以太坊:各家 zkEVM 對比 誰能抓住這個 ZK-Rollup 的圣杯

作者：ViaBTC Capital

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（Rollup）。在?Rollup 兩種主流方向?Optimisic Rollup 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?Optimistic Rollup 那樣設置一個挑戰期。

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?zkSync 1.0 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。

Hive變更公司名稱取消“區塊鏈”字眼:金色財經報道，加密數字貨幣礦商Hive變更公司名稱，從中取消“區塊鏈”字眼，以期追逐人工智能熱潮。[2023/7/13 10:51:26]

EVM 指的是以太坊虛擬機（Ethereum Virtual Machine），它相當于執行引擎，是以太坊智能合約的運行時環境（Runtime）。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（bytecode)，EVM 再把字節碼解析成機器可讀指令即操作碼（opcode）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（stack machine），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 Optimisic Rollup 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。

Shibarium測試網已生產區塊總數突破100萬:金色財經報道，根據PuppyScan的數據，Shibarium的Puppynet測試網已生產的區塊總數突破100萬，達到 1,014,430。自 3 月 11 日啟動以來，Shibarium 測試網上共處理了 12,836,266 筆交易。交互錢包地址已超過 1600 萬大關，達到 16,033,219。撰寫本文時的平均阻塞時間為 5 秒。[2023/5/28 9:46:32]

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、zkSync 2.0、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。

OKX：建議使用谷歌驗證器的用戶關閉云端同步:5月12日消息，歐易OKX發布安全提示，建議使用谷歌驗證器的用戶關閉云端同步。近期谷歌驗證器推出的云同步功能并未經過端對端加密，若你的谷歌賬戶遭到攻擊，密碼/私鑰都會面臨安全風險，黑客將可登陸你的OKX賬戶，建議關閉云同步并將私鑰保存在你的個人設備上，或選擇云端加密的驗證器。[2023/5/12 14:59:11]

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 Uniswap fork 版本以及 Metamask 錢包。7 月 20 日，Matter Labs 宣布兼容 EVM 的 zkSync 2.0 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。

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

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 zkSync 2.0。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，zkSync 2.0 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。

Bitwise首席合規官：美國可能會在今年出臺穩定幣立法:1月24日消息，加密貨幣投資管理公司Bitwise首席合規官Katherine Dowling周一表示，穩定幣可能是美國國會將在本屆會議上解決的第一個加密貨幣相關立法，部分原因是它是“范圍更窄的問題”，可能相比更宏大的問題更好解決。

Dowling表示，在加密交易所FTX倒閉后，加密行業失去了動力，但它可能最終可以重振旗鼓。總體而言，如果立法獲得通過，這對行業來說可能是一個“重大利好”。Dowling表示，穩定幣發行方可能必須為其代幣提供“一對一”支持，并且沒有杠桿。立法可能有助于美國跟上其他國家的步伐，甚至可以設定監管標準。（CoinDesk）[2023/1/24 11:28:31]

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 Polygon ZK-EVM 和 Scroll。Polygon ZK-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”（Micro opcode）再在 uVM 執行。Polygon ZK-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。

納斯達克總裁兼首席執行官：數字資產生態系統必須匹配可擴展性:金色財經報道，Bloomberg Markets近日就未來30年（即2052年）市場創新前景采訪了納斯達克總裁兼首席執行官 Adena Friedman，她表示接下來的 30 年將市場中的增值中介技術會讓地球上的每一項資產都被數字化并以即時的方式進行買賣，云基礎設施將是這一轉型的關鍵組成部分。Adena Friedman 表示，數字資產生態系統將未來肯定會變得非常成熟并成為主流。但是，如果數字資產生態系統不認真對待犯罪管理，監管機構就不會允許它以主流方式被采用，另外數字資產生態系統的可擴展性必須匹配，甚至要超過當前傳統市場能夠實現的可擴展性。如果區塊鏈能夠比現在擴展更多，監管機構更愿意將數字資產結構帶入傳統市場，央行數字貨幣也將構成數字化支付結構的基礎，資本市場勢必會以更加全球化的形式開放。（彭博社）[2022/6/11 4:17:39]

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 Polygon Hermez 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。”（Theoretically, there is no need for Ethereum to standardize on a single ZK-EVM implementation for L1 use; different clients could use different proofs, so we continue to benefit from code redundancy.）

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，Optimisic Rollup 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-EVM overview-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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