什么是zkEVM 它如何增強以太坊生態系統？_ROLL

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。

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。

金色財經現場報道 圓桌環節嘉賓關于區塊鏈3.0時代的發展方向是什么的觀點:金色財經現場報道，今日在紐約舉行的2018區塊鏈無國界峰會上金色財經合伙人佟揚主持了圓桌環節，討論了有關區塊鏈3.0時代的發展方向。對此，Certik聯合創始人哥大助理教授顧榮輝表示，區塊鏈1.0是存儲數據的區塊鏈，區塊鏈2.0存儲的是可以操作數據的程序，而區塊鏈3.0意味著可以在區塊鏈之上繼續加載區塊鏈，是終極的區塊鏈。星云鏈聯合創始人鐘馥百表示，區塊鏈3.0偏重區塊鏈技術的落地，區塊鏈3.0面臨經濟模型和技術方面的挑戰。區塊鏈3.0可以在經濟模型上激勵更多的人，提供門檻更低的開發平臺。IOST聯合創始人及CEO鐘家鳴表示，比特幣仍然是最適應區塊鏈的，區塊鏈3.0包含目前區塊鏈還不包括的一些功能。 Hydro Protocol聯合創始人王博聞表示，以太坊區塊鏈的效率低下，需要解決TPS問題，下一代的區塊鏈技術需要解決是否能使TPS以指數增長的問題。[2018/5/13]

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。

金色財經獨家分析 為什么區塊鏈不是萬能的:據了解，云象區塊鏈創始人黃步添在全球區塊鏈高峰論壇上表示：“區塊鏈并不是無所不能。”這其中原因在于區塊鏈技術目前仍面臨“硬連接”的問題，例如，當使用區塊鏈結合實體物品進行防偽時，“硬連接”的問題就會出現，通常人們利用區塊鏈在產品包裝上打上標識，用戶通過標識來查看產品的全部流程。若對方在拆開外包裝后將產品拿出換上假冒產品并恢復包裝便可實現造假，而用戶通過掃描包裝標識時，顯示產品仍是真品。而在其他領域區塊鏈技術也存在“硬連接”的問題，不過在金融、支付等線上的環境中，區塊鏈技術確實有著非常高的優勢。[2018/3/26]

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。

用戶提交的韓幣退款申請一周還未到賬，Bithumb表示由于內部問題，但不知道什么時候處理:1月11日，一韓國用戶向韓國最大的虛擬貨幣交易所Bithumb提交韓幣退款申請，但是已經過了1周都未到賬。對于這個問題Bithumb交易所表示 ：“是由于內部問題導致延遲，但是什么時候會處理還不知道”。 現在有很多用戶都提交了韓幣退款申請，但都得不到處理。[2018/1/17]

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。

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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