zkEVM 代表“Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine”。 这是一种允许在#Ethereum、BNB Chain、Polygon、Avalanche C Chain 等公共区块链上执行智能合约的协议。

zkEVM 是一种基于零知识证明 (ZKP) 的部分开发技术。 以太坊的创始人 Vitalik 根据它们与 EVM 的兼容性将它们分为 4 种不同的类型。 zkEVM 对开发人员和 zk 生态系统有很多优势，但仍有许多限制需要解决。

zkEVM 概述

在了解 zkEVM 之前，我们先了解一下零知识证明（ZKP）的概念。 这是 zkEVM 基础的一部分。

什么是Zero Knowledge Proof (ZKP)？

ZK（zero-knowledge）证明技术是一种用于保护互联网和区块链平台上的隐私和身份验证的加密技术。 ZKP 技术不是共享完整的信息，而是允许各方在不透露彼此详细信息的情况下交换信息。

简单的例子：假设A想要向一个机构证明她已经18岁以申请一项服务，但不想透露她的出生日期。

A 可以使用 ZKP 活动通过提供更多具有相似意义的信息来证明她足够大。 例如：

  • A大学毕业（证明A大约22岁）。

  • A持有主管机关颁发的B1驾照（证明A已满18周岁）。

  • A已经拥有一家注册在他名下的企业（证明A已18岁）。

在此示例中，ZKP 允许 Alice 在不透露她的出生日期的情况下验证她的年龄，这有助于保护 Alice 的隐私，但仍帮助组织确保 A 的年龄足以注册该服务。

按照ZKP的技术分类，市场上主要有两种知名的类型，zk-SNARKs和zk-STARKs。

  • zk-SNARKs（零知识简洁非交互式知识论证）。

  • zk-STARKs（零知识可扩展透明知识论证）。

什么是 zkEVM？

zkEVM 代表“零知识以太坊虚拟机”。 这是一种允许在Ethereum、BNB Chain、Polygon、Avalanche C Chain 等公共区块链上执行智能合约的协议。

zkEVM 为什么诞生？

虽然市面上有一些ZK编程语言比如Cairo（StarkWare）或者Zinc（zkSync），但是ZK编程语言还是有局限性的。 最大的障碍之一是这些编程语言之间的异构性，这使得开发人员很难使用不同的语言进行编程。

对于刚进入市场的开发人员或项目而言，专注于一种语言 Cairo 或 Zinc 与在该语言上运行的各种生态系统相比，会将他们限制在一个生态系统中 EVM。

于是，zkEVM 就是为了解决这个问题而诞生的。 以下是 zkEVM 诞生的一些原因：

  • zkEVM 旨在与以太坊兼容。 因此，在以太坊上使用 ZK Proof 技术部署智能合约变得更加容易。

  • zkEVM 为开发人员提供了一个抽象层，使部署 ZK 应用程序变得更加容易。 开发者无需关心最底层的ZK算法细节。

  • zkEVM 支持各种 ZK Proof 类型，包括 zk-SNARKs 和 zk-STARKs，帮助开发者选择最适合他们应用的方法。

简而言之，zkEVM 的诞生就是为了让在以太坊和 EVM 链上使用 ZK Proof 技术更容易地部署智能合约，同时为开发者提供一种新的途径。

zkEVM 是如何工作的

与 ZK-rollups 相比，zkEVM 没有什么不同，也遵循一般的工作方式。 然而，应该注意的是，围绕 zkEVM 的理想结构及其操作有很多想法。 最纯粹的 zkEVM 版本将完全等同于以太坊，即使它们可以使概念验证更容易，也不允许进行任何更改。

Zero-knowledge rollups 获取并完成链下批量交易，并向#Ethereum 发送一份加密报告，证明这些交互的准确性。 zero-knowledge 证明不会透露批次中所有交易的详细信息，而只是确认它们足够准确以触发向Ethereum 状态的转换。

然后它为在 L1 链上建立的智能合约提供有效性证明。 一旦收到并确认，它就会验证输入。

通过与 EVM 的兼容性对 zkEVM 进行分类

在 Vitalik 关于如何对 zkEVM 进行分类的文章中，他根据 zkEVM 的兼容性提到了 4 种主要类型。 最低级别（EVM 兼容性），它们只给出一定比例的兼容性，对于一些复杂的智能合约，它们需要开发者自定义源代码（复制、粘贴和重写一些东西））。

在更高级别（EVM equivalence），它们提供了更大的兼容性，允许开发人员轻松、快速地将Ethereum 上的智能合约迁移到他们的协议汇总，并且只需最少的修改。（复制、粘贴和编辑）。

类型一：zkEVM 与以太坊完全兼容（Fully Ethereum equivalent）

类型一 zkEVM 预计将在共识级别与Ethereum 完全兼容。 它们的状态、哈希码或任何共识逻辑都没有变化。

它们还与所有底层Ethereum 应用程序完全兼容，但需要更长的证明时间，因为没有做出任何改进来加快证明生成速度。

类型二 : zkEVM fully compatible with EVM (Fully EVM equivalent)

类型二 zkEVM 会稍微降低标准，旨在与 EVM 等效，而不是与 EVM 兼容。 它们在外面看起来像 EVM，但在内部会进行一些小的修改，以促进开发并加快打样速度。 在此类别中，某些应用程序可能不兼容。

然而，类型二 zkEVM 的准备时间仍然较慢。 因此，zkEVM class 2.5 可以通过增加 gas 成本来缩短准备时间。

特色项目：Polygon zkEVM、Scroll。

类型三：zkEVM 兼容 EVM

 类型三 zkEVM 不会完全等同于 EVM，因为此类优先考虑在 ZK 编译中放置类 EVM 系统的便利性。 这涉及特定的更改，以使构建更容易并改进概念验证。 尽管 zkEVM 类型三与大多数应用程序兼容，但某些应用程序可能需要重写才能运行。

特色项目：Polygon zkEVM。

类型四 ：zkEVM 与 EVM 大致兼容

类型四 zkEVM 将只相当于高级语言，而不是 EVM 本身。 因此，绕过为 EVM 执行的每个阶段提供零知识证明的过程可以降低成本并鼓励去中心化，并缩短概念验证时间。

但是，这会使 zkEVM 类型四 与某些应用程序的兼容性降低。 将应用程序移动到 EVM 时，合同地址很可能会发生变化，并且无法通过某些调试基础设施。

特色项目：zkSync 2.0。

zkEVM 的优点和缺点

zkEVM 的优势

延伸能力

zkEVM 可以通过减少执行智能合约所需的计算资源量来提高Ethereum 等公共区块链的可扩展性。 这是通过允许将计算卸载到私有网络，卸载到公共区块链上来完成的。

多样性

zkEVM 可以应用于各种需要执行私有智能合约的行业。 例如，医疗保健提供者可以使用 zkEVM 来确保患者数据保密，同时仍允许研究人员访问和分析这些数据。

EVM 兼容性

EVM 兼容性是 zkEVM 的最大优势，它可以帮助在区块链 EVM 上进行开发的开发人员轻松地将他们的DeFi protocol实施到 zk 平台。 相反，这也有助于 zk 平台吸引更多的开发者，从而创造一个更加多样化的生态系统。

zkEVM 的缺点

复杂

部署 zkEVM 可能是一个复杂的过程，需要大量的专业知识和资源。 这是因为 zkEVM 包括许多不同技术的集成。

功能有限

由于 zkEVM 以隐私为中心，它在执行智能合约的复杂功能方面的能力可能会受到限制。 例如，zkEVM 可能无法执行与常规帐户相关的功能，例如投票或存款，并且只专注于验证私有计算的有效性。

效率

使用 zkEVM 可能会影响网络的性能。 股权证明计算可能需要大量的计算资源和网络带宽，这会减慢交易的处理速度。 这可以通过使用更高效的软件开发和优化技术来改善，但仍然是一个值得注意的问题。

能源消耗

与性能类似，使用 zkEVM 会在执行计算时导致能耗和相关成本。 对于公共区块链来说，这可能是一个特殊的问题，其中计算操作是用加密货币支付的。

特色 zkEVM 项目

目前，市场上有 6 个优秀的 zkEVM 项目：

  • PolygonzkEVM是Polygon在zkEVM领域的最新项目之一，这是Polygon Hermez斥资2.5亿美元收购后更名的项目。

  • zkSync Era是zkEVM阵列中zkSync（Matter Labs）的产物。 这不是第一个产品，而是为后期开发而推广的产品。

  • StarkWare 是许多 zk 相关产品的母公司，例如 StarkEx、SatrkNet……它也是 zkSTARK 技术的先驱，拥有自己的语言 Cairo。 但是，他们还开发了 zkEVM 以使他们的语言更易于使用。

  • Scroll 是一个建立在 zkEVM 平台上的开源去中心化项目，旨在为区块链应用提供更好的安全性。

  • Taiko 是一个开源、完全去中心化的项目，旨在发展成为与#Ethereum 完全兼容的解决方案。

  • ConsenSys zkEVM 是 ConsenSys（Metamask 的母公司）的产品。 他们的目标是成为完全兼容 EVM 的解决方案）。

能源消耗

与性能类似，使用 zkEVM 会在执行计算时导致能耗和相关成本。 对于公共区块链来说，这可能是一个特殊的问题，其中计算操作是用加密货币支付的。

关于 zkEVM 的一些常见问题

zkEVM 与 zk-SNARKs、zk-STARKs、zk-SHARKs 和 PLONKs 之间有什么关系？

zkEVM 旨在支持使用zero-knowledge proof 技术在以太坊平台上部署应用程序，例如 zk-SNARKs、zk-STARKs、zk-SHARKs 和 PLONK。

具体来说，zkEVM 使用这些技术架构在Ethereum 平台上构建的交易和应用程序中提供安全性和匿名性。 例如，zk-SNARKs 用于匿名化以太坊交易中的敏感信息，而不泄露该信息的详细信息，从而增加用户隐私和安全性。

EVM 兼容性与 EVM 等效性：哪个更好？

在兼容性方面，EVM等价性完全优越，但其实现难度也非常高。 目前市场上没有一个 zkEVM (EVM equivalence) 在主网上活跃。

其次，zkEVM protocolss 都是为了在未来实现 EVM 等价。 区别在于方法。

从头开始构建 zkEVM（EVM 等效）（需要更多时间和精力）：

  • Polygon zkEVM、Consensus zkEVM、Scroll...

  • 从 EVM 兼容性开始，然后慢慢构建到 EVM 等效性（花费更少的时间）：zkSync 2.0。

结论

zkEVM 是一项将zero-knowledge proofs 集成到区块链系统中的新技术。 它有可能帮助加快和降低Ethereum 的交易成本，同时增加用户的隐私和安全性。 然而，zkEVM 的实施仍处于开发的早期阶段，需要开发人员和社区的互动才能使其得到更广泛的使用。

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