以太坊:各家 zkEVM 對比 誰能抓住這個 ZK-Rollup 的圣杯_TROLLBNB

作者：ViaBTCCapital

近期有幾個?ZK-Rollup項目相繼宣布支持?ZK-EVM的主網或測試網的上線計劃，而在2022年8月初，以太坊創始人?Vitalik發表了一篇博文對比了不同類型的?ZK-EVM。ZK-EVM，這個ZK-Rollup的圣杯，又一次引起市場的關注，它在未來可能會是以太坊擴容的利器。

以太坊擴容是一個老生常談的話題，也是眾多用戶期望的事情。不少人可能會有一個認識誤區，即計劃在9月底升級的以太坊合并會把共識機制從?PoW轉為?PoS將能夠改善以太坊性能。但實際上，合并沒有改變區塊大小，出塊時間也僅僅是從平均13秒變為12秒，所以屆時以太坊性能提升預計有限。因而，以太坊短期內擴容的希望還在二層網絡。在?Rollup兩種主流方向?OptimisicRollup和?ZK-Rollup里，相當一部分人更期待后者，因為?ZK-Rollup不僅同樣可以通過將打包多筆鏈下交易來降低網絡手續費，更重要的是它能夠通過零知識證明計算出一個有效性證明并提交到以太坊網絡來繼承以太坊的安全性，無需像?OptimisticRollup那樣設置一個挑戰期。

只能支付的ZK-Rollup

數據：某巨鯨在市場大幅下跌前出售10265枚ETH:金色財經報道，據Spot On Chain監測，在以太坊聯合創始人Jeffrey Wilcke將ETH轉移到Kraken 40分鐘后，某鯨魚將10265枚ETH換成1,910萬美元的DAI和USDC(約12小時前，市場大幅下跌前)，平均售價為1861美元。

此前報道，6月5日，以太坊聯創Jeffrey Wilcke向Kraken轉入2.2萬枚以太坊。[2023/6/6 21:18:50]

但ZK-Rollup早期為人詬病的地方是不能兼容?EVM，不能支持智能合約功能，例如?Gitcoin捐贈主要支付途徑的?zkSync1.0僅能支持轉賬等基本功能。目前市場上的?ZK應用如?dYdX，是專門定制的應用無法通用，開發難度大，改動麻煩。同時，由于不同?ZK應用有各種專用電路，無法相互調用，可組合性差。因此市場急需能夠支持以太坊智能合約的ZK-Rollup，而其中關鍵門檻就是能夠支持零知識證明的虛擬機。幸運的是，近期有幾個?ZK-Rollup項目相繼宣布支持?ZK-EVM的主網或測試網的上線計劃。本文將介紹?EVM、ZK-EVM以及主要的?ZK-EVM項目和它們的區別。

Binance：將致力于啟用比特幣閃電網絡提款，以緩解提款擁堵現象:5月8日消息，Binance表示目前待處理的交易正在通過用更高的交易費用來進行處理。為防止將來再次發生類似情況，Binance對費用進行了調整。Binance將繼續監控鏈上活動，并在需要時進行相應調整。此外，Binance團隊將致力于啟用比特幣閃電網絡提款，以緩解提款擁堵現象。[2023/5/8 14:49:42]

什么是?EVM?

EVM指的是以太坊虛擬機，它相當于執行引擎，是以太坊智能合約的運行時環境。開發者通過高級編程語言如?Solidity編寫業務邏輯，然后編譯器把代碼編譯成低級編程語言字節碼并執行相應指令修改系統狀態。EVM是基于堆棧結構的虛擬機，在執行opcode的時候需要和stack、memory、storage交互。

對于以太坊、各種擴容協議和競爭公鏈而言，EVM幾乎成為以太坊生態的代名詞，代表以太坊生態的開發者、應用和工具。如果某個公鏈不支持EVM，那么它需要重新培育自己生態內的開發者，而開發者也需要重新開發應用和工具。有人曾對比OptimisicRollup的兩大巨頭Optimism和Arbitrum，指出其中一個協議僅99%兼容EVM而另一個協議可以100%兼容EVM，就算1%的區別也會產生以太坊生態競爭的劣勢。由此可見，兼容EVM直接關乎對以太坊生態的兼容性，只有兼容EVM，開發者才可以無縫遷移現有的以太坊合約，以太坊生態的各種工具才能順利接入。

跨鏈聚合器PLEXUS疑似被攻擊:4月20日消息，慢霧發布提醒稱，跨鏈聚合器 PLEXUS 合約疑似被攻擊。[2023/4/20 14:16:20]

即將到來的?ZK-EVM

盡管EVM在以太坊生態發揮著關鍵作用，但ZK-EVM的開發相當復雜。ZK-EVM是指能夠支持生成零知識證明并兼容EVM，以太坊智能合約可以無需修改而直接部署運行，同時程序的運行可以通過零知識證明其計算的有效性。EVM在設計之初并沒有考慮到ZK，這也因為當時ZK尚未取到突破性進展還沒有被主流采用，直到2016年才第一次有零知識證明算法zk-SNARK被Zcash采用。EVM里有一些操作對零知識不友好，即很難生成零知識證明，或生成證明的效率低，或生成的證明太大。

很多人知道ZK開發門檻很高，不僅涉及密碼學、數學也涉及到硬件知識，而ZK-EVM開發更屬于難上加難的級別，它既要能夠兼容EVM，又要對零知識友好。幸運的是，在過去的幾年時間里，ZK領域取得了越來越多的重大突破。ZK-EVM賽道幾位選手包括Starkware、zkSync2.0、Polygon和Scroll等都在加緊研發ZK-EVM，其中后面三個項目在近期陸續宣布了測試網上線的消息。

愛奇藝副總裁：相信元宇宙未來會成為下一代的互聯網:金色財經報道，愛奇藝(IQ.O)副總裁徐勇明在元宇宙產業大會2023年春季會期間表示，相信元宇宙未來會成為下一代的互聯網，愛奇藝在積極探索其中的機會。他說，元宇宙現在發展處于早期階段，隨著元宇宙越建越豐富，相信它的賦能會更好，以后一些互動的娛樂游戲，比如說線下的劇本殺，變成線上的，用愛奇藝的IP在線上、在VR里面去做，其實也是很好的。我們有一些想法，還需要逐步去探索，看看哪些能夠成功。（國是直播車）[2023/2/15 12:09:05]

7月19日，Scroll發布了pre-alpha測試網，用戶可以體驗一些演示程序例如Uniswapfork版本以及Metamask錢包。7月20日，MatterLabs宣布兼容EVM的zkSync2.0將在11月左右上線主網并公布路線圖。同樣在7月20日，Polygon宣布其ZK-EVM測試網也即將上線。

各家?ZK-EVM對比

由于ZK-EVM并沒有統一的設計規格或者標準，所以每個項目方基于不同角度在兼容EVM和支持ZK之間權衡設計出各自方案，目前基本分為兩種思路：

1.編程語言層面支持，自定義EVM操作碼，把ZK友好的操作抽出來重新設計新的、架構不同的虛擬機，通過編譯器將Soilidity編譯成新的虛擬機操作碼

Mango提議根據攻擊前一小時的余額快照進行代幣賠償:金色財經報道，在1.14億美元的黑客攻擊之后，Mango Markets提議以不同的代幣償還用戶。該平臺將使用攻擊者在美國東部時間10月11日下午6:19進行首次存款前一小時的余額快照。Mango Markets今天早上在Discord社區電話會議上提出了這項動議。一旦提案發布，DAO將有72小時的時間對提案進行投票。（The Block）[2022/10/18 17:29:59]

2.字節碼層面支持，支持原生EVM操作碼

第一種思路的項目包括有Starkware的StarkNet和zkSync2.0。Starkware的ZK-Rollup通用解決方案StarkNet可以運行任意的以太坊dApp。開發者可以通過編譯器將Solidity編譯成StarkNet的智能合約語言Cairo，再部署到其ZK友好的VM。類似Starkware，zkSync2.0通過開發編譯器前端Yul和Zinc來實現ZK-EVM功能。Yul是一種中間Solidity表示，可以編譯為不同后端的字節碼。Zinc是用于智能合約和通用零知識證明電路的基于Rust的語言。它們都是基于開源框架LLVM，能夠實現最高效的ZK-EVM字節碼。

這一類項目在語言層面兼容Solidity，開發者可以把用Solidity寫的智能合約通過轉移的方式來部署運行，但是底層VM架構并非是EVM，嚴格來說是一種zkVM。而且由于底層的虛擬機指令集的不同，有一些現有開發工具不能直接使用，但是對ZK友好，能更有效生成零知識證明。

而第二種思路的項目包括有PolygonZK-EVM和Scroll。PolygonZK-EVM叫做uVM，zkCircuit優化的VM具有定制的操作碼以優化EVM操作，EVM字節碼先被編譯成“微操作碼”再在uVM執行。PolygonZK-EVM計劃支持全部EVM操作碼，是一個與以太坊完全兼容的零知識(ZK)擴展解決方案：所有現有的智能合約、開發人員工具和錢包都可以無縫運行。Scroll也和Polygon的類似，會為每個字節碼設計電路，包括驗證EVM執行的每一個步驟，包括加載bytecode，執行opcode，更新storage等。

而在Vitalik的博文里，他將ZK-EVM分為幾種類型。其中，類型1是直接在以太坊上面直接開發ZK-EVM，這個開發過于復雜而且目前效率太低，以太坊基金正在研究中。類型2、類型2.5和類型3是EVM等效的ZK-EVM，Scroll和PolygonHermez目前處于類型3這個階段，朝著類型2.5乃至類型2努力。類型4是高級語言兼容的ZK-EVM，包括Starkware和zkSync。這些類型并無好壞之分，而且ZK-EVM也沒有統一的標準。正如Vitalik所說，“從理論上講，以太坊不需要為L1使用單一的ZK-EVM實現進行標準化；不同的客戶可以使用不同的證明，因此我們繼續從代碼冗余中受益。”

總結

各家的ZK-EVM方案設計并無絕對的好壞，因為目前大家代碼尚未開源也無法比較效率。以太坊作為最大的智能合約平臺，擁有強大的生態系統和網絡效應，ZK-EVM是ZK-Rollup的圣杯，只有通過ZK-EVM，ZK-Rollup才能依托以太坊的生態和網絡效應，在繼承以太坊安全性、降低手續費的同時更容易獲得充滿活力的開發者生態、經過時間考驗的代碼庫和工具。2021年初，Vitalik曾在其博客稱，短期內，OptimisicRollup可能會在通用EVM計算方面勝出，而ZK-Rollup可能會在簡單的支付、交易和其他特定于應用程序的用例中勝出，但在隨著ZK-SNARK技術的改進，中長期ZK-Rollup將在所有用例中勝出。隨著各個ZK-EVM項目的測試網/主網陸續上線，相信在不久的將來，以太坊二層擴容將會精彩紛呈。

參考資料：

ZK-EVMoverview-p1，

https://drive.google.com/file/d/1dhZ5GtSK4sHCNcklGzNHfR-lSzplpD8J/view

https://vitalik.ca/general/2022/08/04/zkevm.html

https://starkware.co/starknet/

https://blog.matter-labs.io/zksync-2-0-hello-ethereum-ca48588de179

https://polygon.technology/solutions/polygon-ZK-EVM/

https://blog.hermez.io/introducing-hermez-ZK-EVM/

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