HER:三分鐘讀懂以太坊擴容方案 zkEVM的基本原理與發展現狀

撰文：DeGate

原標題：《三分鐘讀懂zkEVM：以太坊擴容方案的明珠》

9月1日凌晨，以太坊擴容網絡Arbitrum宣布主網公測版本正式上線，與此同時Optimism則早已經向部分白名單應用開放，這標志著以太坊L2擴容方案的一支——OptimisticRollup正式登上了舞臺。

我們再將目光轉向L2擴容方案的另一支，ZKRollup：

zkSync于8月31日宣布推遲上線其2.0版本，基于zkEVM，zkSync2.0有望成為首個兼容EVM的ZKRollup；

8月13日，Polygon宣布以2.5億美元收購以太坊二層擴容方案Hermez，Hermez的核心技術正是其zkEVM方案；

同樣是8月13日，以太坊基金會在定期公布其支持的團隊研究與開發進度的文章中表示，過去幾個月已經資助組建了一個團隊以進行zkEVM的研發。

我們知道，Vitalik在比較兩種擴容方案時表示，短期OptimisticRollups很可能在通用的EVM計算中勝出，但最終從中長期來看，隨著ZK-SNARK技術的改進，ZKRollups將在所有場景中勝出。其中所謂「ZK-SNARK技術的改進」，主要就是指zkEVM的成功。

2023年Q1美國加密貨幣相關商標申請同比減少三分之二:金色財經報道，盡管就美國加密貨幣行業相關的商標申請而言，2022年是非常成功的一年，但2023年的開局要慢得多，因為這一數字比去年同期低了約三分之二。

根據Michael E. Kondoudis律師事務所的商標和專利律師Michael Kondoudis 4月5日分享的數據，2023年第一季度美國與加密貨幣相關的商標申請達559件，比2022年第一季度的1649件下降了66.1%。

在進一步分析美國專利商標局（USPTO）的數據后，如圖表所示，2023年1月有196個新的加密商標申請，2月只有160個，而3月這些商標申請比前兩個月略有改善，有203個申請。

值得注意的是，2022年是破紀錄的一年，美國與加密貨幣相關的商標申請總數為5383件，而2021年為3570件，2020年僅為1137件，盡管形勢動蕩，但由于機構和個人興趣的增加，加密貨幣行業繼續增長。（Finbold）[2023/4/6 13:48:31]

可見，zkEVM已經成為以太坊擴容方案皇冠上的明珠。筆者希望通過本文，可以讓讀者了解zkEVM的基本原理與發展現狀。

Mongraal或將接受1380 ETH的“吉米鑰匙”出價，比原報價低三分之一:金色財經報道，知名電競選手及主播@Mongraal在社交媒體要求United Planetary DAO將Dookey Dash游戲“吉米鑰匙”的出價（690 ETH）提高一倍，即1380 ETH，約合220萬美元，并稱將接受這一報價。不過，1380 ETH的出價比@Mongraal在OpenSea的報價2,222 ETH低了約三分之一。另據OpenSea數據顯示，United Planetary DAO當前690 ETH的出價將會在美東時間2月26日下午3：44到期，也是迄今對“吉米鑰匙”的唯一正式報價。[2023/2/26 12:29:53]

zkEVM的作用

要弄清楚zkEVM的作用，我們還需要一些前置知識。

我們先從以太坊講起，從本質上來講，以太坊是一個基于交易的狀態機。

從以太坊的創世紀狀態開始，通過一個區塊又一個區塊的交易，轉變成最終狀態，也即以太坊當前的狀態，狀態中包含了所有的賬戶地址和其映射的賬戶狀態。

Bitpanda在宣布裁員三分之一的三周前曾表示無大規模裁員計劃:7月2日消息，加密貨幣和大宗商品交易平臺Bitpanda此前曾告訴其員工，在經濟低迷時期不會進行大規模裁員，而就在三周后，該公司就宣布了進行大規模裁員的消息。

5月31日的Slack截圖顯示，該公司首席產品官Lukas Enzersdorfer-Konrad曾試圖消除該公司將裁員和停止招聘的“傳言”。

Enzersdorfer-Konrad稱：“Bitpanda內部不會有任何形式的大規模裁員。我們還沒有達到極限，并將繼續招聘，直到我們需要的職位都招滿為止。”

他當時表示，該公司“資金非常充足”，沒有流動性問題。同時也指出該公司2022年的財務業績“低于預算”，但他表示，這是由宏觀經濟條件造成的，包括供應危機和俄烏沖突。這位高管敦促員工專注于產品和技術基礎設施的改善，為“下一輪牛市”做準備。

一位Bitpanda發言人日前對此發表評論稱：“在公司宣布重組的三周前，我們還沒有這個計劃，而且我們一直在向員工透明地傳達這些信息。”他補充說：“由于法律限制，我們無法公開溝通，在官方宣布前幾天，我們才做出了這個艱難的決定。”Bitpanda表示，它正在盡最大努力支持那些受到重組影響的員工。

此前6月25日消息，Bitpanda宣布裁員，員工人數將削減至大約730人。雖然具體裁員人數暫未公布，但據LinkedIn數據，解雇的全職和兼職員工共計約277人。（The Block）[2022/7/2 1:46:13]

現場 | Marco Streng：三分之二算力集中于大型礦池 這是行業最大挑戰:金色財經現場報道，2019年10月12日由MinerUpdate在成都舉行的“2019全球礦業領袖峰會”上，Genesis mining創始人Marco Streng表示，三分之二的算力集中于大型礦池，算力分布并不完全去中心化，這是行業所面對的最大的一個挑戰。非常開心地看到中國礦工也想要將他們的礦池移到中國之外的地區，這樣會讓比特幣網絡更加國際化，數據更加安全，同時我認為這也是一個趨勢，因為實際上有非常多的地區的電費是非常低廉的，在中國之外也有很多適宜的地區可以來做發展的，不止是四川。[2019/10/12]

source：https://ethfans.org/posts/how-does-ethereum-work-anyway

其中具體負責處理交易的就是EVM，即TheEthereumVirtualMachine。EVM作為一個堆棧機運行，程序員用高級語言例如Solidity來編寫代碼，隨后代碼被編譯成EVM可以理解的EVM字節碼，作為各種EVM指令執行標準的堆棧操作，最終產生一個新的狀態。

分析 | 超三分之一德國物流經理認為區塊鏈可顯著改善供應鏈合作:據cointelegraph報道，根據Hermes最新的調查顯示，超過三分之一的德國物流經理認為區塊鏈技術有可能顯著改善供應鏈中的合作。35％的受訪者能夠認識到區塊鏈的重要性，同時33％的受訪者認為大數據非常重要。在較大的公司中，特別是在員工人數超過250人的公司中，管理人員中有一半注意了到區塊鏈技術在行業中的潛力。[2018/11/14]

現在的問題來了，我們知道ZKRollup方案需要對二層上的交易生成零知識證明，再傳回一層進行驗證，而要生成零知識證明，需要交易的處理過程符合zk電路證明的規范。而在EVM設計之初，顯然沒考慮過要支持零知識證明，這就是zkEVM的意義：一種運行在ZKRollup網絡上，兼容EVM同時又對零知識證明友好的虛擬機。

兩種實現策略

對于zkEVM，目前主要有兩種實現策略：

直接支持EVM現有的指令集，完全兼容solidity指令集。使用這種方案的包括Hermez和以太坊基金會zkEVM。重新設計一種虛擬機，該虛擬機對零知識證明友好，同時對EVM開發工具進行適配，來保持對solidity的兼容，使用這種方案的主要是zkSync；對于第一種策略，由于完全支持了EVM現有的指令集，其使用的是和EVM一樣的編譯器，因此天然就對現有的生態系統和開發工具完全兼容，同時還更好的繼承了以太坊的安全模型。

而對于第二種策略，由于不受原有EVM指令集的約束，可以更靈活的將代碼編譯成對零知識證明更友好的指令集，同時也擺脫了兼容所有EVM原有指令集所需要的艱巨而繁重的工作。

總的來說，第一種策略兼容性更好，安全性更高，但是工作量更大；第二種策略更靈活，工作量更小，但需要花費額外精力在適配上。

主要方案對比

HermezzkEVM

Hermez采用的是第一種策略，其將所有EVM指令集全部翻譯為中間指令。

眾所周知，EVM有一些變長的指令，比如CALL，EXP，CREATE等，這些指令天生對zk電路證明不友好，利用中間指令可以更友好地表達這些指令的邏輯。中間指令在uVM中執行，uVM中使用了大量的密碼學工具，來實現zk完備，并且使用了Plookup算法來提升證明及驗證效率。

HermezzkEVM在實現上的另外一個亮點，是其同時使用了兩套證明系統，具體來說即生成一個STARK證明，然后再用PLONK或Groth16對這個STARK證明生成一個證明并在一層進行驗證，這一過程就像是對證明的證明。之所以這么做，是因為STARK雖然很優秀，但是證明規模卻很大，在鏈上進行驗證時開銷也很大，而Groth16或PLONK卻擁有更小的證明規模和更快的驗證速度。這種兩相結合，各取所長的做法，很容易讓人想到非對稱加密算法和對稱加密算法結合使用的場景。

AppliedZKPzkEVM

AppliedZKPzkEVM和Hermez一樣，采用的是第一種策略。

AppliedZKP采用數據總線的思路，將存儲和計算分開。在BusMapping抽取了正確的存儲數據的基礎上，由Stateproof證明數據的一致性，EVMproof證明計算邏輯的正確性。

具體的過程如下：

EVM通過BusMapping讀取需要的相關狀態，狀態由Storage，Memory，Stack三部分組成；EVM執行opcode；EVM再通過BusMapping寫回新的狀態；過程中Stateproof負責BusMapping讀寫信息的一致性和正確性，EVMproof負責EVM對opcode執行的正確性。zkSyncEVM

與Hermez和AppliedZKP不同，zkSync選取了第二種策略。zkSync的zkEVM并非EVM的復刻品，而是為了能夠運行99%的Solidity合約并確保其能夠在各種情況下正常工作而全新設計。與此同時，zkEVM可以用來高效的在電路中生成零知識證明。

zkSyncEVM使用TinyRAM來實現普通指令集，而對Gas消耗巨大的指令如SHA256/keccak則特殊實現其電路，最后使用遞歸聚合技術，將所有的證明聚合成一個，以提升效率。

soruce:https://medium.com/matter-labs/zksync-2-0-hello-ethereum-ca48588de179

zkSync同時開發了兩套針對zkEVM的編譯器前端：Yul和Zinc。Yul是可以針對不同后端編譯成字節碼的中間Solidity表示；Zinc則是基于Rust為智能合約和通用零知識證明電路開發的語言。這給予了開發者更大的選擇空間。

同時，在構建自己的編譯器時，zkSync選擇了LLVM，這一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備和擁有所有經典優化。

寫到最后

zkEVM技術在多個優秀團隊的持續努力下，已經日漸成熟，相信在半年左右的時間內就會相繼落地，屆時兼容EVM的ZKRollup擴容方案一定會綻現出自己的光彩。

如今的區塊鏈技術正進入了前所未有的大爭鳴時代。從公鏈之爭，到以太坊擴容方案之爭，甚至具體到一個擴容方案下，都有著不同的項目方正在前赴后繼，你追我趕。筆者十分慶幸，能身處這個區塊鏈技術最生機勃勃的大時代。

參考資料：1.以太坊工作原理2.zkSync2.0:HelloEthereum!3.Episode175:zkEVM&zkPorterwithMatterLabs4.Episode194:zkEVMwithJordi&DavidfromHermez5.ExploringPopularzkEVMSolutions:AppliedZKP\,MatterLabs\,Hermez\,andSin7Y6.技術解讀以太坊二層擴容方案Hermez的zkEVM設計思路7.技術解讀AppliedZKP的zkEVM方案設計思路

Tags：HER以太坊KSYzkSynctogetherbnb破解版以太坊交易所委托掛單要收手續費嗎zksync幣imtokenzksync幣圖標

狗狗幣