科普 | 一文探究zkEVM：以太坊擴容方案的關鍵_區塊鏈:區塊鏈域名如何注冊

在以太坊Layer2擴展網絡Arbitrum和Optimism網絡都宣布其主網的公開測試版正式啟動后，Layer2的整體數據增長都極其明顯，這也標志著以太坊Layer2擴展解決方案之一OptimisticRollup已經正式啟動。沒錯，這是一個屬于Layer2的季節。

當像Arbitrum和Optimism這樣的OptimisticRollup成為市場焦點時，另一個Layer2網絡zkEVM也取得了一些關鍵性的進展。現如今，我們看到越來越多地zkEVM已成為擴展以太坊的關鍵。本文就將會帶你深入了解zkEVM的基本原理和發展現狀。

作者：DeGateTeam

來源：Medium

編譯：陳一晚風

概要

1、zkSync宣布推遲8月31日發布其2.0版本。基于zkEVM的zkSync2.0有望成為第一個兼容EVM的zkRollup；

IMF今日發布的加密貨幣科普視頻實為兩年前舊聞，且存在諸多疏漏:國際貨幣基金組織IMF今日在推特上發布了一條關于加密貨幣的科普視頻，這段時長兩分鐘的視頻最初發布于2018年6月。該視頻稱加密貨幣是“貨幣進化的下一步”，但沒有特別提到DLT、區塊鏈，甚至是代幣名稱等術語。BTC、XRP和ETH只出現在說明加密交易的圖形中。盡管這段視頻到目前為止已經獲得了超過13.7萬的點擊量和2900個贊，但來自加密社區的許多反應都是批評的，他們指出了信息中的漏洞和似乎具有誤導性的措辭。

Reddit用戶nanooverbtc稱：“他們犯了很多錯誤，比如把私鑰稱為密碼。”該視頻也沒有討論挖礦或加密貨幣供應。Kraken策略師Pierre Rochard等知名人士表示：“可證明的稀缺性是比特幣有趣的原因，你忘了提這一點。”（Cointelegraph）[2020/8/24]

2、8月13日，Polygon宣布以2.5億美元收購以太坊Layer2擴展解決方案Hermez，其核心技術是其zkEVM解決方案；

聲音 | 上海股交所總經理：區塊鏈想要大規模發展要做好社會科普工作:金色財經報道，上海股交所總經理張云峰表示，區塊鏈當前還處于一個“概念”的階段，距離成熟應用，影響到百姓的日常生活還有很長的路要走。對于“區塊鏈”和其會帶來的社會和經濟效果，沈陽應當持審慎的態度。區塊鏈想要大規模發展，一方面要做好這項復雜技術的社會科普工作，加快社會大眾對區塊鏈的了解。另一方面，要充分發揮市場的作用，讓企業用實實在在的技術創新，賦能實體經濟的發展。[2019/11/17]

3、以太坊基金會在一份關于研發進展的定期更新聲明中表示，在過去幾個月中以太坊基金會資助籌建zkEVM團隊，希望能將EVM的所有操作碼直接通過ZK電路實現。

正如我們所知，在比較OptimisticRollup和ZKRollup的兩種擴容解決方案時，V神認為OptimisticRollups可能會在短期內贏得通用EVM計算。但從長遠來看，隨著ZK-SNARK技術的改進，ZKrollup才可以在所有的應用場景中“獲勝”。而所謂“ZK-SNARK技術的改進”主要是指zkEVM的成功。

聲音 | ETC Labs主管：科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰:ETCLabs主管Darin Kotalik認為，科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰，人們必須要對區塊鏈有基本的認識，分清楚公鏈和私鏈的區別。[2019/8/25]

zkEVM的作用

在開始探究zkEVM的作用前，讓我們先來重新認識一下以太坊。從本質上來說，以太坊就是一個基于交易的狀態機。在計算機科學中，狀態機是通過讀取一系列輸入，從舊狀態轉換到新狀態的機器。

從創世狀態開始，以太坊通過一個又一個的交易轉換到以太坊的當前狀態。該狀態包含所有帳戶地址及其映射的帳戶狀態。

其中，EVM或以太坊虛擬機負責處理交易。EVM作為堆棧機運行，程序員在其中使用Solidity等高級語言編寫代碼，然后將其編譯為EVM能夠理解的EVM字節碼。EVM以各種EVM操作碼的形式執行標準堆棧操作，最終產生一個新的狀態。

聲音 | 火星人朋友圈科普RAM:火星人在朋友圈發文稱，“什么是RAM？簡單來說就是EOS這個國家的土地，所有的經濟行為都離不開土地。只要EOS的BP們能投票形成一個穩定的供給預期，并且不改變目前的Bancor算法，那么RAM后續的價格有可能會像北上廣深的房價走勢。房價下跌不行，房價過快上漲也不行，EOS的生態越來越像某國了，真有意思。”[2018/7/6]

現在問題來了。我們知道zkRollup解決方案需要為Layer2上的交易生成零知識證明，并將它們傳遞回Layer1進行驗證。為了生成零知識證明，交易的處理需要符合zk電路證明規范。而在EVM設計之初，設計者并沒有考慮支持零知識證明。因此我們需要zkEVM。從技術上講，zkEVM的含義是：運行在zkRollup網絡上的虛擬機，兼容EVM并且零知識證明友好。

兩種實施策略

對于zkEVM來說，目前主要有兩種實現策略。

1、直接支持現有的EVM操作碼集，與Solidity操作碼集完全兼容。使用此解決方案的人包括Hermez和以太坊基金會zkEVM。

科普時報：區塊鏈與云計算長期發展目標不謀而合:據《科普時報》今日報道，區塊鏈與云計算兩項技術的結合，從宏觀上來說，一方面，利用云計算已有的基礎服務設施或根據實際需求做相應改變，實現開發應用流程加速，滿足未來區塊鏈生態系統中初創企業、學術機構、開源機構、聯盟和金融等機構對區塊鏈應用的需求。另一方面，對于云計算來說，“可信、可靠、可控制”被認為是云計算發展必須要翻越的“三座山”，而區塊鏈技術以去中心化、匿名性，以及數據不可篡改為主要特征，與云計算長期發展目標不謀而合。[2018/5/4]

2、通過設計一個零知識證明友好的新虛擬機并適應EVM開發工具來保持Solidity兼容性。該方案主要被zkSync使用。

對于第一種策略，由于它完全支持現有的EVM操作碼集，并且使用與EVM相同的編譯器，現有的生態系統和開發工具完全兼容，也更好地繼承了以太坊的安全模型。而第二種策略，它不受原始EVM操作碼集的約束，因此可以更靈活地將代碼編譯為對零知識證明更友好的操作碼集。它還免去了與所有原始EVM操作碼集兼容所需的繁重工作。

總的來說，第一種策略更兼容、更安全，但工作量更大；第二種策略更靈活、工作量更少，但需要額外的努力來適應。

主要解決方案對比

HermezzkEVM

Hermez使用第一種策略，將整個EVM操作碼集轉換為微操作碼。

眾所周知，有一些可變的EVM操作碼，例如CALL、EXP、CREATE等，它們對zk電路證明本質上是不友好的，而這些操作碼的邏輯可以使用微操作碼以一種更友好的方式來表達。微操作碼在uVM中執行，uVM使用大量加密工具實現zk完成，并使用Plookup算法提高證明和驗證效率。

HermezzkEVM的另一個亮點是它同時使用了兩個證明系統，專門生成一個STARK證明，然后使用PLONK或Groth16生成一個STARK證明的證明并在Layer1上進行驗證，就像一個證明的證據。原因是STARK的證明量大，驗證鏈上的成本高，而Groth16或PLONK的證明量小，驗證速度快。兩者的這種組合各有優勢，很容易被認為是一種組合使用非對稱和對稱加密算法的場景。

AppliedZKPzkEVM

與Hermez一樣，AppliedZKPzkEVM也使用第一種策略。AppliedZKP使用BusMapping映射思想來分離存儲和計算。基于BusMapping映射提取的正確存儲數據，State證明證明了數據的一致性，EVM證明證明了計算邏輯的正確性。

具體流程如下：

1.EVM通過BusMapping映射讀取所需的相關狀態。狀態由存儲、內存和堆棧組成；

2.EVM執行操作碼；

3.EVM通過BusMapping映射寫回新狀態；

4.State證明負責BusMapping讀寫數據的一致性和正確性，EVM證明負責EVM操作碼執行的正確性。

zkSyncEVM

與Hermez和AppliedZKP不同，zkSync選擇了第二種策略。zkSync的zkEVM不是EVM的復制品，而是新設計的，可以運行99%的Solidity合約，并確保它在各種條件下正常工作。同時，zkEVM可用于在電路中高效生成零知識證明。

zkSyncEVM使用TinyRAM來實現通用的操作碼集，而消耗大量gas的操作碼，例如SHA256和keccak，將特別實現其電路，最后使用遞歸聚合技術將所有證明聚合為一個以提高效率。

zkSync還為zkEVM開發了兩個編譯器前端：Yul和Zinc。Yul是一種微型Solidity表示，可以為不同的后端編譯成字節碼；Zinc是一種基于Rust的語言，用于智能合約和通用零知識證明電路。這為開發人員提供了更多選擇。

另外，zkSync在構建編譯器時，選擇了LLVM這個生產工業級產品最先進的編譯器框架，以確保編譯器足夠完整，并具有所有經典優化。

總結

從上述這些擴容項目中，我們看到在團隊的不斷努力下，zkEVM技術正在走向成熟，并將在大約六個月內實現與EVM兼容的zkRollup擴展解決方案。

如今，區塊鏈技術正在進入一個前所未有的充滿爭議的時代。從公鏈之爭到以太坊擴容方案之戰，甚至到一個具體擴展解決方案，不同的項目都在相互競爭、追趕和超越，這其中蘊含著對現實世界的巨大游戲，很幸運，我們處于區塊鏈技術技術最具活力的時代。

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