zkEVM steht für „Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine“. Es handelt sich um ein Protokoll, das die Ausführung intelligenter Verträge auf öffentlichen Blockchains wie #Ethereum, BNB Chain, Polygon, Avalanche C Chain usw. ermöglicht.

zkEVM ist eine teilweise entwickelte Technologie, die auf Zero-Knowledge Proofs (ZKP) basiert. Vitalik, der Gründer von Ethereum, hat sie basierend auf ihrer Kompatibilität mit dem EVM in vier verschiedene Typen unterteilt. zkEVM bietet viele Vorteile für Entwickler und das zk-Ökosystem, es gibt jedoch noch viele Einschränkungen, die angegangen werden müssen.

zkEVM-Übersicht

Bevor wir zkEVM verstehen, verstehen wir zunächst das Konzept des Zero-Knowledge-Proofs (ZKP). Dies ist Teil der Grundlage von zkEVM.

Was ist Zero Knowledge Proof (ZKP)?

Die ZK-Proof-Technologie (Zero-Knowledge) ist eine Verschlüsselungstechnologie, die zum Schutz der Privatsphäre und zur Authentifizierung im Internet und auf Blockchain-Plattformen eingesetzt wird. Anstatt vollständige Informationen auszutauschen, ermöglicht die ZKP-Technologie den Parteien den Austausch von Informationen, ohne die Daten des anderen preiszugeben.

Einfaches Beispiel: Angenommen, A möchte einer Agentur gegenüber nachweisen, dass sie 18 Jahre alt ist, um sich für eine Dienstleistung zu bewerben, möchte aber ihr Geburtsdatum nicht preisgeben.

A kann die ZKP-Aktivität nutzen, um zu beweisen, dass sie alt genug ist, indem sie weitere Informationen mit ähnlicher Bedeutung bereitstellt. Zum Beispiel:

  • A hat einen Universitätsabschluss (bescheinigt, dass A etwa 22 Jahre alt ist).

  • A besitzt einen von der zuständigen Behörde ausgestellten B1-Führerschein (der bescheinigt, dass A über 18 Jahre alt ist).

  • A besitzt bereits ein auf seinen Namen eingetragenes Unternehmen (beweisen Sie, dass A 18 Jahre alt ist).

In diesem Beispiel ermöglicht ZKP Alice, ihr Alter zu überprüfen, ohne ihr Geburtsdatum preiszugeben. Dies trägt zum Schutz von Alices Privatsphäre bei, hilft der Organisation aber dennoch sicherzustellen, dass Person A alt genug ist, um sich für den Dienst anzumelden.

Gemäß der technischen Klassifizierung von ZKP gibt es zwei bekannte Haupttypen auf dem Markt: zk-SNARKs und zk-STARKs.

  • zk-SNARKs (zero-knowledge prägnante, nicht interaktive Wissensargumente).

  • zk-STARKs (Zero-knowledge Scalable Transparent Knowledge Arguments).

Was ist zkEVM?

zkEVM steht für „Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine“. Dabei handelt es sich um ein Protokoll, das die Ausführung intelligenter Verträge auf öffentlichen Blockchains wie Ethereum, BNB Chain, Polygon, Avalanche C Chain usw. ermöglicht.

Warum wurde zkEVM geboren?

Obwohl es einige ZK-Programmiersprachen wie Cairo (StarkWare) oder Zinc (zkSync) auf dem Markt gibt, weist die ZK-Programmiersprache immer noch Einschränkungen auf. Eines der größten Hindernisse ist die Heterogenität dieser Programmiersprachen, die es Entwicklern erschwert, in verschiedenen Sprachen zu programmieren.

Für Entwickler oder Projekte, die neu auf dem Markt sind, wird die Konzentration auf eine Sprache wie Cairo oder Zinc sie auf ein Ökosystem beschränken, im Vergleich zu den verschiedenen Ökosystemen, die auf dieser Sprach-EVM ausgeführt werden.

Daher wurde zkEVM geboren, um dieses Problem zu lösen. Hier sind einige der Gründe, warum zkEVM geboren wurde:

  • zkEVM ist so konzipiert, dass es mit Ethereum kompatibel ist. Daher wird es mithilfe der ZK Proof-Technologie einfacher, intelligente Verträge auf Ethereum bereitzustellen.

  • zkEVM bietet Entwicklern eine Abstraktionsschicht, die die Bereitstellung von ZK-Anwendungen erleichtert. Entwickler müssen sich nicht um die Details des ZK-Algorithmus der untersten Ebene kümmern.

  • zkEVM unterstützt verschiedene ZK-Proof-Typen, einschließlich zk-SNARKs und zk-STARKs, und hilft Entwicklern bei der Auswahl der Methode, die am besten zu ihrer Anwendung passt.

Kurz gesagt, zkEVM wurde ins Leben gerufen, um die Bereitstellung intelligenter Verträge mithilfe der ZK Proof-Technologie auf Ethereum- und EVM-Ketten zu vereinfachen und gleichzeitig Entwicklern eine neue Möglichkeit zu bieten.

So funktioniert zkEVM

Im Vergleich zu ZK-Rollups unterscheidet sich zkEVM nicht und folgt dem allgemeinen Arbeitsmuster. Allerdings ist zu beachten, dass es viele Vorstellungen rund um den idealen Aufbau von zkEVM und dessen Funktionsweise gibt. Die reinste Version von zkEVM entspricht vollständig Ethereum und es sind keine Änderungen zulässig, auch wenn sie den Proof-of-Concept erleichtern.

Zero-Knowledge-Rollups erfassen und vervollständigen Batch-Transaktionen außerhalb der Kette und senden einen kryptografischen Bericht an #Ethereum, der die Richtigkeit dieser Interaktionen bestätigt. Ein Zero-Knowledge-Proof gibt nicht die Details aller Transaktionen in einem Batch preis, sondern bestätigt nur, dass sie genau genug sind, um einen Übergang in den Ethereum-Status auszulösen.

Es liefert dann einen Gültigkeitsnachweis für Smart Contracts, die auf der L1-Kette basieren. Nach dem Empfang und der Bestätigung wird die Eingabe validiert.

Kategorisierung von zkEVM nach Kompatibilität mit EVM

In Vitaliks Artikel zur Klassifizierung von zkEVMs erwähnte er vier Haupttypen basierend auf der zkEVM-Kompatibilität. Auf der niedrigsten Ebene (EVM-Kompatibilität) bieten sie nur einen bestimmten Prozentsatz an Kompatibilität und erfordern für einige komplexe Smart Contracts, dass Entwickler den Quellcode anpassen (einige Dinge kopieren, einfügen und neu schreiben)).

Auf einer höheren Ebene (EVM-Äquivalenz) bieten sie eine größere Kompatibilität und ermöglichen es Entwicklern, Smart Contracts auf Ethereum mit minimalen Änderungen einfach und schnell in ihre Protokoll-Rollups zu migrieren. (Kopieren, Einfügen und Bearbeiten).

Typ 1: zkEVM ist vollständig kompatibel mit Ethereum (vollständiges Ethereum-Äquivalent)

Es wird erwartet, dass zkEVM vom Typ 1 auf Konsensebene vollständig mit Ethereum kompatibel ist. Es gibt keine Änderungen an ihrem Status, ihren Hash-Codes oder einer Konsenslogik.

Sie sind außerdem vollständig kompatibel mit allen zugrunde liegenden Ethereum-Anwendungen, erfordern jedoch längere Beweiszeiten, da keine Verbesserungen vorgenommen wurden, um die Beweiserstellung zu beschleunigen.

Typ 2: zkEVM vollständig kompatibel mit EVM (vollständig EVM-Äquivalent)

Typ zwei zkEVM ist ein etwas niedrigerer Standard und soll EVM entsprechen und nicht mit ihm kompatibel sein. Sie sehen von außen wie EVMs aus, weisen im Inneren jedoch einige geringfügige Änderungen auf, um die Entwicklung zu erleichtern und die Prüfung zu beschleunigen. In dieser Kategorie sind einige Anwendungen möglicherweise nicht kompatibel.

Allerdings ist die Vorbereitungszeit von Typ 2 zkEVM immer noch langsamer. Daher kann die zkEVM-Klasse 2.5 die Vorbereitungszeit verkürzen, indem sie die Gaskosten erhöht.

Ausgewählte Projekte: Polygon zkEVM, Scroll.

Typ 3: zkEVM kompatibel mit EVM

Typ 3 zkEVM ist nicht vollständig äquivalent zu EVM, da bei diesem Typ die Bequemlichkeit der Platzierung EVM-ähnlicher Systeme in der ZK-Kompilierung im Vordergrund steht. Dabei geht es um konkrete Änderungen, um den Bau zu erleichtern und den Proof of Concept zu verbessern. Obwohl zkEVM Typ drei mit den meisten Anwendungen kompatibel ist, müssen einige Anwendungen möglicherweise neu geschrieben werden, damit sie ausgeführt werden können.

Empfohlenes Projekt: Polygon zkEVM.

Typ 4: zkEVM ist ungefähr kompatibel mit EVM

ZkEVM vom Typ vier entspricht nur einer Hochsprache, nicht der EVM selbst. Daher kann die Umgehung des Prozesses der Bereitstellung von Zero-Knowledge-Proofs für jede Phase der EVM-Ausführung die Kosten senken, die Dezentralisierung fördern und die Proof-of-Concept-Zeit verkürzen.

Dies führt jedoch dazu, dass zkEVM Typ 4 mit einigen Anwendungen weniger kompatibel ist. Wenn eine Anwendung auf die EVM verschoben wird, ändert sich höchstwahrscheinlich die Vertragsadresse und ist über eine Debugging-Infrastruktur nicht mehr verfügbar.

Empfohlenes Projekt: zkSync 2.0.

Vor- und Nachteile von zkEVM

Vorteile von zkEVM

Erweiterungsfähigkeit

zkEVM kann die Skalierbarkeit öffentlicher Blockchains wie Ethereum verbessern, indem es die Menge an Rechenressourcen reduziert, die für die Ausführung intelligenter Verträge erforderlich sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die Berechnung auf private Netzwerke und öffentliche Blockchains verlagert werden kann.

Diversität

zkEVM kann auf verschiedene Branchen angewendet werden, die die Ausführung privater Smart Contracts erfordern. Beispielsweise können Gesundheitsdienstleister zkEVM verwenden, um sicherzustellen, dass Patientendaten vertraulich bleiben, und Forschern gleichzeitig Zugriff auf die Daten und deren Analyse zu ermöglichen.

EVM-Kompatibilität

Die EVM-Kompatibilität ist der größte Vorteil von zkEVM, der Entwicklern, die auf Blockchain-EVM entwickeln, dabei helfen kann, ihr DeFi-Protokoll einfach auf der zk-Plattform zu implementieren. Im Gegenteil: Dies trägt auch dazu bei, dass die zk-Plattform mehr Entwickler anzieht und so ein vielfältigeres Ökosystem entsteht.

Nachteile von zkEVM

Komplex

Die Bereitstellung von zkEVM kann ein komplexer Prozess sein, der erhebliches Fachwissen und Ressourcen erfordert. Dies liegt daran, dass zkEVM die Integration vieler verschiedener Technologien beinhaltet.

Eingeschränkte Funktionalität

Da zkEVM datenschutzorientiert ist, kann es in seiner Fähigkeit, komplexe Funktionen von Smart Contracts auszuführen, eingeschränkt sein. Beispielsweise ist zkEVM möglicherweise nicht in der Lage, reguläre kontobezogene Funktionen wie Abstimmungen oder Einzahlungen auszuführen, sondern konzentriert sich nur auf die Überprüfung der Gültigkeit privater Berechnungen.

Effizienz

Die Verwendung von zkEVM kann sich auf die Netzwerkleistung auswirken. Proof-of-Stake-Berechnungen können erhebliche Rechenressourcen und Netzwerkbandbreite erfordern, was die Verarbeitung von Transaktionen verlangsamen kann. Dies kann durch den Einsatz effizienterer Softwareentwicklungs- und Optimierungstechniken verbessert werden, ist aber dennoch ein erwähnenswertes Problem.

Energieverbrauch

Ähnlich wie bei der Leistung entstehen bei der Verwendung von zkEVM Energieverbrauch und damit verbundene Kosten bei der Durchführung von Berechnungen. Dies kann insbesondere bei öffentlichen Blockchains ein Problem darstellen, bei denen Rechenoperationen in Kryptowährungen bezahlt werden.

Ausgewählte zkEVM-Projekte

Derzeit gibt es 6 hervorragende zkEVM-Projekte auf dem Markt:

  • PolygonzkEVM ist eines der neuesten Projekte von Polygon im Bereich zkEVM. Das Projekt wurde umbenannt, nachdem Polygon Hermez 250 Millionen US-Dollar für den Erwerb ausgegeben hatte.

  • Die zkSync-Ära ist ein Produkt von zkSync (Matter Labs) im zkEVM-Array. Dies ist nicht das erste Produkt, sondern eines, das für die spätere Entwicklung gefördert wird.

  • StarkWare ist die Muttergesellschaft vieler zk-bezogener Produkte wie StarkEx, SatrkNet usw. Es ist auch der Pionier der zkSTARK-Technologie und verfügt über eine eigene Sprache, Kairo. Sie haben jedoch auch zkEVM entwickelt, um die Verwendung ihrer Sprache zu vereinfachen.

  • Scroll ist ein dezentrales Open-Source-Projekt, das auf der zkEVM-Plattform basiert und darauf abzielt, mehr Sicherheit für Blockchain-Anwendungen zu bieten.

  • Taiko ist ein vollständig dezentrales Open-Source-Projekt, das darauf abzielt, sich zu einer vollständig kompatiblen Lösung für#Ethereumzu entwickeln.

  • ConsenSys zkEVM ist ein Produkt von ConsenSys (der Muttergesellschaft von Metamask). Ihr Ziel ist es, eine vollständig EVM-kompatible Lösung zu sein.

Energieverbrauch

Ähnlich wie bei der Leistung entstehen bei der Verwendung von zkEVM Energieverbrauch und damit verbundene Kosten bei der Durchführung von Berechnungen. Dies kann insbesondere bei öffentlichen Blockchains ein Problem darstellen, bei denen Rechenoperationen in Kryptowährungen bezahlt werden.

Einige häufig gestellte Fragen zu zkEVM

Welche Beziehung besteht zwischen zkEVM und zk-SNARKs, zk-STARKs, zk-SHARKs und PLONKs?

zkEVM soll die Bereitstellung von Anwendungen auf der Ethereum-Plattform mithilfe wissensfreier Technologien wie zk-SNARKs, zk-STARKs, zk-SHARKs und PLONK unterstützen.

Insbesondere nutzt zkEVM diese technischen Architekturen, um Sicherheit und Anonymität bei Transaktionen und Anwendungen zu gewährleisten, die auf der Ethereum-Plattform basieren. Beispielsweise werden zk-SNARKs verwendet, um vertrauliche Informationen bei Ethereum-Transaktionen zu anonymisieren, ohne die Details dieser Informationen preiszugeben, wodurch die Privatsphäre und Sicherheit der Benutzer erhöht wird.

EVM-Kompatibilität vs. EVM-Äquivalenz: Welche ist besser?

Hinsichtlich der Kompatibilität ist die EVM-Äquivalenz völlig überlegen, allerdings ist ihre Implementierung auch sehr schwierig. Derzeit gibt es kein zkEVM (EVM-Äquivalent) auf dem Markt, das im Mainnet aktiv ist.

Zweitens zielen alle zkEVM-Protokolle darauf ab, in Zukunft EVM-Äquivalenz zu erreichen. Der Unterschied liegt in der Herangehensweise.

Erstellen Sie zkEVM (EVM-Äquivalent) von Grund auf (erfordert mehr Zeit und Aufwand):

  • Polygon zkEVM, Konsens zkEVM, Scrollen …

  • Beginnen Sie mit der EVM-Kompatibilität und bauen Sie langsam auf die EVM-Äquivalenz auf (was weniger Zeit in Anspruch nimmt): zkSync 2.0.

abschließend

zkEVM ist eine neue Technologie, die wissensfreie Beweise in Blockchain-Systeme integriert. Es hat das Potenzial, die Transaktionskosten auf Ethereum zu beschleunigen und zu senken und gleichzeitig die Privatsphäre und Sicherheit der Benutzer zu erhöhen. Allerdings befindet sich die zkEVM-Implementierung noch in einem frühen Entwicklungsstadium und erfordert die Interaktion von Entwicklern und Community, um sie einer breiteren Nutzung zugänglich zu machen.

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