到這一點。它獲取初始狀態，計算所有交易，然后輸出一個新的更新狀態以及隨附的ZKP。該證明被提交給驗證者智能合約，該合約檢查初始狀態和新狀態輸出的正確性，而無需單獨驗證所有交易。

由于zkEVM基于EVM，開發人員能夠輕松地將以太坊DApp和智能合約移植到zkEVM，而無需進行ZKP開發工作。換句話說，zkEVM允許zk-rollups執行智能合約，此外還有以前在沒有zkEVM的情況下支持的代幣交換和支付。

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由于EVM的兼容性特性，開發人員可以使用現有的EVM工具和編程語言Solidity構建新產品，同時享受zkEVM帶來的增強安全性。同樣的好處也適用于用戶——他們可以繼續使用相同的DApps和熟悉的工具，但具有更高的安全性和隱私性。

EVM兼容性與EVM等效性

當區塊鏈被稱為EVM兼容時，這意味著它提供了一個可以部署以Solidity編程語言編寫的DApp的環境。Solidity專為開發在以太坊網絡上運行的智能合約而設計。

事實上，以太坊開發人員可以從以太坊復制和粘貼現有DApp的代碼，并以最少的修改將其部署到其他EVM兼容鏈上。對于用戶來說，任何兼容EVM的鏈地址都與他們的以太坊地址相同。

這意味著地址與Metamask和TrustWallet等主流錢包兼容。目前，主要的EVM兼容鏈包括BNBChain、AvalancheC-Chain和Polygon。

不要將EVM兼容性與EVM等效性混淆，EVM等效性意味著從DApp開發人員的角度來看，2層rollup與以太坊第1層幾乎相同。

如果用操作系統來類比，EVM等效性類似于通過AppleCloud恢復文件和設置，如果用戶之前的計算機和新計算機都運行在Apple的操作系統上。

相比之下，EVM兼容性意味著如果一臺新電腦切換到Windows系統，則需要通過云存儲下載原始文件并轉換以恢復首選設置和舊文件。

不同類型的ZkEVM

直接使用EVM生成和驗證ZKP非常慢，因為以太坊最初設計并不支持ZKP技術。在某些情況下，這可能需要長達幾個小時。然而，必須在EVM兼容性和ZKP效率之間取得平衡。

以太坊創始人VitalikButerin將zkEVM分為以下四種類型。類似于區塊鏈不可能三角，它們各自在ZKP性能效率和EVM兼容性之間有不同的權衡。

類型一：共識級等價——zkEVM完全等價于以太坊

在共識層面，Type1zkEVM——也稱為enshrinedrollup——相當于以太坊，zkEVM鏈狀態和交易與以太坊相同。它們可以相互驗證塊并直接與以太坊執行客戶端一起使用。

Type1zkEVM使以太坊本身更具可擴展性，可以直接引入以太坊主網上。缺點是ZKP效率極差，需要大量的計算來驗證。解決方案是在未來為zk-SNARKs使用大規模并行驗證者或專用集成電路。

具有高ZK效率的類型1zkEVM將是最理想的zkEVM形式。目前，有許多項目正在構建或探索這種類型的zkEVM。

類型2：字節碼級等價——完全等價于EVM

Type2完全等價于EVM而不是以太坊。它在數據結構方面不同于以太坊，并刪除了一些對ZK不友好的堆棧操作。

它與以太坊現有的DApp、調試工具和開發者基礎設施完全兼容。字節碼級等價可以加快證明時間，盡管不是很明顯。Type2一個明顯的缺點是它很昂貴，與ZK沒有協同作用，效率低且昂貴。

類型2.5：與Type2類似，但修改了gas費用

Type2.5具有Type2的優點和缺點，但gas費用略低。

類型3：字節碼級等價——幾乎等同于EVM

Type3在Type2的基礎上進一步犧牲了兼容性來提高ZK效率。它刪除了一些在zkEVM上難以實現的功能，例如預編譯，因此一些需要使用此功能的DApp代碼必須重寫。

類型4：開發語言級等價——高級語言等價于EVM

類型4EVM具有最高的ZK性能，但兼容性相對較差。

結束語

zkEVM實現的主要目的是將ZKP計算的支持擴展到智能合約執行，并在此過程中將DApps擴展到所有EVM兼容協議。但ZKP的應用并不止于此。

ZKP技術可能與Web2用例兼容。將各種Web2用例與ZKP相結合可以使Web3應用程序更加流暢和用戶友好。它還會授予已經習慣使用傳統互聯網瀏覽器的用戶訪問Web3的權限，進而推動Web3的采用。

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